4 Modelagem do processo real de conformação em um modelo simulado
4.1 Conceitos de ‘Simulação da Estampagem de Chapas’
O modelo real baseado na prática construtiva deve ser convertido em um modelo matemático. Primeiramente se estabelece uma definição para tal modelo: ”Um modelo é a
reconstrução ou representação refinada de um objeto real ou de um determinado processo, em
um mesmo sistema de referência” [4,15].
Figura 4.1: Representação esquemática do conceito de modelagem
A descrição deste modelo de processo e/ou produto com a ideia de utilização em uma determinada causa deverá conter a descrição exata deste processo e/ou produto. Esta descrição exata deverá ser garantida de modo a manter todas as suas características físicas, químicas, geométricas e suas interações, garantindo a discretização matemática deste sistema. Condições de contorno serão definidas ou desconsideradas, dependendo do grau de utilização e complexidade do sistema. O objetivo desta fase é criar um modelo teórico que contemple os fenômenos a serem estudados, e a recíproca aplicação destes no modelo prático, portando assim a um avanço significativo do conhecimento de ambos os modelos.
No conceito de simulação dos processos de conformação de componentes de carrocerias automotivas, o ponto principal foca-se na estampabilidade/conformabilidade do componente e suas propriedades mecânicas em geral. A descrição destes fenômenos dá-se, em geral, com o uso do método dos elementos finitos (MEF) onde, devido à complexidade dos modelos, diversas condições de contorno não são consideradas nos modelos matemáticos (muitas vezes de forma necessária), com o objetivo de reduzir o custo e o tempo empregados em tais simulações.
Sistema Real Extração Sistema Virtual Descrição Modelo
Partindo-se então de um determinado processo de conformação mecânica, todas as operações relacionadas ao fenômeno deverão ser verificadas e listadas, a fim de criar uma primeira visão sobre sua influência sobre a simulação/estudo a ser realizado. Através de avançadas simulações e cálculos na construção de meios de fabricação [3,6], hoje é plenamente possível calcular importantes dados e parâmetros para o acerto (tryout) na estampagem dos diversos estágios de conformação, de modo que já nos primeiros passos de utilização da ferramenta, somente pequenos acertos serão necessários nos parâmetros da prensa ou na estampagem. Pressupõe-se a utilização de uma prensa com comando numérico e controle eletrônico dos parâmetros principais de estampagem, conforme descrito na Figura 4.2.
Para que isso seja possível, outros parâmetros de modelagem do processo de conformação como qualidade da chapa, acabamento superficial e composição química da mesma devem ser medidos e também normalizados. Para a simulação de uma peça obtida por estampagem profunda, deve ser conhecido o contorno da ferramenta com todos os dados técnicos relevantes. Para a preparação geométrica utiliza-se, conforme os objetivos, o conjunto de dados da estampagem, construída com o auxilio de CAD e a discretização da matriz e punção para gerar a superfície da ferramenta, acrescentando-se, eventualmente, o conjunto de dados do prensa-chapas, considerando-se sempre os respectivos raios da geometria do componente, e modelando os mesmos na superfície do modelo matemático gerado no CAD [8-9]. Deste modo, o próprio objeto de cálculo, o blank, será incluído e gerado como uma malha de elementos finitos para o primeiro estágio da simulação.
Assim como o processo, o modelo do produto poderá também ser aperfeiçoado e refinado. A partir das informações disponíveis ao processo (Figura 4.2) outros parâmetros poderão ser levados em consideração na modelagem. Um ponto em que as atuais simulações não avançam é na questão de se contemplar no cálculo toda a rigidez do conjunto máquina-estampo que, devido à alta complexidade de modelagem, não é considerado nos atuais modelos. Também na questão da modelagem do atrito, o modelo comumente adotado na maioria dos casos é o modelo simplificado de Coulomb [10] e [11].
Figura 4.2: Controle da entrada de dados (parâmetros) para as simulações de estampagem (Conceito).
Uma descrição matemática mais aprofundada deste ferramental, considerando-se o fator de comportamento elástico-deformação não é possível no atual estágio da tecnologia, sendo este modelado como apenas um corpo rígido. Todo o mecanismo, porém, pode ser modelado, a exemplo do prensa-chapas e a utilização (ou a modelagem) de mecanismos especiais de conformação (como, por exemplo, flangeamento). Contudo, mesmo considerando os fatores limitantes citados anteriormente, hoje é possível obter um resultado extremamente positivo nas simulações, em comparação com os resultados obtidos na prática processual. A transformação da geometria de uma ferramenta existente em um modelo matemático dá-se a partir de sua digitalização. As forças de repuxo no punção, bem como as forças aplicadas no prensa-chapas, serão calculadas e representadas no plano de fabricação do componente. Esta relação está representada na Figura 4.3, definindo uma interface processo-modelo matemático.
Parâmetros dos Materiais (tensão de escoamento, anisotropia e limite de
conformação) Ajuste de máquina para o primeiro tryout (parâmetros) rigidez maquina-ferramental
Dados sobre a superfície das chapa (rugosidade) e atrito
Tipo de lubrificação Sólida (zinco) ou óleo
Desenvolvimento da Simulação
Informações sobre a complexidade geométrica da peça (CAD) e
resistência mecânica
Retroalimentação Simulação
Existe ainda uma consideração da prática, em que os modelos devem ser refinados com base na análise dos resultados obtidos na simulação. Este refino, muitas vezes baseado na convergência e coerência entre prática e simulação, é baseado na experiência do executor da simulação (tentativa e erro), em relação aos resultados obtidos.
Simulação Matemática
Figura 4.3: Interface processo-modelo matemático
Neste trabalho, duas considerações a respeito dos modelos de simulação de estampagem serão analisadas. A primeira será feita em função dos dados geométricos construtivos da superfície do ferramental (CAD) e a disponibilização do formato de dados. A segunda será feita em função da análise dos diversos estágios de conformação no processo de fabricação do componente.
Modelagem do Processo
Construção do modelo matemático
Dados Importados da “Pratica” Geometria da Ferramenta
-Matriz, punção e prensa-chapas. Platina
-Geometria, espessura e material. Força do Prensa-Chapas Condição de atrito Tipologia de Prensa