A importância do Pós-Processamento na simulação da conformação de chapas metálicas – Parte 2

Se você ainda não leu a parte 1 confira o link abaixo:

A importância do Pós-Processamento na simulação da conformação de chapas metálicas – Parte 1

Dando continuidade ao tema “A importância do pós-processamento na simulação da conformação de chapas metálicas” publicado na edição 81, no qual foram abordadas as análises de pós processamento do modo de falha de ruptura.

O presente artigo terá como ênfase a análise virtual de rugas, que assim como a ruptura necessitam ser avaliadas criteriosamente. Visando prever estas e demais falhas que possam ocorrer, as empresas desenvolvedoras de softwares CAE estão cada vez mais aperfeiçoando seus produtos, tendo como um dos objetivos facilitar a detecção de potenciais falhas, tornando a simulação um recurso fundamental para o cotidiano das ferramentarias e estamparias.

Antes de se iníciar as análises é importante mencionar algumas das possíveis variáveis causadoras do problema de enrugamento.

Rugas durante a estampagem podem ocorrer devido ao acúmulo excessivo de material, um fenômeno de instabilidade compressiva que podem ser causadas pelos seguintes fatores:

Folga entre matriz e punção/prensa-chapa maior do que a espessura da chapa (Figura 1);

Atrito entre o blank e a ferramenta;

Variação das propriedades do material;

Falta de pressão no prensa-chapa;

Definição do quebra rugas.

A folga entre o punção e matriz que geralmente é aplicada está diretamente relacionada com a espessura da chapa, que influencia no comportamento do material durante a conformação. Em diversas situações, caso a folga seja maior do que a espessura a chapa tenderá a sofrer forças compressivas, como ilustrado nas imagens a seguir:


Figura 1 – Folga de chapa maior que espessura do material.


Figura 2 – Análise dos vetores de tensões de tração (verde) e compressão (azul)

O atrito entre o blank e a ferramenta é um fator crucial para se obter um produto com qualidade, tanto no tryout quanto na produção. Por este motivo existem diversos tipos de tratamentos superficiais para as ferramentas, que dentre seus objetivos há a intenção de manter o processo mais estável e dessa forma garantir a sua repetibilidade. Mas os cuidados não se restringe apenas às ferramentas, pois os lubrificantes utilizados nos blanks também poderão influenciar na estampagem uma vez que o seu excesso fará com que o atrito diminua excessivamente, e consequentemente haverá surgimento das rugas.


Figura 3 – Algumas opções de lubrificação

Pensando sobre atrito, as empresas desenvolvedoras estão aperfeiçoando os softwares e hoje é possível obter modelos de atrito que levam em consideração fatores essenciais para detecção de falhas, softwares esse de análises tribológicas, que levam em consideração as seguinte variáveis:

Classe da matéria prima;

Lubrificação;

Rugosidade da ferramenta;

Pressão;

Velocidade;

Temperatura.

Com isso é possível criar um modelo de atrito mais próximo da realidade que, combinado com a simulação da conformação, pois auxilia a verificação dos fatores que são mais relevantes para o processo.

A matéria prima é um outro fator que poderá influenciar no surgimento de rugas, pois devido à complexidade de fabricação as normas que especificam as tolerâncias químicas e principalmente físicas das chapas de aço admitem graus relativamente elevados de variação. Por este motivo é importante garantir que o processo seja robusto o suficiente para suportar essas variações.

Imagine o seguinte cenário: As ferramentas inicialmente foram projetadas considerando um material com propriedades mecânicas (limites de escoamento e de ruptura) e espessura nos seus valores médios nominais. No entanto, o ajuste durante o tryout foi efetuado utilizando-se uma chapa com os valores mínimos de escoamento e ruptura e com a máxima espessura, pois este era o que estava disponível. Como resultado as ferramentas irão produzir bem quando o material estiver nas condições usadas no ajuste, mas quando as propriedades de escoamento e ruptura estiverem na máxima e a espessura na mínima o efeito dessa combinação será falta de tensão para conformar, a chapa favorecendo o aparecimento de rugas.

Figura 4 – Curva tensão x deformação: material nominal(amarelo) e tol. na máxima(azul)

Outro variável importante a ser analisada é a pressão exercida pelo prensa chapa sobre o blank durante a conformação, pois quando a matriz exerce uma força contra o prensa chapa e esse por sua vez não possui carga suficiente para manter o contato constante resulta em que o blank escoa sem grandes influências do atrito. Além disso, o ajuste do quadro de pressão é outro ponto a ser analisado, pois de maneira análoga ao citado anteriormente um quadro de pressão desajustado resultará em um comportamento aleatório do escoamento e poderá ocasionar em algumas regiões a falta de pressão de contato, resultando no surgimento de rugas.

Figura 5(A) – Análise de pressão Figura 5(B)– Análise de rugas


Figura 6A – Análise de pressão Figura 6B – Análise de rugas

O quebra-rugas (esticador) em muitos casos é uma solução para o problema de rugas, mas eles precisam ser definidos de maneira cautelosa e uniforme, caso contrário poderão gerar rugas em locais indesejados caso ocorra, grandes diferenças entre os segmentos, principalmente em superfícies classe A.


Figura 7(A)– Análise de rugas – Quebra rugas com região de transição pequena Figura 7(A) – Análise de rugas – Quebra rugas com região de transição pequena

Já as consequências desse modo de falha por enrugamento vão além de prejudicar o aspecto visual do produto, elas também interferem na montagem de subconjuntos ou mesmo danificam a superfície da ferramenta, dependendo da sua intensidade (Figura 8).

Figura 8 – Alta intensidade de rugas.

Até o momento, foram analisados os elementos que influenciam na formação de rugas. A partir desse ponto serão abordados os diferentes tipos de ferramentas disponíveis no software de simulação para avaliação desse critério.

As imagens anteriores ilustraram a aplicação do software de simulação para conformação de chapas metálicas utilizando análise de formability, onde é possível verificar as regiões que sofreram compressão (azul) e espessamento (roxo), regiões com alta probabilidade de surgimento de rugas, mas isto não significa que elas irão necessariamente ocorrer. Para verificar isso existem outras ferramentas específicas que auxiliam a detecção desse modo falha.

Para a análise especifica de rugas existe o critério de Wrinkles, onde os valores da curvatura máxima das rugas são armazenados durante todo o processo de conformação, sendo a aplicação dessa ferramenta fundamental para análise da qualidade da superfície da peça final. Mesmo que durante o processo as rugas formadas sejam desfeitas é possível que, dependendo de sua intensidade, fiquem memórias na chapa, caracterizando um defeito na superfície.


Figura 9(A)–Análise Wrinkles, rugas formadas durante conformação. Figura 9(B)– Análise Wrinkles, regiões após rugas serem desfeitas.

O critério de Wrinkles é uma ferramenta que analisa o comportamento da chapa ao longo do processo como um todo, mas caso seja necessário verificar a formação de rugas em um instante determinado existe uma outra ferramenta, Current Wrinkles que utiliza a mesma fórmula do wrinkles mas de forma instantânea, sem considerar o histórico de conformação.

Figura 10(A)– Current wrinkles, momento formação das rugas. Figura 10(B)– Current wrinkles, no fechamento final.

É possível também fazer a verificação da formação das rugas por operação utilizando a ferramenta Pontecial Wrinkles, que atua de modo similar ao Wrinkles mas considerando também o estado de deformação da chapa além dos valores da curvatura máxima das rugas. Outra diferença entre os dois critérios é o fato de que em todo início de operação a variável Pontecial Wrinkles será zerada, levando apenas em consideração os efeitos gerados naquele estágio específico de conformação.

Um outro tipo de análise que permite avaliar as rugas que ocorrem no instante da conformação e depois desaparecem durante o critério de Unbending Strain, que identifica as áreas da chapa que formaram algum raio de curvatura (devido a uma ruga geométrica ou ao passar por algum raio da ferramenta) e depois foram novamente planificadas ao final da conformação. Além de sua aplicação na detecção de rugas este critério possui outras duas utilidades, que são a análise corrida de raio e de deslocamento de linha característica de dobra.

O objetivo deste artigo foi mostrar como é possível verificar a origem dos problemas de enrugamento da chapa, analisá-los e assim corrigi-los ainda na etapa de simulação, otimizando o tempo e garantindo a qualidade do produto final. Nas próximas edições serão trazidas novas informações interessantes e úteis sobre simulação da conformação de chapas estampadas.


Compartilhe