Estudio de la embutición de una aleta para automoción.

[ES]se desea el diseño de un troquel para una buena embutición de la pieza, ahorrando en costes de fabricación. Para ello se procederá al estudio de la estampación mediante el MEF, para lo que se emplea el software Autoform. El resultado del estudio ha de ser una pieza embutida sin formación de arrugas ni grietas y debe cumplir la norma de adelgazamiento máximo del 20%, todo tratando de ahorrar lo máximo posible en costes.

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.

Multivariate modelling of variability in sheet metal forming

The inherent variability in incoming material and process conditions in sheet metal forming makes quality control and the maintenance of consistency extremely difficult. A single FEM simulation is successful at predicting the formability for a given system, however lacks the ability to capture the variability in an actual production process due to the numerical deterministic nature. This paper investigates a probabilistic analytical model where the variation of five input parameters and their relationship to the sensitivity of springback in a stamping process is examined. A range of sheet tensions are investigated, simulating different operating windows in an attempt to highlight robust regions where the distribution of springback is small. A series of FEM simulations were also performed, to compare with the findings from the analytical model using AutoForm Sigma v4.04 and to validate the analytical model assumptions.

Results show that an increase in sheet tension not only decreases springback, but more importantly reduces the sensitivity of the process to variation. A relative sensitivity analysis has been performed where the most influential parameters and the changes in sensitivity at various sheet tensions have been investigated. Variation in the material parameters, yield stress and n-value were the most influential causes of springback variation, when compared to process input parameters such as friction, which had a small effect. The probabilistic model presented allows manufacturers to develop a more comprehensive assessment of the success of their forming processes by capturing the effects of inherent variation.

Accuracy and precision assesment of stochastic simulation tools for springback variation

The sheet forming industry is plagued by inherent variations in its many input variables, making quality control and improvements a major hurdle. This is particularly poignant for Advanced High Strength Steels (AHSS), which exhibit a large degree of property variability. Current FE-based simulation packages are successful at predicting the manufacturability of a particular sheet metal components, however, due to their numerical deterministic nature are inherently unable to predict the performance of a real-life production process. Though they are now beginning to incorporate the stochastic nature of production in their codes. This work investigates the accuracy and precision of a current stochastic simulation package, AutoForm Sigma v4.1, by developing an experimental data set where all main sources of variation are captured through precise measurements and standard tensile tests. Using a Dual Phase 600Mpa grade steel a series of semi-cylindrical channels are formed at two Blank Holder Pressure levels where the response metric is the variation in springback determined by the flange angle. The process is replicated in AutoForm Sigma and an assessment of accuracy and precision of the predictions are performed. Results indicate a very good correspondence to the experimental trials, with mean springback response predicted to within 1 ° of the flange angle and the interquartile spread of results to within 0.22°.

Characterising material and process variation effects on springback robustness for a semi-cylindrical sheet metal forming process

Variation in the incoming sheet material and fluctuations in the press setup is unavoidable in many stamping plants. The effect of these variations can have a large influence on the quality of the final stamping, in particular, unpredictable springback of the sheet when the tooling is removed. While stochastic simulation techniques have been developed to simulate this problem, there has been little research that connects the influence of the noise sources to springback. This paper characterises the effect of material and process variation on the robustness of springback for a semi-cylindrical channel forming operation, which shares a similar cross-section profile as many automotive structural components. The study was conducted using the specialised sheet metal forming package AutoForm^TM Sigma, for which a series of stochastic simulations were performed with each of the noise sources incrementally introduced. The effective stress and effective strain scatter in a critical location of the part was examined and a response window, which indicates the respective process robustness, was defined. The incremental introduction of the noise sources allows the change in size of the stressstrain response window to be tracked. The results showed that changes to process variation parameters, such as BHP and friction coefficient, directly affect the strain component of the stressstrain response window by altering the magnitude of external work applied to forming system. Material variation, on the other hand, directly affected the stress component of the response window. A relationship between the effective stressstrain response window and the variation in springback was also established.