Utilização de ferramentas CAE no projeto do fabrico de um estampado profundo metálico: estudo de caso

Abstract

Existe atualmente um maior interesse por parte da indústria na utilização de ferramentas CAE, no sentido de diminuir os erros de projeto e posteriores custos ‘improdutivos’. A presente dissertação tem como objetivo principal analisar as vantagens do uso destas ferramentas no projeto do fabrico de um estampado profundo metálico, e foi desenvolvida em ambiente industrial, na ETMA Metal Parts. O trabalho consistiu em realizar o estudo numérico do processo de fabrico de um embutido cilíndrico, e posteriormente executar os ensaios experimentais necessários à validação do procedimento numérico inicial. Estudaram-se inicialmente os processos produtivos relacionados com o processo de estampagem, as ferramentas, os equipamentos e os respetivos fundamentos teóricos. Também os fenómenos constitutivos dos materiais relacionados com a elasto-plasticidade dos materiais metálicos, e o método dos elementos finitos. Tendo como base toda a informação recolhida, realizou-se uma análise detalhada ao componente, nomeadamente à sua geometria, dimensões, características funcionais e toleranciamento dimensionais e geométricos. A simulação numérica foi desenvolvida através da utilização do solver DD3IMP, uma ferramenta CAE de cariz académico para simulação de processos de estampagem, e foram realizadas simulações com elementos 2D e 3D. Este estudo validou a geometria das ferramentas e serviu de apoio ao projeto da ferramenta Softool para conformação do embutido nos ensaios experimentais. Foi necessário realizar projeto CAD para fabrico de componentes e montagem de ferramenta. O trabalho ficou concluído com a realização de ensaios na fábrica, onde se obtiveram amostras que forneceram resultados para comparação com o estudo numérico. Em geral pode afirmar-se que a utilização de uma ferramenta CAE foi determinante para o sucesso na obtenção de um embutido cilíndrico metálico, sem rotura nem defeitos do material, e que os ensaios experimentais permitiram obter mais conhecimento sobre o processo de embutidura.

There is currently a greater interest on the part of industry in the use of CAE tools, in order to reduce design errors and subsequent ‘unproductive’ costs. The main objective of this dissertation is to analyze the advantages of using these tools in the design of the manufacture of a metallic deep stamping part, and it was developed in an industrial environment, at ETMA Metal Parts. The work consisted in carrying out a numerical study of the manufacturing process of a cylindrical drawn part and subsequently carrying out the necessary experimental tests to validate the initial numerical procedure. Initially, the production processes related to the stamping process, equipment and the respective theoretical foundations were studied. Also, the constitutive phenomena of materials related to the elasto-plasticity of metallic materials, and the finite element method. Based on all the information collected, a detailed analysis of the component was carried out, namely its geometry, dimensions, functional characteristics and dimensional and geometric tolerances. The numerical simulation was developed using the DD3IMP solver, an academic CAE tool for simulating stamping processes, and simulations were performed with 2D and 3D elements. This study validated the geometry of the tools and the design of the tool for forming the part in the experimental tests. It was necessary to carry out a CAD project for the manufacture of components and tool assembly. The work was completed with tests carried out at the factory, where samples were obtained that provided results for comparison with the numerical study. In general, it can be said that the use of a CAE tool was decisive for the success in obtaining a metallic cylindrical drawn part, without splits or material defects, and the experimental trial allowed to obtain more knowledge about the stamping process.