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.

Organização e gestão da manutencão de ferramentas numa empresa de produção de peças metálicas

Dissertação de mestrado Engenharia e Gestão da Qualidade

Aplicação de ferramentas Lean e gestão da manutenção numa metalomecânica

Dissertação de mestrado em Engenharia e Gestão da Qualidade

Solving Large Location-Allocation problems by Clustering and Simulated Annealing

Globalization involves several facility location problems that need to be handled at large scale. Location Allocation (LA) is a combinatorial problem in which the distance among points in the data space matter. Precisely, taking advantage of the distance property of the domain we exploit the capability of clustering techniques to partition the data space in order to convert an initial large LA problem into several simpler LA problems. Particularly, our motivation problem involves a huge geographical area that can be partitioned under overall conditions. We present different types of clustering techniques and then we perform a cluster analysis over our dataset in order to partition it. After that, we solve the LA problem applying simulated annealing algorithm to the clustered and non-clustered data in order to work out how profitable is the clustering and which of the presented methods is the most suitable

Disseny dels elements constitutius per adaptar un centre de mecanitzat de control numèric a la tecnologia Incremental Sheet Forming (ISF)

Un dels processos tradicionals de conformació de xapa més utilitzats a nivell industrial, degut a la seva rapidesa d’operació i la seva maduresa del procés, és l’embotició. Per a dur a terme aquest procés és necessària la construcció d’uns utillatges (matriu i punxó) per a cada tipus de producte. Aquests utillatges estan fabricats amb materials altament resistents ja que han de poder suportar càrregues molt importants durant la deformació. A més, s’han de garantir unes precisions dimensionals molt bones per tal d’evitar el xoc entre les dues parts de l’utillatge i per a assegurar que la peça obtinguda tingui les dimensions desitjades. Aquest fet implica que el procés d’obtenció de les matrius i punxons tingui un cost molt elevat i per a amortitzar-lo és necessari que la producció sigui en massa.L’objecte d’aquest projecte és adaptar el centre de mecanitzat Kondia HS1000 per tal de poder dur a terme recerca bàsica de la tecnologia de conformat incremental de xapa (ISF) en el Grup de Recerca en Enginyeria del Producte, Procés i Producció (GREP)

Disseny d'una màquina carregadora de planxa a l'empresa Serralleria i Alumini Vilaró (S.A.V)

Les empreses sempre han buscat com optimitzar el màxim els seus recursos i ser més eficients a la hora de realitzar les tasques que li han estat encomanades. És per aquest motiu que constantment les empreses realitzen estudis i valoracions de com poder millorar dia a dia. Aquest fet no és diferenciador a l’empresa Serralleria i Alumini Vilaró (S.A.V), que dia a dia estudia com optimitzar els seus processos o de vegades introduir-ne de nous per tal d’expandir la seva oferta de serveis. L’empresa és dedica a la fabricació de peces metàl•liques el procés ja sigui només de tall i mecanitzat, plegat, soldadura, acabats en inoxidable, pintura i fins i tot embalatge pel que fa a la part productiva, respecte a la part d’oficina tècnica també ofereix serveis de desenvolupament de productes segons especificacions del client i reenginyeria de qualsevol producte, analitzant la part que és vol millorar. En l’actualitat l’empresa ha detectat una mancança que creu que es podria solucionar, el problema és que l’empresa disposa de varies màquines de tall, entre les quals hi ha una màquina de tall làser i el problema principal és que la càrrega de les planxes del calaix de magatzem a la bancada de la màquina es realitza o bé manualment o a través d’un gripper sostingut al pont grua, depenent del pes de la planxa a transportar. L’objectiu principal d’aquest treball és fer el disseny d’una màquina que permeti automatitzar el procés de transportar la planxa metàl•lica del calaix de magatzem dipositat sobre una taula mòbil a la bancada de la màquina de tall. El disseny que pretenem fer és complet començant per fer un disseny estructural de la màquina més els seus respectius càlculs, moviments que volem aconseguir, tria de components ( motors, sensors ...), elaboració d’un pressupost per poder fer una estimació i finalment la elaboració del programa de control de tota la màquina més la interacció amb la màquina a través d’una pantalla tàctil. Es a dir, el que pretenem és realitzar un projecte que puguem fabricar en la realitat utilitzant tota la informació continguda dins del mateix

Self-dynamic structure factor of dense liquids: Theory and simulation

The self-intermediate dynamic structure factor Fs(k,t) of liquid lithium near the melting temperature is calculated by molecular dynamics. The results are compared with the predictions of several theoretical approaches, paying special attention to the Lovesey model and the Wahnstrm and Sjgren mode-coupling theory. To this end the results for the Fs(k,t) second memory function predicted by both models are compared with the ones calculated from the simulations.

Binding free energy differences in a TCR-peptide-MHC complex induced by a peptide mutation: a simulation analysis.

Recognition by the T-cell receptor (TCR) of immunogenic peptides presented by class I major histocompatibility complexes (MHCs) is the determining event in the specific cellular immune response against virus-infected cells or tumor cells. It is of great interest, therefore, to elucidate the molecular principles upon which the selectivity of a TCR is based. These principles can in turn be used to design therapeutic approaches, such as peptide-based immunotherapies of cancer. In this study, free energy simulation methods are used to analyze the binding free energy difference of a particular TCR (A6) for a wild-type peptide (Tax) and a mutant peptide (Tax P6A), both presented in HLA A2. The computed free energy difference is 2.9 kcal/mol, in good agreement with the experimental value. This makes possible the use of the simulation results for obtaining an understanding of the origin of the free energy difference which was not available from the experimental results. A free energy component analysis makes possible the decomposition of the free energy difference between the binding of the wild-type and mutant peptide into its components. Of particular interest is the fact that better solvation of the mutant peptide when bound to the MHC molecule is an important contribution to the greater affinity of the TCR for the latter. The results make possible identification of the residues of the TCR which are important for the selectivity. This provides an understanding of the molecular principles that govern the recognition. The possibility of using free energy simulations in designing peptide derivatives for cancer immunotherapy is briefly discussed.

Apparent stable-isotope heterogeneities in gangue carbonates of the Mississippi Valley-type Zn-Pb deposits of San-Vicente, Central Peru

The aim of the present communication is to emphasize that some variations of the measured delta(13)C and delta(18)O values are apparent, and due to analytical interferences caused by the presence of sulfur and organosulfur compounds in the analyzed carbonates. This is particularly relevant for isotopic studies on carbonate-hosted mineral deposits, where the nearly ubiquitous association of the host carbonates with organic matter and sulfides can certainly affect the metallogenetic interpretations. In this work two methods were used to overcome the disturbing effects of sulfides and organic matter: (1) sample pretreatment following the method proposed by Charef and Sheppard (1984), combining the oxidation of organic matter with sodium hypochlorite and trapping of the sulfur species with silver phosphate; and (2) laser-based microprobe extraction. Apparent isotopic variations in sparry dolomite from a single hand sample of zebra ore from the MVT Zn-Pb deposit, San Vicente, central Peru, are as large as 6 parts per thousand delta(13)C and 4 parts per thousand delta(18)O. These variations are reduced to several tenths of a per mil when the samples are pretreated. A careful examination of the effects of treatment with NaOCl and/or Ag3PO4 in relation to the concentration of sulfide inclusions indicates that the main disturbing effects for delta(13)C values are the presence of sulfur species and organic matter, whereas the delta(18)O values are mainly affected by the presence of sulfides. Fine- and medium-grained replacement carbonates from MVT and other sediment-hosted base metal deposits are potentially the most affected during isotope analysis, due to the common presence of organic matter and sulfides. Using in situ laser microprobe techniques, it is possible to determine isotopic variations at a sub-millimeter scale. Our results show that laser extraction analysis allows a more precise sampling of the carbonate minerals, and minimizes contamination of the sample with sulfides and to some extent with intergrown organic matter. However, there is an isotopic shift associated with the laser extraction technique, of the order of 0.5-1 parts per thousand for delta(13)C and delta(18)O values.

0 AND 02 ADSORPTION ON Ag/Cu[100]

In this work the adsorption mechanisms of atomic and molecular oxygen on Cu(100) surface are studied using ab initio simulation methods. Through the atomistic scale under-standing of the elementary oxidation processes we can further understand the large-scale oxidation. Copper is a material widely used in industry which makes it an interesting subject, and also understanding the oxidation of copper helps us understand the oxidation mechanism of other metals. First we have a look on some theory on surface alloys in general and behaviour of Ag on Cu(100) surface. After that the physical background there is behind the methods of density functional calculations are discussed, and some methods, namely potential energy surfaces and molecular dynamics, are introduced. Then there is a brief look on the numerical details used in the calculations, and after that, the results of the simulations are exhibited.

Ohutlevytuotteenvalmistusteknisten piirteiden tunnistaminen ja käyttö suunnittelun apuna

Suunnittelu- ja valmistustoiminnot ovat eriytymässä myös ohutlevyteollisuudessa. Kilpailukyvyn parantamiseksi, valmistusta siirretään alihankkijoille maihin, jossa työvoima on halpaa ja suuret markkinat lähellä, tuotekehityksen ja suunnittelun jäädessä Suomeen tai muualle Länsi-Eurooppaan. Tällöin vanhan lokaalin toimintamallin synergiaedut eivät ole enää mahdollisia ja tuotteen valmistettavuuden arviointi, laadunhallinta ja komponenttien yhteensopivuuden varmistaminen on erittäin haasteellista. Tässä tutkimuksessa etsittiin uuden toimintamallin tuomiin haasteisiin vastauksia piirrepohjaisesta mallintamisesta. Tavoitteen mukaisesti, tutkimuksessa tunnistettiin ohutlevytuotteen valmistusteknilliset piirteet ja luotiin niiden mukainen piirrekaavio. Piirteiden tunnistus vaati tutkimustyötä sekä nykyaikaisten suunnittelumetodien että valmistusmenetelmien ja ohutlevymateriaalien parissa. Lisäksitarkasteltiin, millaisia vaikutuksia piirteillä on tuotteen valmistettavuuteen ja miten nämä tulee huomioida tuotteen suunnittelussa.

Ohutlevy-yrityksen mekaanisen valmistuksen tehostaminen

Diplomityön tavoitteena on tehostaa ohutlevytuotteita valmistavan yrityksen toimintaa ja parantaa tuotannon ohjattavuutta. Tuotannon tehostamisessa keskitytään minimoimaan asetusajat, pienentämään eräkokoja ja investoimaan valmistusta helpottaviin työkoneisiin tai -laitteisiin. Tuotannon ohjattavuutta kehitetään helpottamalla visuaalista seurantaa, layout-muutoksilla ja FiFo-ohjauksen käyttöönotolla. Kaikilla kehitystoimenpiteillä pyritään lyhentämään tuotannon läpimenoaikaa ja vähentämään keskeneräisen tuotannon määrää. Tavoitteena on luoda pohja Lean-valmistukselle. Kehitystoimenpiteet keskitetään useimmiten pullonkauloiksi muodostuville osastoille. Kapeikkojen avaamisessa hyödynnetään CIM-projektin mukaisesti tehtäviä investointeja. Uudella robottisärmäysyksiköllä mahdollistetaan litistäminen ja särmääminen yhdellä asetuksella. Kokoonpano-osaston sijaintia muutettiin ja osaston layoutista tehtiin linjamainen. Tuotannonohjauksen kehittämiseksi luotiin yksinkertainen kolmen askeleen kehitysmalli.

Optinen kolmiulotteinen mittaus ohutlevytuotteiden laadunvalvonnassa

Ohutlevyteollisuuden markkinatilanne on muuttunut, kun tuotantomäärät ovat kasvaneet, laatuvaatimukset tiukentuneet ja markkinat globalisoituneet. Konenäön avulla on mahdollista tehostaa laadunvalvontaa, jolloin virheet voidaan havaita nopeammin ja siten säästää tuotantokustannuksissa. Muotoiltujen ohutlevyosien tarkastamiseksi tarvitaan kolmiulotteisia mittausmenetelmiä, joilla pystytään varsin nopeasti ja tarkasti analysoimaan kappaleita. Erityisesti fotogrammetriaan perustuvaa rakenteista valoa on sovellettu erilaisissa mittalaitteissa, ja menetelmä on myös varsin joustava sekä edullinen käyttää. Fotogrammetriaan ja rakenteiseen valoon perustuvista mittalaitteista valittiin arvioitavaksi Mapvision 4D. Testeissä tutkittiin laitteen tarkkuutta, nopeutta ja soveltuvuutta teollisuusympäristöön sekä erityisesti taivutuskulmien, reikien halkaisijoidenja etäisyyksien mittaamista. Sovittamalla mitattu data CAD-malliin pystytään kappaleen mitoitus tarkastamaan vaaditulla 0,1 millimetrin tarkkuudella. Testitulosten perusteella voidaan todeta sekä mittalaitteen että mittausmenetelmän soveltuvan ohutlevykappaleiden laadunvalvontaan, kunhan reunojen määrityksessä esiintyvä säännöllinen epätarkkuus otetaan huomioon.

Joustavan robotisoidun särmäyssolun käyttöönotto levytuotetahtaalla

Diplomityön ensimmäisenä tavoitteena on selvittää robotisoidun särmäyssolun tehokkaimmat käyttöalueet särmättävien kappaleiden muotojen ja laitteiston teknisten edellytysten perusteella. Toisena tavoitteena on tuoda esille robotisoidun särmäyssolun käyttöönottoon liittyviä ongelmia ja antaa käytännön ohjeita niiden ratkaisemiseksi. Tuloksia sovelletaan jatkossa kohdeyrityksen markkinoiman särmäyssolun tuotekehitykseen. Särmäyksen automatisoinnin pääpiirteitä tarkastellaan tutkimalla markkinoilla olevien robottisolujen toimintaperiaatteita ja ohjelmointitapoja. Työssä on myös esitetty kohdeyrityksen omat tavoitteet ja lähtökohdat särmäysmenetelmien kehittämiseen, joista tärkeimmät ovat integroitavuus joustavaan valmistusjärjestelmään ja solun kehittäminen myyntiartikkeliksi. Työssä esitellään robotisoidun särmäyssolun toimintaa kuvaamalla työkierron toiminnot pääpiirteissään. Samassa yhteydessä esitellään myös solun konekanta sekä koneiden välillä tapahtuva tiedon siirto. Erityisenä mielenkiinnon kohteena ovat olleet joustavan valmistusjärjestelmän soluohjaimen toiminnot ja särmäyssolun toimivuus FMS:n osana. Analyyttisessä osuudessa tutkitaan kappaleiden särmättävyyttä robotisoidussa tuotantoratkaisussa. Lähtökohdaksi on otettu särmäyspuristimen, robotin, lisälaitteiden ja kappaleen muotojen asettamat rajoitukset sekä toisaalta robotisoinnin tuomat uudet mahdollisuudet. Tulosten perusteella robotisointi soveltuu parhaiten painaville tai monimutkaisille kappaleille, joiden manuaalisärmäys vie paljon aikaa. Taloudellisia käyttöalueita kartoitettiin tutkimalla eräkokoon, ohjelmointiajan, kappaleajan ja särmien määrän vaikutusta valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin on todettu kannattavan yrityksissä, joissa sarjat ovat usein toistuvia ja eräkoot yli 150 kappaleen suuruisia. Kappaleen muoto ja särmien määrä vaikuttaa monin tavoin kappaleaikaan ja siten myös valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin kannattavuutta on näissä tapauksissa arvioitava aina tapauskohtaisesti työkierron vaatimien toimintojen perusteella.