Estudo de Ferramentas FEA Comerciais na Simulação Numérica de Processos de Conformação de Chapas Metálicas. Aplicação à Indústria Automóvel.

Os componentes obtidos através da conformação plástica de chapas têm uma grande importância, tanto na etapa de concepção do produto como na etapa de produção na indústria automóvel. Isto comprova-se pelo facto de, em média, cada automóvel integrar cerca de 500 componentes estampados para construir o chassis e a carroçaria [Alves 2003]. Deste total de componentes, 50 são de grandes dimensões (portas, tejadilho, painéis inferior e laterais, entre outros) e necessitam, em média, de cinco ferramentas para o seu fabrico, sendo o custo estimado para cada ferramenta de 230 000 € [Col 2000, Alves 2003]. Para além da indústria automóvel, a conformação plástica de chapas metálicas é um processo tecnológico presente nas indústrias relativas à aeroespacial, petrolífera, decoração, alimentar, entre outras. Do ponto de vista do enquadramento económico, cerca de 20% do custo total de um automóvel novo é devido à incorporação de componentes metálicos estampados. [Alves 2003]. A pressão do “Mercado Global” faz com que os custos relativos à matéria-prima, energia e mão-de-obra sejam uma constante em termos de redução do seu impacte no orçamento das empresas fornecedoras destes produtos. É neste contexto que surge a necessidade da realização deste estudo de Benchmark de Softwares, tornando-se bastante importante, quer ao nível da competitividade industrial, quer ao nível da inovação para novos produtos. A análise por elementos finitos desempenha um papel primordial no tryout virtual e otimização das ferramentas e processos de conformação plástica. Os objetivos principais deste estudo de simulação numérica são a identificação e comparação dos resultados obtidos pelo AUTOFORM e pelo PAMSTAMP, para cada uma das variáveis identificadas como as mais influentes na robustez dos processos de estampagem de chapa metálica. Estas variáveis identificadas são: consumo de material (Draw-in) após conformação; forças de conformação; valores de variação de espessura e dos valores de extensão e resultados de Springback. Os resultados obtidos são comparados com os resultados experimentais e, desta forma, avalia-se a capacidade inovadora e a eficácia de cada um dos softwares, obtendo-se assim, uma orientação mais real para o software mais indicado aos objetivos impostos pela indústria automóvel. Para este efeito, a indústria automóvel, como maior impulsionador e motor da investigação na área da simulação numérica aplicada aos processos de estampagem, tem aderido em peso ao Benchmarking. Um exemplo disto, é o que acontece nas conferências Numisheet. O Benchmark #2 da conferência Numisheet 2008 é analisado pormenorizadamente e os resultados numéricos e experimentais são comparados e apresentados. Dois materiais distintos (aço HC260LAD e liga de alumínio AC170), assim como três modelos com geometrias diferentes (com e sem freios) são apresentados neste relatório. Com vista à redução dos ciclos tentativa-erro, tem-se adotado ciclos virtuais ou numéricos e tem-se incrementado a interatividade entre as fases de concepção e projeto, num conceito muito próprio, mas cada vez mais abrangente, denominado “produção virtual”. É nesta filosofia que se insere a simulação numérica dos processos de conformação de chapa.

The components obtained by sheet metal forming are a great importance, both in product concept stage, as in manufacturing for the automotive industry. This is proved by the fact that, in average, each automobile, carries around 500 stamped components in order to build the car body and chassis [Alves 2003]. From this total amount of components, 50 are of large dimension (doors, roof, floor panel, side panels, among others), and they require an average of 5 stamping dies for manufacturing, with an estimated cost of 230 000 € each [Col 2000, Alves 2003]. Besides the automotive industry, sheet metal forming is a technological process present in industries such as aerospace, oil, decorating, food, among others. From an economical stand point, around 20% of the total cost of a new automobile, comes from the integration of metal stamping components [Alves 2003]. The “Global Market” pressure makes costs associated with raw material, energy, and man-power, a constant factor in terms of lowering their impact in the companies that supply these products. In this concept arises the need of performing this Software Benchmark study, becoming of high importance, in industrial competitiveness, and also for new products innovation. Finite element analysis drives a crucial role in virtual tryout and die optimization, and also in metal sheet forming process. The main goals for this study are the identification and comparison of the obtained results by AUTOFORM and PAMSTAMP, for each variable identified as being the most influent in the stamping process reliability. These identified variables are: Raw material consumption (Draw-in) after forming, forming forces, strain and thinning values, and Springback results. The results obtained are compared with the experimental results and there is an evaluation of the innovative capacity and software efficiency, therefore achieving a more realistic guidance for the most suitable software to reach the goals that are imposed by the automotive industry. For this, the automotive industry, as the biggest driver in research of finite element simulation applied by the stamping processes, has been a user of Benchmarking studies. As an example of this, the Numisheet Conferences. The Benchmark #2 of the Numisheet Conference 2008 is analyzed in detail and the numerical/experimental results are compared and presented. Two different materials (HC260LAD steel and AC170 aluminum alloy), as well as three models with different design, with and without drawbeads are presented in this report. In order to reduce attempt/error cycles, we have been using virtual or numerical cycles and increasing the interaction between the concept and design stages, in to a very particular concept, becoming more extensive, called the “virtual production”. This mindset complies the numerical simulation of sheet metal forming.