Melhoria contínua no processo de estampagem de uma empresa da indústria automóvel

A indústria automóvel é um meio competitivo onde cada segundo subaproveitado pode significar a perda de um cliente para a concorrência. Por conseguinte, a eliminação do desperdício poderá representar a linha ténue entre uma organização em sobrevivência e uma organização de excelência. O elevado ritmo de produção, a azáfama e os paradigmas fazem com que se desenvolva uma apatia face ao desperdício que cresce diante dos olhos de todos os colaboradores. Porém, neste projeto, detetaram-se dois alvos de melhoria. O primeiro, relativo à ausência de registo e controlo de alguns parâmetros nas fichas de registo de parâmetros, que propiciava variabilidade nos valores destes a cada produção, bem como uma inadequabilidade de algumas das fichas às diferentes configurações e software das máquinas; e o segundo alvo, referente ao sistema documental de difícil gestão e acesso, desorganizado e obsoleto que dificultava e prolongava a tarefa de troca de ferramenta. Para o primeiro caso, instalaram-se meios de controlo de parâmetros e inseriram-se os campos em falta nas fichas de registo de parâmetros, assim como se personalizaram as mesmas consoante as máquinas para uma utilização mais intuitiva. No segundo, procedeu-se à organização do sistema através de uma ação 5S e de gestão visual, bem como a algumas alterações de layout com o objetivo de alcançar uma diminuição do tempo desperdiçado nessa tarefa, e consequentemente, no tempo de setup.

Otimização do processo de projeto de uma ferramenta progressiva para a estampagem de componentes metálicos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Caracterização de materiais para o processo de estampagem

O presente trabalho tem como objetivo avaliar as características e propriedades mecânicas das chapas metálicas empregadas na fabricação de produtos estampados. Neste trabalho são analisadas seis amostras de chapas metálicas: aço inoxidável AISI 304 e aço inoxidável AISI 430 produzidas pela ACESITA, aço NBR 5915 EP produzida pela USIMINAS alumínio ABNT liga 3104-0 produzida pela ALCAN Alumínio do Brasil Ltda, cobre liga ABNT 110 mole e latão liga ABNT 268 mole fabricados pelo Grupo PARANAPANEMA. Este trabalho tem como objetivo determinar e analisar as seguintes propriedades mecânicas: estrutura metalográfica, dureza, a tensão convencional(1 [ 0 FXUYD GH HVFRDPHQWR verdadeira ( kf [ 3 índice de encruamento (n), anisotropia média (rm), DQLVRWURSLD SODQDU ûr) e o Limite Razão de Estampagem ( Os resultados obtidos dos ensaios mecânicos são confrontados com os dados dos fabricantes da matéria prima e outras referências bibliográficas.

Desenvolvimento de um programa paramétrico para simulação do processo de estampagem utilizando elementos finitos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Análise da estampagem de chapas metálicas utilizando elementos finitos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Análise do uso de escalas nas simulações de processos de estampagem

The purpose of using software based on numerical approximations for metal forming is given by the need to ensure process efficiency in order to get high quality products at lowest cost and shortest time. This study uses the theory of similitude in order to develop a technique capable of simulating the stamping process of a metal sheet, obtaining results close to the real values, with shorter processing times. The results are obtained through simulations performed in the finite element software STAMPACK®. This software uses the explicit integration method in time, which is usually applied to solve nonlinear problems involving contact, such as the metal forming processes. The technique was developed from a stamping model of a square box, simulated with four different scale factors, two higher and two smaller than the real scale. The technique was validated with a bending model of a welded plate, which had a high simulation time. The application of the technique allowed over 50% of decrease in the time of simulation. The results for the application of the scale technique for forming plates were satisfactory, showing good quantitative results related to the decrease of the total time of simulation. Finally, it is noted that the decrease in simulation time is only possible with the use of two related scales, the geometric and kinematic scale. The kinematic scale factors should be used with caution, because the high speeds can cause dynamic problems and could influence the results of the simulations.

Development of numerical methodologies for parameter identification and shape optimization in metal forming simulations

Por parte da indústria de estampagem tem-se verificado um interesse crescente em simulações numéricas de processos de conformação de chapa, incluindo também métodos de engenharia inversa. Este facto ocorre principalmente porque as técnicas de tentativa-erro, muito usadas no passado, não são mais competitivas a nível económico. O uso de códigos de simulação é, atualmente, uma prática corrente em ambiente industrial, pois os resultados tipicamente obtidos através de códigos com base no Método dos Elementos Finitos (MEF) são bem aceites pelas comunidades industriais e científicas Na tentativa de obter campos de tensão e de deformação precisos, uma análise eficiente com o MEF necessita de dados de entrada corretos, como geometrias, malhas, leis de comportamento não-lineares, carregamentos, leis de atrito, etc.. Com o objetivo de ultrapassar estas dificuldades podem ser considerados os problemas inversos. No trabalho apresentado, os seguintes problemas inversos, em Mecânica computacional, são apresentados e analisados: (i) problemas de identificação de parâmetros, que se referem à determinação de parâmetros de entrada que serão posteriormente usados em modelos constitutivos nas simulações numéricas e (ii) problemas de definição geométrica inicial de chapas e ferramentas, nos quais o objetivo é determinar a forma inicial de uma chapa ou de uma ferramenta tendo em vista a obtenção de uma determinada geometria após um processo de conformação. São introduzidas e implementadas novas estratégias de otimização, as quais conduzem a parâmetros de modelos constitutivos mais precisos. O objetivo destas estratégias é tirar vantagem das potencialidades de cada algoritmo e melhorar a eficiência geral dos métodos clássicos de otimização, os quais são baseados em processos de apenas um estágio. Algoritmos determinísticos, algoritmos inspirados em processos evolucionários ou mesmo a combinação destes dois são usados nas estratégias propostas. Estratégias de cascata, paralelas e híbridas são apresentadas em detalhe, sendo que as estratégias híbridas consistem na combinação de estratégias em cascata e paralelas. São apresentados e analisados dois métodos distintos para a avaliação da função objetivo em processos de identificação de parâmetros. Os métodos considerados são uma análise com um ponto único ou uma análise com elementos finitos. A avaliação com base num único ponto caracteriza uma quantidade infinitesimal de material sujeito a uma determinada história de deformação. Por outro lado, na análise através de elementos finitos, o modelo constitutivo é implementado e considerado para cada ponto de integração. Problemas inversos são apresentados e descritos, como por exemplo, a definição geométrica de chapas e ferramentas. Considerando o caso da otimização da forma inicial de uma chapa metálica a definição da forma inicial de uma chapa para a conformação de um elemento de cárter é considerado como problema em estudo. Ainda neste âmbito, um estudo sobre a influência da definição geométrica inicial da chapa no processo de otimização é efetuado. Este estudo é realizado considerando a formulação de NURBS na definição da face superior da chapa metálica, face cuja geometria será alterada durante o processo de conformação plástica. No caso dos processos de otimização de ferramentas, um processo de forjamento a dois estágios é apresentado. Com o objetivo de obter um cilindro perfeito após o forjamento, dois métodos distintos são considerados. No primeiro, a forma inicial do cilindro é otimizada e no outro a forma da ferramenta do primeiro estágio de conformação é otimizada. Para parametrizar a superfície livre do cilindro são utilizados diferentes métodos. Para a definição da ferramenta são também utilizados diferentes parametrizações. As estratégias de otimização propostas neste trabalho resolvem eficientemente problemas de otimização para a indústria de conformação metálica.

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.

Estudo do processo de corte de chapas por cisalhamento

Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta instrumentada para o estudo do processo de corte de chapas por cisalhamento. Sua instrumentação permite a medição da força de corte , da força do prendedor de chapas e do deslocamento do punção, permitindo a realização de experimentos visando a otimização do processo. O equipamento permite também o estudo de métodos de supervisão do processo através da determinação da curva característica do processo para uma determinada situação de corte. Foram realizados experimentos variando alguns parâmetros do processo e procedendo-se uma análise de variância sobre os resultados. Os experimentos mostraram que, para materiais com grande resistência, a força necessária para o corte tem relação com a força exercida pelo prendedor de chapas.

Estudo da estampabilidade de tailored blanks soldadas a laser

A união de chapas de diferentes materiais, espessuras e propriedades mecânicas formando uma geratriz para estampagem é uma estratégia que a indústria automobilística utiliza no desenvolvimento de estruturas leves. Uma delas chama-se Tailored Welded Blanks, onde duas ou mais chapas são unidas pelo processo de solda. Dentro do contexto de estruturas leves é analisado neste trabalho o comportamento mecânico de duas diferentes chapas soldadas utilizadas pela indústria automobilística, formando uma única geratriz com diferentes razões de espessuras. Para isso, foram unidos os materiais ZSTE 220 P nas espessuras 1.5 e 0.8 mm e St 05 nas espessuras de 1.5 e 1.2 mm. O processo de junção utilizado para unir os materiais de diferentes espessuras foi solda a laser. Os ensaios de fabricação utilizados para caracterizar o comportamento mecânico do material foram o ensaio de tração uniaxial e o ensaio Nakajima modificado. O ensaio de tração define as propriedades mecânicas e o ensaio Nakajima quantifica as deformações principais maiores e menores na superfície da chapa. De posse destas deformações é possível construir as Curvas Limites de Conformação (CLC) de cada material. A maneira encontrada para simular estes estados de deformações foi utilizar 8 corpos de prova de mesmo comprimento, porém variando sua largura e o raio do entalhe correspondente. O uso de corpos de prova com diferentes larguras e raio de entalhe permite obter deformações que abrangem os campos referentes ao estiramento, deformação plana e embutimento profundo.

Estudo das propriedades mecânicas de juntas soldadas em alta velocidade pelo processo de fricção e mistura mecânica

Na tentativa de produzir componentes cada vez mais leves e seguros a industria automotiva vem continuamente atualizando seus produtos no que diz respeito à associação de materiais, uso de uniões por solda, utilização de ligas leves em substituição de ligas de aço e etc. Três são os motivos básicos para estas mudanças: aumento da segurança dos passageiros, diminuição do consumo de combustível e redução os custos de produção. As ligas de alumínio, em sua maioria desenvolvidas para uso em tecnologia aeronáutica, vêm ganhando espaço também na produção de automóveis de passeio. Um dos maiores problemas apresentados pelas ligas de alumínio é a baixa soldabilidade dificultando a produção de componentes como os conhecidos Tailor Welded Blanks (TWB). TWB consiste em unir através de solda materiais de espessura e ou propriedades mecânicas diferentes formando uma geratriz para posterior estampagem de um componente Este trabalho inova confeccionando juntas a partir de chapas de espessuras diferentes (TWB) através de soldagem por fricção e mistura mecânica (SFMM) a partir de ligas de alumínio com velocidades de soldagem convencionais (1m/min) e em altas velocidades atingindo 5 e 10m/min dependendo da liga. Duas ligas de alumínio foram utilizadas, AA5754 (não tratável termicamente) e AA6181 (tratável termicamente). Foram realizados ensaios metalográficos, perfis de microdureza, ensaios de tração. Foram realizados também ensaios para levantamento de curvas limite de conformação através de ensaios de tração em corpos de prova etalhados e ensaios de estampabilidade. Os resultados mostram que o processo SFMM é adequado para soldas de espessuras diferentes em altas velocidades. Os ensaios de microdureza não apresentam as típicas variações observadas em processos de soldagem convencional, os testes mecânicos apresentam bons resultados, especialmente paras as juntas da liga AA6181 que em ambas as condições de soldagem apresentaram valores de tensão próximos aos valores do material de base. Os testes de estampagem mostram que as juntas da liga AA5754 apresentam desempenho superior ao material de base quando conformadas, desta forma provando que essa técnica pode ser utilizada para fabricação de geratrizes para estampagem de componentes.

A Produção mais Limpa como ferramenta em busca da sustentabilidade empresarial: um estudo de múltiplos casos em empresas do Estado do Rio Grande do Norte

This study aimed to assess the Cleaner Production CP as corporate sustainable tool, through the multiple case studies within companies from Rio Grande do Norte State. In order to achieve this goal a research methodology approach was set. The initial stage of the research methodology was based on a literature review on which it was observed that the CP can be linked with corporate sustainable once it prevents pollution and reduces the operational risks among employees, community and environment. In addition, CP can useful for companies position within competitive position as well as being applied to process, products and services. In order to observe these factors, CP was used within food industry (Company 1), textile industry (Company 2) and in a car dealer (Company 3). Regarding the results, Company 1 changed its raw material as well as implementing housekeeping (control use of water, energy and condensed milk). In Company 2, it was observed the three levels of CP. In other words, housekeeping (e.g. cutting process and manipulation of chemical products), changing technology (high pressure washing machine) and internal and external recycling. In addition, Company 3 considered only level 3 external recycling. As consequence, it was observed that can be applied either within industry as well as service sector. Unfortunately, it was not possible to observe any social gains on a monetary basis. This is due to limitations of the CP methodology and study complexity. Therefore, it was observed improvements regarding to social, environmental and economic areas. Nevertheless, it is necessary more commitment from top level management in order to consider CP like effective sustainable tool

Estudo do alívio das tensões residuais, em peça estampada, pela técnica de vibrações mecânicas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fabricação e caracterização metalográfica e mecânica de tiras de ligas metálicas fundidas e tixolaminadas no estado semi-sólido de diferentes intervalos de solidificação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fabricação de rodas: uma análise comparativa

In our country, the majority of freight and people by road happens municipal, state and federal. Thus, the heavy vehicles like buses and trucks are the main means of transporting people and cargo. This graduate work aims to study the process of manufacturing wheels for trucks, because we can see the lack of literature on the manufacturing process of wheels and also the importance of the processes used to manufacture wheels, such as lamination, stamping, puckering, machining, welding and painting