Estampagem 2021_04 by SF Editora

ESTAMPAGEM &

CONFORMAÇÃO

BRASIL

Stamping & Forming Magazine Brazil Revista de Corte, Estampagem e Conformação de Chapas, Arames e Tubos

Abril 2021

BENEFÍCIOS NO EMPREGO DE FERRAMENTAS DIGITAIS PARA A SIMULAÇÃO DE PROCESSO DE ESTAMPAGEM Estudo Comparativo entre Quebra-rugas Geométrico e Analítico Robustez da Produção de Estampados: o Papel das Propriedades Mecânicas para a Conformação de Chapas – Parte I Resistência Mecânica da União de Chapas Metálicas por Conformação a frio com Aplicação de Adesivo Estrutural Gêmeos digitais para Agilidade na Estampagem de Carrocerias

DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

Industrial Heating

OUT A DEZ 2020 15

30 12

Benefícios no Emprego de Ferramentas Digitais para a Simulação de Processos de Estampagem e sua Relação com Custos de Produção em um Processo de Melhoria Contínua

CONTEÚDO

35 ABRIL 2021 - NÚMERO 5

ARTIGOS no Emprego de Ferramentas Digitais para a Simulação de Processos de 12 Benefícios Estampagem e sua Relação com Custos de Produção em um Processo de Melhoria Contínua Flávio Sargon, Engenharia Sigma, São Paulo | Helson Carpi Cardoso, Indab, São Paulo | Jocilei Oliveira Filho, Autoform do Brasil, São Paulo

Na atual conjuntura do mercado nacional, muito agravada pela pandemia e pela escassez de matéria prima, somada a própria variação de preços dos insumos, tais como os aços, que sofreram reajustes chegando em torno de 50% nos últimos 12 meses.

Gêmeos Digitais para Agilidade na Estampagem de Carrocerias Christoph Weber Autoform Software, Shangai - China, Tradução e adaptação: César Augusto Batalha, Autoform Brasil, São Paulo - Brasil

Estudo Comparativo entre Quebra-rugas Geométrico e Analítico Olavo C. Haase; Matheus B. Alvim; Victor L. Silveira; Pedro M. Stemler; Ricardo A. M. Vianaaa; Alisson S. Duarte, Sixpro, Belo Horizonte (MG) - Brasil

O controle do fluxo de material em processos de estampagem é importante para evitar defeitos como fratura e enrugamento. Esse controle pode ser alcançado pelo uso de um quebra-rugas, uma variação na geometria das ferramentas de conformação que gera forças de restrição causadas pela deformação da chapa.

Robustez da Produção de Estampados: o Papel das Propriedades Mecânicas para a Conformação de Chapas – Parte I João Henrique Corrêa de Souza, TechnNova Consultoria em Engenharia e Inovação

Quando o assunto é qualidade costuma-se pensar no resultado final do processo produtivo, ou seja, em características relativas ao produto.

Estudo da Resistência Mecânica da União de Chapas Metálicas por Conformação a Frio com Aplição de Adesivo Estrutural Alisson Sarmento, General Motor South America | André Succissi Rinaldi; Julio Cesar Lopes da Silva; Mateus Vale Farkas e Ed Claudio Bordinassi, Instituto Mauá de Tecnologia

Este trabalho tem o objetivo de entender a influência do adesivo estrutural na União de Chapas por Conformação à Frio (UCCF), também conhecido como Clinching, no quesito de aumento da resistência mecânica estática da união. ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 3

ESTAMPAGEM &

CONFORMAÇÃO

BRASIL

Stamping & Forming Magazine Brazil

EQUIPE DE EDIÇÃO SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos Eireli (19) 3288-0437 Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP) www.sfeditora.com.br

DEPARTAMENTOS

Imagem da Capa: Cortesia da Autoform

04 Índice de Anunciantes 06 Notícia

Lirio Schaeffer Editor, schaefer@ufrgs.br • (51) 99991-7469 Udo Fiorini Publisher, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789 Mariana Rodrigues Diagramação - Revisão, marianar205@gmail.com • (19) 3288-0437 André Júnior Vendas, andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437

As opiniões expressadas em artigos, colunas ou pelos entrevistados são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente a opinião dos editores.

ÍNDICE DE ANUNCIANTES Empresa

Pág.

Contato

Autoform

www.autoform.com

Portal Aquecimento Industrial

09, 29, 34, 4ª Capa

www.aquecimentoindustrial.com.br

Metalurgia

2ª Capa

www.metalurgia.com.br

Technova

www.technnova.com.br

Villares Metals

3ª Capa

www.villaresmetals.com.br/pt

COLUNAS 05

Editorial Brasil Em meio à pandemia nossas empresas continuam batalhando e o Brasil vai avançando…

Mais uma vez temos a satisfação de sermos agraciados pela SF Editora do Grupo Aprenda, responsável pela edição da Revista Estampagem & Conformação, lançando mais uma edição desta importante Revista que vem dar informações importantes para Técnicos e Engenheiros de nossas indústrias.

08 10 11 4 ABRIL 2021

PHS Work Force Team PHS 2000: a história se repete, será? Caros leitores, o grupo do PHS Task Force pretende intensificar os esforços para inclusão de um novo grau de aço para estampagem a quente, o grau 2000, que já está permeando na sociedade automotiva brasileira. O intuito desta coluna é expor a real necessidade do setor em conhecer a importância de se avaliar este material em suas diferentes frentes, para que o mesmo seja uma realidade nos novos produtos automotivos. Simulação Shaving: Qualidade da Borda Algumas peças estampadas necessitam obter uma aresta, ou borda, com maior qualidade. Por qualidade, eu quero dizer menor rugosidade ou maior área de superfície lisa. É que nesses casos a aresta cortada da peça estampada pode exercer uma função de contato com outra peça, por exemplo, o que justifica a necessidade dessa maior qualidade da aresta cortada. BrDDRG BrDDRG 2021 A pandemia afetou o planeta em 2020 e provocou a transferência do Congresso do BrDDRG e de todo o SENAFOR para 2021. Mas, como continua nos afetando amplamente, principalmente no que diz respeito a contato físico e proximidade, a Comissão Organizadora decidiu pela segurança, optando por realizar o congresso de forma virtual. ESTAMPAGEM

EDITORIAL

EM MEIO À PANDEMIA NOSSAS EMPRESAS CONTINUAM BATALHANDO E O BRASIL VAI AVANÇANDO…

ais uma vez temos a satisfação de sermos

para Agilidade na Estampagem de Carrocerias” é tratado da

responsável pela edição da Revista Estampagem

e aumentando a velocidade e a confiabilidade.

agraciados pela SF Editora do Grupo Aprenda,

& Conformação, lançando mais uma edição desta

agilidade em projetos de carrocerias minimizando o desperdício O artigo de Alisson Sarmento da GENERAL MOTORS

importante Revista que vem dar informações importantes para

SOUTH AMERICA e vários autores do INSTITUTO

desta edição é novamente dado destaque para a Indústria 4.0.

de Chapas por Conformação Mecânica” denominado de

Técnicos e Engenheiros de nossas indústrias. Entre os trabalhos É muito importante que nossos empresários venham entender que não existe outra saída. Assuntos vinculados à Inteligência

MAUÁ DE TECNOLOGIA, trata do processo de “União CLINCHING.

Olavo Hasse com vários coautores aborda um tema

Artificial (IA), inclusive para as pequenas e médias empresas,

estritamente técnico, sobre o qual existe pouca literatura,

mesmas vai ficar vinculado ao entendimento e aplicação destas

Geométrico e Analítico”.

são extremamente importantes e a subsistência futura das

novas tecnologias. O importante também é que temas técnicos

denominado: “Estudo Comparativo entre Quebra-Rugas João Henrique Correa de Souza da TECHNOVA

são tratados neste número da Revista, independentemente da

CONSULTORIA EM ENGENHARIA E INOVAÇÃO

em Nuvem (Cloud), Fábricas Inteligentes (Smart Factory),

de Estampados- o Papel das Propriedades Mecânicas para

Internet das Coisas (IoT – Internet of Things), Banco de Dados Gêmeos Digitais, Digitalização de Processos, etc...

Sendo assim, comento resumidamente alguns aspectos dos

trabalhos de destaque nesta edição:

Iniciando com o trabalho de Flavio Sargon, Helson Carpi

Cardoso e Jocilei Oliveira Filho temos: “Benefícios no Emprego de Ferramentas Digitais para a Simulação de Processos de

Estampagem e sua Relação com Custos de Produção em um Processo de Melhoria Contínua”. Trata-se de um trabalho que envolvendo a empresa SIGMA em parceria com a

AUTOFORM onde a Simulação Computacional dos Processos de Estampagem passa a ser uma ferramenta fundamental.

Trata-se de um “case industrial”, solucionando junto `empresa

aborda em seu artigo (Parte 1) sobre: “Robustez da Produção a Conformação de Chapas”. É realçado neste artigo, que sem o conhecimento de parâmetros fundamentais, como

aqueles, retirados das Curvas de Engenharia, das Curvas de

Escoamento, das Curvas Limite de Conformação (CLC), Fator de Anisotropia, etc... não se consegue entender perfeitamente o

Processo de Estampagem. São conhecimentos mínimos exigido dos técnicos que trabalham com a conformação de Chapas metálicas.

Desejo boa leitura a todos Lirio Schaeffer, Editor.

INDAB o problema de alto índice de refugo.

No artigo de Christoph Weber da AUTOFORM

SOFTWARE, Shangai-China, intitulado de “Gêmeos Digitais ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 5

NOTÍCIAS

Pfäffikon SZ, Suíça, 4 de março de 2021: A AutoForm Engi-

neering GmbH, principal fornecedora de soluções de software para

processos de estamparia e armação de carrocerias brutas, presentou sua mais recente solução de software, o AutoForm Assembly. Esta

solução tem por finalidade suportar a cadeia do processo de montagem de carrocerias brutas, combinando todos os aspectos críticos da

montagem de peças. O AutoForm Assembly permite que os usuários

AutoForm revela sua solução para armação de carrocerias brutas e amplia a digitalização do processo de fabricação

tratem de questões complexas do processo de montagem de umacar-

roceria bruta antes que eles possam surgir na produção e expandindo assim a digitalização.

A solução da AutoForm para montagem de carrocerias

brutas dá suporte a toda a cadeia de processo de armação das mesmas, abrangendo sua viabilidade inicial, sua engenharia de processo e produção. Ao implementar o software Auto-

Form para o processo de montagem, os usuários podem obter uma visão profunda do processo de fabricação da carroceria,

avaliar rapidamente projetos alternativos de peças e processos

de montagem, identificar as causas dos desvios dimensionais e implementar contramedidas eficazes. A combinação das solu-

ções do AutoForm Forming e Assembly cobrem os processos de estamparia e montagem de carrocerias brutas.

Com os recursos exclusivos do AutoForm Assembly, os

usuários podem configurar virtualmente todo o processo de

montagem, incluindo tecnologias de junção e grafagem. Eles 6 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

podem fazer modificações no processo facilmente, levando em consideração diferentes ordens de inserção de peças, alterações

nas posições de localizadores e pilotos, de fixações e diferentes

sequências de junções. Com o AutoForm Assembly, eles podem atingir maior maturidade do produto no início do seu processo de desenvolvimento reduzindo o número de modificações e

ajustes nas fazes de tryout e na fabricação. O software permite

economizar custos com ferramentais e modificações de equipamentos, além de atingir maior maturidade do processo e maior robustez no tryout e início da produção.

O Dr. Markus Thomma, CMO do Grupo AutoForm, de-

clarou: “Estamos contentes por podermos oferecer uma solução

de software única e a primeira no mercado para usuários na área de armação de carrocerias brutas. Por muitos anos, o AutoForm

NOTÍCIAS Forming tem sido o software preferido para os OEM’s, os fabricantes de peças estam-

Sobre a AutoForm Engineering

serviços de engenharia em todo o mundo.

de montagem de carrocerias brutas. Com mais de 400 funcionários dedicados

expandindo os processos de fabricação

para fabricação de produtos, cálculo de custo de ferramentas e materiais, design

solução de software de última geração para

montagem de carrocerias. Todas as 20 principais montadoras e a maioria de seus

cerias. Com o AutoForm Assembly, eles

sua sede na Suíça, a AutoForm possui escritórios na Alemanha, Holanda, França,

trabalho diário em termos de economia de

e Coreia. A AutoForm também está presente em outros 13 países através de suas

padas, as ferramentarias e fornecedores de

A AutoForm oferece soluções de software para conformação de chapas e processo

Agora, com o AutoForm Assembly, estamos

a esta área, a AutoForm é reconhecida como a fornecedora líder de software

cobertos pela tecnologia e oferecendo uma

de ferramental e estamparia virtual, bem como otimização do processo de

clientes na área de montagem de carro-

fornecedores escolheram o AutoForm como o software de sua preferência. Além de

podem obter benefícios tangíveis em seu

Espanha, Itália, República Tcheca, Suécia, EUA, México, Brasil, Índia, China, Japão

custos e tempo de execução.”

representações. Para informações mais detalhadas, visite: www.autoform.com

Imagem 1. As soluções de modelagem e montagem AutoForm cobrem os processos de estampagem e montagem BiW

Imagem 2. Com o AutoForm Assembly, os problemas do processo de montagem podem ser resolvidos com êxito antes do início da produção. ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 7

MaterialSeries

››

PHS 2000: A HISTÓRIA SE REPETE, SERÁ?

aros leitores, o grupo do PHS Task Force pretende

outros opcionais como Zn puro, Zn-Ni ou Zn-Mg devem

grau de aço para estampagem a quente, o grau 2000,

que a difusão destes elementos químicos no aço, favorecida

intensificar os esforços para inclusão de um novo que já está permeando na sociedade automotiva

brasileira. O intuito desta coluna é expor a real necessidade do

setor em conhecer a importância de se avaliar este material em

suas diferentes frentes, para que o mesmo seja uma realidade nos

novos produtos automotivos. Por isto, teremos uma longa estrada de avaliação, a mesma seguida para o grau 1500, que, diga-se de

passagem, ainda não totalmente explorada, isto é, existem pontos que não foram totalmente dominados, na qual se relacionam ao texto a seguir.

A necessidade de usar os aços PHS (Press Hardening Steel) é

comprometida diretamente com a obrigação das montadoras em

buscarem altas pontuações no comportamento de segurança vei-

cular e também na relação direta com a economia de combustível através da redução de massa. A comunidade automotiva esperou

com grande ansiedade a chegada do grau 2000 e já está disparando estudos de avaliação técnica e comercial. Diversas universi-

dades já estão tendo o contato com este novo aço e começando a esboçar estudos científicos, mas nesta longa novela como fica o momento de aplicação no setor automotivo?

Esta pergunta faz muito sentido quando se imagina que as

causar um efeito químico maior no substrato, isto é, sabe-se pela temperatura, pode causar endurecimento ou fragilização microestrutural, as quais levarão a ocorrência de trincas no

material. Resta saber se estas trincas são as mesmas conhecidas para o grau 1500, ou ainda mais severas, causando novos

problemas nesta aplicação. A maior dúvida na presença destas trincas é em referência a elas ultrapassarem a camada de revestimento e migrarem para dentro do aço.

4- Os novos ferramentais deverão ser construídos em função das novas características de conformação e temperabilidade

deste aço; parâmetros de construção de ferramentas usados no grau 1500 deverão ser revalidados para o grau 2000. Sabe-se que os softwares de simulação ainda não estão totalmente validados para este grau de aço.

5-O processo de corte a morno e furação por laser após a têmpera precisará, também, ser revisitado, isto é, as altas

temperaturas do laser e o rápido resfriamento podem causar um choque térmico e gerar trincas nas bordas, levando a fragilização do componente.

As questões anteriores referem-se ao processo da manufatura

empresas não podem correr o risco em usar algo que ainda não

de estampagem e corte destes aços; mas além delas, outras preo-

serão gastos para tentar, no mínimo, chegarem próximos aos

carroceria veicular, e neste caso, a soldagem e a adesivagem têm

está conhecido pelo segmento e por isto, grandes esforços ainda esclarecimentos e soluções de problemas que estarão dentro deste novo cenário, como sumarizado:

O aço grau 2000 apresenta um potencial maior de tempera-

bilidade e certamente um carbono equivalente superior ao grau

1500, por isto deve requerer maiores cuidados nos processos de têmpera e estampagem, como por exemplo:

1- Temperatura e tempo de austenização terão um impacto

direto nas propriedades finais do aço, neste sentido acredita-

-se que a janela de processo poderá ser bem menor, mas qual?

cupações estão no processamento destes novos componentes na papeis importante, como:

1- As peças construídas em PHS são fixadas por solda a

ponto nas carrocerias automotivas e por isto, precisa-se de um cuidado especial nesta execução para evitar trincas de

processo, conhecimento ainda muito obscuro neste cenário.

Parâmetros de solda, como potência, pressão, tempo de ponteamento e outros deverão ser muito bem estabelecidos.

2- Outra situação importante é o retrabalho destes compo-

nentes em campo, que em via de regra é feito por MIG bra-

2- A passagem do blank austenitizado do forno para a

zing, ou até por cordão de solda MIG tradicional, acompa-

é, desconhece se o tempo atual aplicado no grau 1500 será

direto na qualidade do resultado, podendo causar trincas e

ferramenta de estampagem será impactante no processo, isto equivalente para o grau 2000.

3- Os revestimentos aplicados, seja o tradicional Al-Si ou 8 ABIL 2021

ESTAMPAGEM

nhado por adesivagem que aparentemente terão um impacto falhas aos produtos.

MaterialSeries

›› A última questão importante está no universo da corrosão

destes aços após emprego no veículo. Pouco se sabe de seu comportamento e se o mesmo será preocupante e limitar a aplicação destes componentes. Entende-se que a corrosão está fortemente

ligada a presença de trincas no revestimento e porventura no aço. A tecnologia PHS é muito mais ampla que as mencionadas

ficas e tecnológicas que se abrem dezenas de oportunidades de desenvolvimentos que precisarão ser feitos antes de entrar com este novo aço, grau 2000, em peças de produção contínua, por

isto, mãos à obra! Temos muito por fazer. Muito obrigado e até a próxima coluna da revista Estampagem.

acima, para cada ponto citado, multiplica-se por diversas con-

figurações de processo e peças existentes neste meio, como por

exemplo: uso de patchwork, blank soldado, multi espessuras, têm-

Grupo formado dentro do IPEN no ínicio de 2010 e intitulado

outros mais avançados com o novo processo de aquecimento por

formado por pesquisadores e especialistas internos e externos

próximo da realidade de custo dos veículos brasileiros.

valor ao setor da mobilidade e solucionar os problemas que

pera sob medida, multi durezas, grau de ancoragem do adesivo e

como PHS Work Force Team em 2015, sem fins lucrativos,

efeito Joule que promete levar os aços PHS para um patamar mais

na área de aços de alto desempenho, com foco em agregar

A razão desta coluna é alertar para as comunidades cientí-

habitam estas comunidades.

ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 9

SIMULAÇÃO

››

SHAVING: QUALIDADE DA BORDA

lgumas peças estampadas

operação de corte na mesma aresta já

softwares que possibilitem uma simulação

borda, com maior qualidade.

uma aresta cortada antes e após a operação

invés de casca. Com isso, torna-se viável

necessitam obter uma aresta, ou

Por qualidade, eu quero dizer menor

rugosidade ou maior área de superfície

lisa (zona de cisalhamento na Fig. 1). É

que nesses casos a aresta cortada da peça estampada pode exercer uma função de

contato com outra peça, por exemplo, o que justifica a necessidade dessa maior qualidade da aresta cortada.

Claro, é possível usinar uma

aresta cortada para conferir um ótimo acabamento. Mas a que custo, já que

cortada. A Fig. 2 mostra a qualidade de

de Shaving, na qual observa-se que houve uma diminuição da zona de fratura e

uma maior predominância da zona de

cisalhamento. Para realizar esta operação, vários fatores são importantes, como as

condições das ferramentas, os materiais, o posicionamento e a folga.

É possível incluir na simulação

da estampagem a operação mecânica

de corte, especialmente utilizando-se

apropriada com elementos volumétricos ao buscar a definição de parâmetros ótimos para o shaving, bem como buscar uma maior homogeneidade no resultado ao

longo de toda a região de interesse na peça estampada, estabilizando um processo progressivo.

Alisson Duarte na Sixpro Virtual&Practical Process, empresa especializada em consultoria com o auxílio da simulação computacional.

essa usinagem pode ser considerada um

retrabalho? Operações de Fineblanking são uma opção interessante, mas claro

demandam maior controle e estabilidade do processo e maiores tensões nas

matrizes e punções. Uma outra opção é o

Shaving, alternativa essa pouco conhecida na maioria das ferramentarias.

O Shaving se trata de uma segunda

Figura 1. Definição das zonas possíveis em uma aresta cortada

Figura 2. Simulação da qualidade da aresta cortada antes e após o Shaving [SIXPRO. Simulação Demonstrativa. 2018]. 10 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

BrDDRG

››

BrDDRG 2021

pandemia afetou o planeta

isso já existem soluções no mercado e

transferência do Congresso

evoluem rapidamente, captando as

em 2020 e provocou a

do BrDDRG e de todo o SENAFOR para 2021. Mas, como continua nos

afetando amplamente, principalmente no que diz respeito a contato físico e

as plataformas que hospedam eventos

virtual.

Pesquisa & Desenvolvimento para mais

para melhorar a experiência do evento No BrDDRG 2021 virtual e em

realizar o congresso de forma virtual.

do evento, visitar os estandes virtuais e

virtual não é pior, nem melhor eu

diria. É diferente. Algumas coisas são melhores, como a gestão do tempo, a

possibilidade de assistir e reassistir as

palestras, o próprio custo do evento cai tanto para organizadores quanto para o público. Por outro lado perdemos o

contato pessoal, o networking fica um pouco prejudicado. Mas mesmo para

Portanto, esperamos os amigos dos

Processos de Estampagem, Conformação

todas as palestras do SENAFOR o

A realização de um evento em formato

pandemia.

demandas do público e criando soluções

proximidade, a Comissão Organizadora decidiu pela segurança, optando por

que não pararam de trabalhar durante a

participante poderá adentrar o salão

entrar em contato com os patrocinadores, escolher as salas onde serão apresentadas as palestras. É uma experiência quase

de Chapas, Engenharia Industrial e

um encontro de ideias e soluções, que ano após ano ajudam a fazer nossa indústria

mais competitiva e nossas universidades mais inovadoras. Até breve!!!

como aqueles jogos eletrônicos da

Dr.-Ing. João Henrique Corrêa de Souza é

reais e, mais importante, as pesquisas

visitante na FURG - Universidade Federal de Rio

discutidas são REAIS, vindas de grupos

Inovação. Para saber mais acesse o site: www.

e universidades no Brasil e no mundo, e

linkedin.com/in/joaohcdesouzametalforming.

nossa infância, porém com personagens

secretário nacional da BrDDRG, professor

e soluções técnicas apresentadas e

Grande. Technnova Consultoria em Engenharia e

de pesquisa que trabalham nas indústrias

technnova.com.br ou o perfil no Linkedin www.

ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 11

BENEFÍCIOS NO EMPREGO DE FERRAMENTAS DIGITAIS PARA A SIMULAÇÃO DE PROCESSOS DE ESTAMPAGEM E SUA RELAÇÃO COM CUSTOS DE PRODUÇÃO EM UM PROCESSO DE MELHORIA CONTÍNUA

ARTIGO

Flávio Sargon, Helson Carpi Cardoso e Jocilei Oliveira Filho

a atual conjuntura do mercado

de pequeno e médio porte, muitas

pela pandemia e pela escassez

aplicação de processos de manufatura

nacional, muito agravada

de matéria prima, somada a

própria variação de preços dos insumos,

tais como os aços, que sofreram reajustes chegando em torno de 50% nos últimos 12 meses. Ferramentas e capacitação

que possibilitem o aumento de eficiência no setor e que gerem um retorno de

investimento são primordiais para a sustentabilidade de nossa indústria. Principalmente em um país com

um mercado instável, de elevada carga tributária e baixos incentivos, onde

notasse uma ausência de uma política clara para desenvolvimento do setor. O acesso à capacitação e tecnologias

avanças, principalmente por empresas 12 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

vezes é inviabilizado, resultando na desatualizados, gerando possíveis

desperdícios de matéria prima, aumento

de operações nos processos, ferramentas superdimensionadas, dentre outros.

A partir deste cenário, a SIGMA,

Figura 1. Operação de Repuxo – Defeito de ruptura (trinca)

empresa consolidada na prestação de

necessidade de uma tecnologia produtiva

desde 1998, decidiu em 2008, ingressar

Sigma firmou uma parceria duradoura

serviços no segmento de CAD/CAM na área de simulação de estampagem, visando promover o acesso a esta

tecnologia, até então inovadora, para as pequenas e médias empresas.

Devido aos resultados positivos obtidos em diversos trabalhos, a

demanda e o emprego de simulações

aumentou consideravelmente, surgindo a

e confiável. Com base nisto, em 2012, a

com a AutoForm do Brasil onde, até hoje, atuam juntas em vários projetos no setor de estampagem.

Dentre os vários benefícios obtidos com o emprego de simulações e de

ferramentas digitais dedicadas a estudos e melhorias de eficiência nos processos de manufatura, podemos ressaltar a

ARTIGO otimização de processos existentes e a

A experiência anterior nos direcionava

Além disso, com os estudos

prima. Conforme caso apresentado

operação de formar habitual para este

melhoria nos balanços de cortes, formas e

possível economia no consumo de matéria abaixo, onde a empresa INDAB,

fundada em 1974, hoje referência no

desenvolvimento, fabricação e montagem de peças e conjuntos estampados,

soldados, usinados e beneficiados para

indústria automotiva, utilizando-se das

mais modernas tecnologias de engenharia pode reavaliar um de seus processos existente.

O caso trata de um processo realizado por um ferramental que já estava em

produção, apresentando um alto índice

de refugo devido a trincas e remonte de material.

A primeira operação de formar era um

repuxo com necessidade de um pré-blank. Esta operação já apresentava ruptura conforme imagem. (Figura 01)

para a definição de um processo onde a tipo de peça seria a utilização de um

repuxo, porém ao se aplicar os recursos

de simulação e após sua análise criteriosa observou-se que um processo totalmente novo deveria ser definido, onde o

primeiro estágio se dedicaria a formar a região mais crítica do produto.

Este novo processo, além de preservar essa região, eliminando a trinca e

reduzindo o percentual de rejeito,

resultou em uma economia de 38%

de matéria-prima, visto que o novo

processo de conformação exigia uma

área menor do pré- blank, pelo fato da não necessidade de emprego de uma

cabeça de repuxo, área de prensa chapas, quebra rugas, dentre outras otimizações realizadas. (Figura 02)

desenvolvidos, foram possíveis analisar

flangeamentos, levando a diminuição de

dois (02) estágios em relação ao processo existente, através da reorganização dos processos em todas as operações.

Principalmente por se tratar de um

produto de alta produção, o estudo feito do valor de investimento nesse novo

jogo de ferramentas, seria amortizado

em seis (06) meses, gerando um ganho significativo posteriormente, além de

melhorar a qualidade final do produto e diminuir bruscamente o número de rejeitos. (Figura 03)

Um estudo de melhoria de processos como este torna-se totalmente inviável de ser realizado na prática, devido ao seu alto custo de desenvolvimento,

mesmo que fossem adotados a execução

Figura 2. Comparação de Processos Atual e Anterior ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 13

ARTIGO de protótipos para tal (matéria-prima, componentes standards, usinagem,

ajustes, tryout, tempo de resposta etc.), dificultando o cálculo de retorno de

investimento e um processo empírico de muitas tentativas e ajustes.

Para tal um modelo digital do processo condizente com a realidade torna esta

analise perfeitamente possível agilizando a tomada de decisão e o cálculo deste

retorno de investimento sem que sequer um meio físico seja produzido. Este

processo de melhoria continua pode significar um divisor na eficiência e Figura 3. Otimização de material obtido na melhoria do processo

competitividade do seguimento dado o cenário descrito no início deste artigo. Com isso, concluímos que a prática da utilização de modelos digitas e de simulações de processos pode

trazer grandes benefícios em todos os desenvolvimentos de produtos,

ferramentais e para a gestão de melhorias

do dia a dia dos processos de conformação metálica.

Flávio Sargon - Fundador e responsável técnico e comercial pela Engenharia Sigma. +55 11 2833-7762 | +55 11 97086-5524 www.engenhariasigma.com.br Helson Carpi Cardoso - Coordenador de Projetos e Desenvolvimentos da Indab indústria metalúrgica. Experiência de 15 anos em ferramentas CDR e análise de processos simulados. +55 11 947135299 | +55 11 2535 8876 www.indab.com.br Jocilei Oliveira Filho - Account Manager da AutoForm do Brasil, formado em tecnologia mecatrônica e pós graduação em gestão empresarial pela Fundação Getúlio Vargas. Experiência de 20 anos no segmento mecânico, tais como digitalização, projeto, qualidade e simulação. AutoForm do Brasil +55 11 41211644 | www.autoform.com.br

14 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

ARTIGO

GÊMEOS DIGITAIS PARA AGILIDADE NA ESTAMPAGEM DE CARROCERIAS Fig. Gêmeo digital do painel lateral da carroceria do NIO ES6 simulado pelo software AutoForm; cortesia da NIO

Christoph Weber, Autoform Software, Shanghai - China, Tradução e adaptação: César Augusto Batalha, Autoform Brasil, São Paulo - Brasil

Nos últimos meses, várias montadoras anunciaram ou estão anunciando iniciativas agressivas de redução de custos para se prepararem para o mercado volátil atual e destinarem recursos suficientes para as novas tecnologias que estão surgindo. Será então chegado o momento de superar as dificuldades organizacionais e aproveitar o potencial inexplorado da transformação digital? As empresas do setor automotivo têm se transformado em empresas ágeis em vendas e desenvolvimento. Este artigo explora como um gêmeo digital guiado pelos fenômenos da física proporciona mais agilidade na área de estudos tradicional da estampagem de carrocerias e como gerar um ROI eliminando o desperdício e aumentando a velocidade e a confiabilidade nesse ambiente de constante mudanças.

s fabricantes (OEM) precisam

dos custos no mesmo período de tempo

gentes, como novos power-

digitalização e simulação (Fig. 1).

investir em tecnologias emer-

trains, condução autônoma e conectivi-

através, entre outras, da tecnologia de

permitir que as montadoras superem as

A questão é: Você ainda pode

para aproveitar o potencial inexplorado

dade, ao mesmo tempo em que cortam os

espremer cerca de cinco a dez por cento

do mercado. A Nissan anunciou que re-

necedores, o que ainda pode ser viável.

mais recente plano de retomada. Outro

é preciso transformar profundamente a

custos para se adaptarem ao novo normal

duzirá os custos em 20% até 2023 em seu OEM japonês pretende reduzir até 24%

Essa pressão econômica deve

dos custos de sua operação e de seus for-

Entretanto, para otimizar de 20 a 30%, sua forma de operar.

dificuldades e barreiras organizacionais da transformação digital. Este artigo ex-

plora a oportunidade de implementar um conceito de gêmeo digital guiado pelos

fenômenos físicos para obter agilidade e eficiência na estampagem e armação de carrocerias. Em primeiro lugar, iden-

tificamos os desafios organizacionais, técnicos e culturais nos projetos de

manufatura de carrocerias de hoje. Em

seguida, expomos nossa visão de gestão ágil de projetos viabilizada por um

modelo consistente de processo de gêmeo digital em uma plataforma comparti-

lhada. Indicamos os aspectos mais vitais desse conceito e compartilhamos vários exemplos do que as principais empresas Fig. 1. Nissan Motor Corporation

automotivas fazem atualmente. Um ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 15

ARTIGO cálculo de retorno do investimento de

uma montadora representativa na China revela a economia de custos concreta.

Por último, um cronograma de projeto

de implementação esboça como abordar esse assunto como um OEM do setor automotivo.

O Desafio: A Gestão de Projetos Atual Vários departamentos e fornecedores

precisam trabalhar em conjunto e siner-

gicamente durante o projeto e a manufa-

tura de uma nova carroceria. No entanto, Fig. 2. Christoph Weber, Xangai, 2020

cada departamento tem que alcançar o

seu próprio conjunto de marcos e metas em uma organização em cascata. Cada departamento pode utilizar diferentes ferramentas ou recorrer a referências

históricas e à própria experiência para

conduzir seus conceitos de projeto e manufatura. Cada uma dessas ferramentas

é baseada em um modelo de processo de

manufatura implícito e de entendimento diferente.

Em decorrência dessa desconexão

organizacional e técnica, os engenheiros se concentram em seu subconjunto de

metas e podem não considerar as restrições e metas de outros departamentos. Fig. 3. Christoph Weber, Xangai, 2020; NIO ES6, Cortesia NIO

Grande parte do progresso do trabalho é desperdiçada, considerando que as

informações e dados não são totalmente transferidos de um departamento para

outro. Os ciclos automáticos de respostas

são impossíveis. O gráfico seguinte apresenta um modelo usual de processo por departamento e as consequências dessa desconexão na forma de desperdício e falta de confiabilidade (Fig. 2).

O projeto de uma carroceria e de suas

peças já define 60-70% de seus custos,

independentemente do quanto a enge-

nharia e a manufatura tentarem espremer em fases posteriores. De qualquer modo, Fig. 4. Christoph Weber, Xangai, 2020 16 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

a viabilidade de manufatura nos depar-

tamentos de projeto depende em grande

ARTIGO

Fig. 5. Christoph Weber, Xangai, 2020

engenharia das montadoras realiza

simulações extensivas para a elaboração de projetos virtuais e otimização dos

processos de estampagem na estamparia e dos processos de soldagem na linha

de produção de carrocerias. Entretanto, poucos ou nenhum dado de engenharia chega ao chão de fábrica físico e vice-

-versa, não há nenhum f luxo sistemático de dados de respostas do chão de fábrica para a engenharia.

Os departamentos de engenharia

Fig. 6. Christoph Weber, Xangai, 2020

parte de um parecer prático baseado em modelos de processo de manufatura ex-

cessivamente simplificados. Geralmente,

podem ignorar as restrições da vida de um estágio ao outro em intervalos

mensais ou de acordo com o padrão de

cada fabricante. Como ambos os depar-

uma análise mais profunda da viabilidade

tamentos utilizam modelos de processos

departamento separado após as primei-

há pouco entendimento e experiência que

de manufatura somente ocorre em um ras versões preliminares do projeto já

estarem concluídas e “congeladas”. Esse trabalho é chamado de “Engenharia si-

multânea”, ainda que na verdade isso não aconteça simultaneamente, mas normalmente pela entrega de pacotes de peças

diferentes para a avaliação da viabilidade, possam ser trocados e consolidados em

qualquer direção. Isso resulta em muitos ciclos entre ambos os departamentos e,

real no chão de fábrica, sendo que os

técnicos no chão de fábrica podem não confiar na intenção da engenharia e

improvisar com base em sua própria

experiência. Isso cria um ciclo vicioso

que aumenta a desconexão das informações, confiança e cultura ao longo do

tempo. – “Desmonte os silos / barreiras – integre os departamentos!”

As simulações de engenharia criam

por último, em projetos de produto mais

uma enorme quantidade de dados que

A maioria dos departamentos de

tras áreas da empresa, apesar de serem

caros e pesados do que o necessário.

normalmente não é repassada a ouESTAMPAGEM

ABRIL 2021 17

ARTIGO suas análises em diferentes modelos de

processo. O resultado são as frequentes surpresas e atrasos. Fica difícil tirar

proveito do aprendizado de um projeto para os futuros.

A Solução: Gêmeos Digitais Para Agilidade na Estampagem de e Armação de Carrocerias

Fig. 7. Autoform

A solução para estas questões é compartilhar um modelo de processo em uma

única plataforma com todos os departa-

mentos e fornecedores. O gêmeo digital

do processo conecta os mundos virtual e

físico, e é constituído por duas entidades:

1. O master digital é criado primeiro

no mundo virtual durante a fase de

projeto e engenharia, e representa a in-

tenção de engenharia ou o modelo “como

Fig. 8.

projetado”.

2. O modelo real é a execução física

de seu master digital no chão de fábrica, e fornece dados “como manufaturado” com o objetivo de fechar o circuito de

retorno dos dados e promover a melhoria contínua.

Um gêmeo digital guiado pela física

é capaz de prever o comportamento do

Fig. 9

processo ainda na fase virtual e de propor

extremamente relevantes para os demais

preferem confiar mais em referências

logísticos. A equipe de dimensionamen-

custos e negociações com fornecedores,

departamentos técnicos, comerciais e to geométrico e tolerâncias (GD&T)

geralmente não acessa as simulações dos processos de estampagem e soldagem

e, ao invés disso, se baseia em referências históricas de projetos. Isso resulta em superengenharia pela definição

de tolerâncias apertadas demais, não

porque seja tecnicamente necessário, mas porque este departamento não vincula os dados existentes para entender como os

históricas em Excel para o controle de ao invés de alavancar o conhecimento

interno sobre o processo de manufatura

implícito. Isso os coloca em uma posição

de negociação desfavorável hora cedendo

através de ciclos de iteração imediatos

e foco no resultado final da carroceria

bruta, aumentando eficiência e reduzindo custos.

O que é agilidade na estampagem

do os mesmos a números inalcançáveis.

[2] quando todos se concentram no

de projetos e margens, hora estrangulan-

Ambos os levam a relações não saudáveis e pouco produtivas.

O Gerenciamento de Programas

de Engenharia de Custos e Compras

que diferentes departamentos baseiam

ESTAMPAGEM

Isso proporciona agilidade no processo

de carrocerias? [1] Ciclos de iteração

pode receber informações contradi-

18 ABRIL 2021

tuais desvios na fase de produção física.

aos fornecedores o potencial de economia

processos subsequentes de manufatura estão interligados. Os departamentos

correções automaticamente para even-

tórias sobre o mesmo assunto, dado

imediatos graças ao gêmeo digital e

resultado final da carroceria bruta para otimizar os índices de qualidade, funcionamento, peso, custo e tempo.

A gestão de projetos tradicional

seguia um processo operacional com várias fases e marcos de projeto, que eram

ARTIGO de produção e outros dados obtidos

são alimentados no sistema. O modelo

guiado pela física calcula os desvios entre

o master digital e os dados reais e fornece orientações para o chão de fábrica sobre como atingir a conformidade. Dessa

forma, o circuito é encerrado de forma a

sincronizar o master digital e a vida real, para enriquecer o modelo de processo ao

longo do tempo e incrementar a melhoria contínua (Fig. 3).

Consequentemente, os projetos são

otimizados de forma antecipada para a manufatura, para a montagem da

Fig. 10. Christoph Weber, Xangai, 2020

carroceria bruta obtendo assim a redução de custos, peso e tempo. O departamento de dimensionamento geométrico e

tolerâncias (GD&T) pode aproveitar os dados virtuais dos processos de estam-

pagem e de soldagem para a definição de tolerâncias tão amplas quanto possível, garantindo ao mesmo tempo custos

menores, maior simplicidade de produção e o cumprimento de todas as metas de

funcionamento e qualidade da carroceria final. O planejamento da produção pode alocar com antecedência as linhas de

Fig. 11

prensas mais econômicas para os proje-

concluídas uma a uma da esquerda para

a todos os conectados à plataforma sobre

projetos ágeis “Agile/Scrum”, todos “se

ceria bruta e dados relevantes para cada

tão conectados à mesma plataforma, onde

os departamentos possam alinhar seus

a direita. Em contrapartida, no caso dos sentam à mesma mesa” ou, neste caso, eso produto e o conceito de manufatura são

amadurecidos em vários ciclos de iteração ao longo do projeto. O gráfico seguinte (Fig. 3) apresenta um ciclo de projeto ágil desde o projeto do produto até a

o impacto no resultado final da carro-

departamento. Isso permite que todos

objetivos para otimizar a carroceria bruta em termos de qualidade, funcionamento,

peso, custo e complexidade dentro de um cronograma realista (Fig. 3).

O lado esquerdo representa o proces-

tos, de acordo com a capacidade da linha em toneladas, o conceito de manufatura definido e os requisitos dimensionais.

A equipe de engenharia pode validar e

enriquecer seus modelos de processo com base em dados reais do chão de fábrica, atingindo um novo nível de precisão.

O conceito de gêmeo digital utiliza

os dados e o conhecimento de toda a cadeia de valor no chão de fábrica.

O try-out de ferramentas pode seguir

produção, baseado no conceito do gêmeo

so da vida real, que é a reprodução exata

um mapa de try-out para obter um pro-

lado direito está o master digital, que é

Todos os dados relevantes são disponibi-

mais sistemática. A linha de produção de

digital na estampagem de carrocerias. No aperfeiçoado durante a fase de projeto e engenharia. Para qualquer modificação

no projeto ou no conceito de manufatura,

o gêmeo digital fornece resposta imediata

de seu master digital no mundo físico.

lizados aos departamentos executantes, tais como Compras e Produção, a fim de lhes permitir a implementação da

intenção de engenharia. Os dados reais

cesso de produção consistente de forma carrocerias pode obter peças aprovadas

mais cedo na fase piloto e essa base mais sólida permite um início de produção

mais rápido. Isso elimina vários ciclos ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 19

ARTIGO armação).

Uma cooperação estreita e confiável entre

a engenharia e o chão de fábrica é fundamental para alcançar sucesso. As equipes de engenharia devem ter compreensão das restrições técnicas para que seja desenvolvido um processo de manufatura adequado. Os técnicos de chão de fábrica precisam concretizar a intenção de engenharia com cuidado e dar retorno sobre eventuais desvios ao sistema. Improvisações divergentes ao planejamento

Fig. 12. Christoph Weber, Xangai, 2020

comprometeriam o processo e não podem ser toleradas (Fig. 5). Não menos relevante, uma lacuna

de try-out físico na ferramenta, prensa e

aumenta na medida em que o modelo

cultural entre o departamento de engenha-

A gestão de projetos é atualizada

é enriquecido ao longo de cada etapa e

fábrica, mais pragmática, deve ser superada.

linha de produção de carrocerias.

automaticamente quanto ao progresso do programa e qualquer atualização

realizada no projeto e no conceito de

manufatura. A coordenação entre os de-

de processo de criação do master digital conforme o modelo geral e a aplicação do software são continuamente aperfeiçoados ao longo do tempo.

Em segundo lugar, todos os dados

partamentos é facilitada e as informações

“como projetado” do master digital são

que todos baseiam seu trabalho em uma

em um formato de fácil interpretação,

se tornam mais confiáveis, considerando única plataforma com um modelo de

processo consistente. Os ciclos de projeto e as modificações se tornam mais rápidas e mais ágeis.

O Processo: Do Master Digital ao Seu Gêmeo da Vida Real e Vice-Versa Em primeiro lugar, os engenheiros constroem e aperfeiçoam um master digital do processo de manufatura na fase de

projeto e engenharia. O gráfico a seguir

mostra o AutoForm Accuracy Footprint (Fig. 4), escopo que cobre todos os

aspectos críticos para representar e prever um processo de estampagem: Desde as

propriedades do material até uma análise de consistência que contempla as vari-

disponibilizados para o chão de fábrica por exemplo, em um tablet. O software

“TryoutAssistant” da AutoForm disponibiliza os dados de simulação na forma de um mapa de try-out interativo e fornece informações sobre o fator de inf luência dominante ou a “causa principal” de

ESTAMPAGEM

entanto, nos projetos seguintes, os modelos de processo podem ser copiados de projetos anteriores, que servirão de ponto de partida. Depois disso, os trabalhos resumem-se basicamente em ajustes e atualização dos detalhes. Além disso, o retorno de dados de todas as partes enriquece e aprimora o modelo de processo e aumenta a eficiência do gêmeo digital ao longo do tempo (Fig. 6). Atualmente, a maioria das montadoras

implementação total do conceito de gêmeos

“como produzido” são retornados à pla-

taforma digital para concluir o circuito. O modelo guiado pela física calcula os

desvios e fornece orientações para o chão de fábrica sobre como atingir a conformidade e, finalmente, uma produção

consistente da forma mais sistemática.

Até o momento ninguém chegou a uma digitais em toda a cadeia de valor da manufatura de carrocerias. Após a implementação do software AutoForm nossos clientes obtiveram os resultados apresentados em seguida. Sinta-se à vontade em nos solicitar mais detalhes, estudos de caso e casos de negócio. Como uma implementação do gêmeo

(Lembrando que em um futuro próxi-

digital guiado pelos fenômenos físicos pode

levara os sistemas a se auto corrigirem

de toda a cadeia de valor na estampagem

baseados em uma inteligência artificial

20 ABRIL 2021

master digital para o primeiro projeto. No

construído e os dados de medição reais

de processo adequado forma a base para tos de projeto e manufatura. A precisão

na construção de um modelo de processo

está em uma jornada de transformação digital.

O gêmeo da vida real (produto físico) é

mo tal modelo digital guiado pela física

otimizar e validar virtualmente concei-

As empresas precisam empregar esforços

qualquer eventual problema do processo.

áveis de ruído encontradas no dia a dia

de um processo produtivo. Um modelo

ria, de tom acadêmico, e a equipe do chão de

– buscar referencias por Smart Press ou Industria 4.0 nas áreas de estamparia e

ser utilizada para gerar agilidade ao longo de carrocerias contribuindo para a redução eficiente dos custos? Para isso, entrevistamos vários OEMs e fornecedores do setor auto-

ARTIGO motivo na China sobre seus dados de custos e

300% por ano durante os primeiros 1-2 anos.

conectados à plataforma do gêmeo digital

desempenho, com o objetivo de elaborar um

Nos anos seguintes, o ROI deve aumentar

(Fig. 12).

modelo representativo de retorno sobre o in-

ainda mais à medida que os ciclos de melhoria

A equipe central do projeto elabora

vestimento (ROI) para a indústria. O mesmo

contínua amadurecem ainda mais o modelo de

um conceito de gêmeo digital com f luxo de

foi feito para clientes locais porem nos reser-

processo e os procedimentos e experiência das

trabalho para definir as entradas e resul-

varemos a demonstrar os resultados de nosso

empresas (Fig. 10).

tados por departamento. Pode até mesmo

vizinho asiático protegendo as identidades de nosso mercado (Fig. 7). Neste artigo, gostaríamos de apresentar

Isso salienta que o gêmeo digital guiado

ser necessário alinhar estruturas por meio

pela física para agilidade na estampagem de

da fusão de equipes ou alocação de tarefas

carrocerias pode contribuir significativamente

e recursos de um departamento para outro.

um caso de negócio de uma montadora típica

para a redução de custos pretendida na indús-

Em seguida, o departamento de TI elabora

na China, mantida aqui no anonimato. Esta

tria automotiva, quando aplicado de forma

uma arquitetura para conectar todas as partes

montadora produz 1,2 milhões de veículos e

sistêmica e levando em consideração toda a

necessárias a uma plataforma de gêmeo digital

desenvolve quatro novos projetos e mais dois

cadeia de produção abrangida pelo mesmo.

com o objetivo de oferecer suporte ao f luxo de

projetos de facelift ao ano. O cálculo consi-

trabalho, normalmente baseado nos sistemas

dera 20 peças classe A (por exemplo, painel

O Plano de Implementação

lateral, painéis das portas, painéis de capô,

O primeiro passo da implementação é realizar

de processos e da tecnologia da informação

paralamas, ...) e 50 peças classe B (painel

uma auditoria da empresa sobre a maturi-

deve ter o apoio de uma transformação na

de instrumentos, peças estruturais maiores,

dade do processo e o grau de digitalização

cultura das pessoas e da empresa. De forma

...) de uma carroceria. As peças classe C são

por toda a cadeia de valor, desde o projeto

mais específica, as subculturas dos diversos

ignoradas, considerando que essas são nor-

até a produção. As principais atividades da

departamentos (e até mesmo dos fornecedo-

malmente produzidas por terceiros e empresas

auditoria são entrevistas tanto com gesto-

res) podem exigir uma harmonização. Isso

de menor porte e serão objeto de discussões

res quanto com engenheiros e projetistas,

pode ser alcançado por meio de treinamento e

futuras (Fig, 8).

incluindo os dos fornecedores, e que abordam

workshops, por exemplo, um desafio de equi-

assuntos como o f luxo de trabalho, o f luxo

pe multifuncional por 24h para a otimização

lhoramento para cada um dos principais cam-

de dados e documentação, além da realização

de um grupo de montagem. É essencial que a

pos, desde o projeto da peça até a produção,

de uma revisão das normas e diretrizes. Em

gestão esteja sempre envolvida e que ofereça

como mostrado na visão geral acima (Fig. 9).

particular, o seguimento do f luxo de trabalho

apoio à transição.

Baseadas em projetos anteriores de consultoria

completo de uma peça “problemática” real

e implementação da AutoForm com OEMs e

ajuda a identificar os potenciais pontos para

tecnologia da informação deve ter o apoio

fornecedores diretos (Tier 1) no mundo intei-

melhoria. Nossa experiência nos mostra que

de uma transformação nas subculturas das

ro e na China, essas metas são realistas para

nenhum OEM desempenha perfeitamente

pessoas e da empresa.

a maioria das montadoras quando se trata de

todas as disciplinas, mas sim revela pontos

um projeto de implementação de 1-2 anos. Os

fortes e fracos em assuntos específicos. O grá-

um processo iterativo. Um projeto piloto deve

casos de clientes mencionados acima nos mos-

fico seguinte apresenta uma comparação entre

comprovar o conceito de gêmeo digital em

tra que melhorias ainda maiores são possíveis,

OEMs anônimos. A referência comparativa é

pequena escala, antes mesmo da implemen-

mas este caso de negócio deverá permanecer

baseada principalmente em OEMs europeus e

tação das mudanças estruturais da integração

no lado conservador.

americanos (Fig. 11).

de TI. Uma equipe piloto multifuncional de

Em seguida, definimos as metas de me-

Isso resulta no seguinte caso de negócio

Com base nas conclusões da auditoria, a

PLM e ERP existentes. Esta transformação

Esta transformação de processos e da

A implementação deve ser realizada em

todos os departamentos deve ser formada e

para esta montadora anônima da China: É ne-

gestão concordará sobre quais são os desafios

testar o f luxo de trabalho delineado para um

cessário um investimento de aproximadamen-

mais urgentes e quais metas devem ser

projeto tipicamente “problemático”. Isso pode

te 24 milhões de CNY/ano, em particular na

alcançadas com o projeto de implementação

revelar deficiências no conceito que podem

fase inicial de projeto das peças, engenharia

dentro de um prazo de 1-2 anos. As metas

ser ajustadas através de iterações. Como

e na engenharia dos fornecedores. Podemos

devem ser definidas e acordadas da forma

resultado, esse piloto proporciona um conceito

esperar um retorno acima de 75 milhões de

mais específica possível, por exemplo, através

já verificado e o primeiro caso “farol” para

CNY/ano, especialmente no chão de fábrica

de KPIs. Além disso, a gestão deve aprovar o

inspirar confiança.

físico. Isto resulta em um ROI de mais de

escopo dos departamentos que deverão estar

Depois disso, os alinhamentos estruturais ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 21

ARTIGO delineados e a integração de TI podem

A implementação de um conceito

ser implementados, para escalonar

de gêmeo digital guiado pela física para

gradualmente a implementação do gêmeo

agilidade na manufatura de carrocerias re-

digital a todos os projetos. Essa imple-

quer alinhamentos de processo e estrutu-

mentação pode ser conduzida em fases,

rais, integração de TI e harmonização de

por exemplo, por grupo de montagem

pessoas e subculturas de diferentes depar-

ou por projeto de veículo. Isso permite a

tamentos para colaboração multifuncio-

intervenção e ajustes contínuos sempre

nal. Isto é considerado como um processo

que for necessário durante o projeto de

clássico de mudança organizacional, o

implementação.

qual precisa superar conflitos. O ambiente

As metas e os KPIs devem ser

econômico atual força as OEMs do setor

monitorados ao longo de todo o projeto

automotivo a superarem conflitos a fim

de implementação e informados à gestão.

de explorarem os ganhos pretendidos em

Sobretudo após o projeto piloto e após

agilidade e eficiência. Uma montadora

a primeira implementação escalonada,

típica pode aumentar substancialmente

as conquistas devem ser revisadas e os

sua competitividade através da implemen-

ajustes e etapas seguintes devem ser de-

tação desse conceito de gêmeo digital na

finidos. Após a conclusão de um projeto

confecção de carrocerias (estampagem e

de implementação, pode ser natural que

armação) com um ROI considerável ao

uma segunda fase do projeto de imple-

ano além de preparar o conceito para um

mentação seja iniciada para explorar mais

futuro onde elementos de inteligência

potenciais.

artificial serão incorporados aos processos fabris (buscar referencias por Smart Press/ Press Shop 4.0).

Conclusão A gestão de projetos para o projeto e manufatura de carrocerias seque uma

Christoph Weber

organização operacional tradicional, onde

Gerente Geral

cada departamento trabalha de forma

AutoForm Software (Shanghai) Ltd.

independente seguindo seus KPI´s (Silos).

8C, 618 Yanan East Road, Huangpu

A desconexão organizacional, tecnológica

District

(TI) e cultural entre os departamentos

200001 Shanghai, P.R. China

resulta em desperdício com otimização de

+86 21 5386 1153

metas parciais, superengenharia, ausência

info@autoform.com.cn

de oportunidades de otimização, desperdício de tempo e falta de confiabilidade.

César Augusto Batalha

A solução consiste em conectar a cadeia

Gerente Geral

de valor inteira a uma plataforma única

AutoForm do Brasil Ltda.

que compartilha um modelo consistente

Av. Francisco Prestes Maia 275 Salas 11

de processo de gêmeo digital guiado pela

e 12, Centro,

física. Isso oferece agilidade por meio de

S. B. do Campo - SP – CEP 09770-000

circuitos de retorno imediato e alinha-

+55 11 4122 6777

mento de todos os departamentos com o

info@autoform.com.br

objetivo de otimizar o resultado final da carroceria bruta em termos de qualidade, funcionamento, custos e tempo. 22 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

ARTIGO

ESTUDO COMPARATIVO ENTRE QUEBRA-RUGAS GEOMÉTRICO E ANALÍTICO

controle do fluxo de

1. Introdução

estampagem é importante

a conformação de chapas metálicas

material em processos de

Processos de estampagem envolvem

para evitar defeitos como

por deformações de dobramento, de

fratura e enrugamento. Esse controle pode ser alcançado pelo uso de um

quebra-rugas, uma variação na geometria das ferramentas de conformação que

gera forças de restrição causadas pela

deformação da chapa. A representação dos quebra-rugas nas simulações tem ganhado relevância com a aplicação do Método dos Elementos Finitos para simular

processos de estampagem, já que esse

componente é de crítica importância para

alongamento, de estampagem ou por

combinações destes tipos de deformação [1]. Esses processos utilizam matrizes e

punções com formatos complementares,

de forma que quando a chapa inicialmente plana é forçada para o interior da cavidade da matriz pelo punção ela obtém o

formato final desejado [2]. Além disso, apresentam grande potencial para

produzir peças leves e de alta resistência e

Olavo C. Haase; Matheus B. Alvim; Victor L. Silveira; Pedro M. Stemler; Ricardo A. M. Viana; e Alisson S. Duarte da SixPro

podem sem mais econômicos que

outros processos, visto que reduzem a necessidade de usinagem e soldagem

posterior e as peças podem ser produzidas em poucas operações [3].

É importante controlar o fluxo de

material nos processos de conformação

de chapas, de forma que a chapa adquira resistência e para que se evite fraturas

ou enrugamento [4]. Um tipo comum de estampagem é a estampagem de simples

efeito. Nesse tipo de processo, são usados prensa-chapas. Inicialmente, a região periférica do blanque é pressionada

os resultados obtidos. Esse artigo compara o uso do modelo analítico, que representa somente as forças de restrição criadas,

com o modelo geométrico, que representa a geometria por completo no software.

Simulações para uma chapa de aço FeP05, com 2 mm de espessura foram conduzidas considerando diferentes parâmetros de processo. Foi possível observar que as

diferenças nos resultados entre o modelo analítico e geométrico de quebra-rugas se acentuaram pela alteração de certos parâmetros de processo.

Palavras-chave — Quebra-rugas

Analítico, Quebra-rugas Geométrico, Estampagem, Método dos Elementos

Figura 1. Ferramentas do processo (Matriz, prensa-chapas e punção)

Finitos.

ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 23

ARTIGO prensa-chapas, passam a existir forças mecânicas de restrição ao movimento

da mesma, já que o blanque precisa se deformar para atravessar a região do quebra-rugas [8].

Os quebra-rugas se mostram bons

substitutos para altas forças no prensachapas, que podem ser problemáticas,

visto que demandam prensas poderosas

e podem ocasionar desgaste e escoriação [4]. Essa medida também pode ser

economicamente eficiente, entretanto o uso de quebra-rugas pode sujeitar a

chapa a deformação excessiva [7]. Além

disso, o ajuste da geometria dos quebrarugas pode se mostrar um problema na

Figura 2. Dimensões da matriz

fase de tryouts, e a múltipla deflexão

da chapa e as pequenas áreas de contato podem causar desgaste prematuro nas

ferramentas [9]. Por isso é importante que

as geometrias dos quebra-rugas sejam bem otimizadas.

Uma vantagem da adoção de quebra-

rugas é a possibilidade de encruar a chapa, já que a mesma aumenta sua resistência,

uma vez que se deforma ao passar por um quebra-rugas. Isso é interessante, pois

possibilita a redução de peso de peças, visto que o encruamento garante uma mesma resistência com menos material [10]. O uso de softwares de simulação

baseados no Método dos Elementos

Finitos para processos de estampagem

Figura 3. Dimensões do blanque

tem sido empregado cada vez mais na

indústria e os resultados observados são contra a região externa da matriz e o

fratura, enrugamento ou combinações

chapa contra a cavidade da matriz. Na

controlar-se a movimentação da chapa,

prensa-chapas. Então, o punção força a região onde a chapa está em contato com a matriz e o prensa-chapas passam a existir forças de restrição à movimentação da chapa geradas por atrito [5].

Na estampagem a deformação plástica pode ocasionar diversos resultados,

anisotropia, desgaste, encruamento, 24 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

desses [6]. Por isso é importante

o que usualmente é alcançado usando-

se prensa-chapas e quebra-rugas [7]. Os quebra-rugas são geometrias compostas

por uma protuberância ou por um entalhe

na matriz, com um formato complementar no prensachapas. Dessa forma, quando

a chapa é pressionada entre a matriz e o

positivos. Esses softwares possibilitam reduzir o custo dos processos, já que

reduzem o sucateamento de material, reduzem a necessidade de try-outs e

facilitam a otimização dos processos.

Existem duas formas de se representar quebra-rugas nesse tipo de software,

usando-se o modelo analítico ou o modelo geométrico de quebra-rugas. O primeiro considera apenas as forças de restrição

geradas pelo quebra-rugas, e o segundo

ARTIGO representa no ambiente computacional a geometria do mesmo e efetivamente

simula o que acontece com a chapa nessa região durante o processo.

Os quebra-rugas, especialmente seus raios, representam uma fração pequena das ferramentas em que se encontram. Dessa forma, ao utilizar o modelo

geométrico, são necessários elementos

muito pequenos para garantir que a região seja bem representada e a simulação

seja precisa. Isso aumenta a quantidade de elementos, o que consequentemente aumenta a quantidade de passos de

simulação necessários. Diante disso, o

modelo analítico pode ser mais econômico

que o geométrico, no que se refere a gastos

Figura 4. Curva de Escoamento do material

computacionais [11;12;13].

Entretanto, o uso de somente as

forças de restrição geradas pelo quebrarugas na simulação de processos de

estampagem pode não ser satisfatório para a representação do mesmo. Isso porque ao se considerar somente as forças de

restrição, a deformação prévia do blanque, que aparece quando o mesmo atravessa

o quebra-rugas é ignorada no restante da simulação. Usualmente, após passar por essa geometria, a chapa apresenta uma distribuição de deformações diferente e menor espessura, o que também é ignorado ao se empregar o modelo analítico [14].

Diante disso, é possível afirmar que

Figura 5. Curva Limite de Conformação do material

o modelo analítico apresenta sérias limitações, visto que o mesmo não

considera o dobramento e desdobramento que a chapa é sujeitada ao passar pelo

quebra-rugas, que causam deformação. Além disso, a espessura de saída e a mudança na tensão de escoamento, causadas pelo encruamento, são

negligenciadas [15]. Quando comparados os modelos, usando resultados

experimentais e um método de otimização,

Figura 6. Parâmetros geométricos de um quebra-rugas quadrado

o modelo geométrico se mostra muito mais ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 25

ARTIGO próximo da realidade [16].

Em vista das informações apresentadas, o quebra-rugas é um parâmetro

importante para os processos de

estampagem e maneiras de simulá-lo

adequadamente devem ser estudadas.

Por isso, este estudo objetiva avaliar a

influência das condições de restrição nas

diferenças observadas entre os modelos de simulação de quebra-rugas.

2. Metodologia Quatro simulações de um processo de estampagem utilizando uma prensa

de simples efeito foram conduzidas.

As simulações utilizaram as mesmas

ferramentas (Figura 1), representadas em

forma de casca no software para diminuir o gasto computacional, visto que somente suas superfícies entram em contato com a

chapa. Essas ferramentas são uma matriz,

Figura 7. Resultado da Simulação 1 com região de ocorrência de estricção indicada em branco

um prensa-chapas e um punção. As simulações foram feitas

considerando duas geometrias de

quebra-rugas com parâmetros diferentes e considerou-se uma simulação com o

modelo analítico e uma simulação com o

modelo geométrico de quebra-rugas para

cada geometria considerada. As Figuras 2 e 3 mostram as dimensões da matriz e do blanque utilizados respectivamente.

As simulações consideraram chapas de 2 mm do aço Fep 05, comumente

empregado para estampagem profunda. A Curva de Escoamento e a Curva Limite de Conformação estão mostradas nas Figuras 4 e 5, respectivamente [17]. As simulações conduzidas

consideraram três estágios. O primeiro

estágio foi o de Gravidade (Gravity), no qual avaliou-se os efeitos da gravidade

no posicionamento da chapa. Para essa

peça não houve deformação permanente durante esse estágio, visto que a

dimensão da chapa é pequena. O segundo 26 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

Figura 8. Resultado da Simulação 2 com regiões de ocorrência de estricção e de fratura indicadas por setas brancas

ARTIGO estágio foi o de Fechamento (Holding),

no qual a periferia da chapa é pressionada entre a matriz e o prensa-chapas. Para as simulações que consideraram o modelo

geométrico de quebra-rugas, a chapa se deforma consideravelmente na região do quebra-rugas durante essa etapa. E por fim, o último estágio foi o de

Estampagem (Stamping), no qual ocorre a estampagem propriamente dita e a

chapa é pressionada entre o punção e a matriz.

A Figura 6 mostra esquematicamente os parâmetros geométricos presentes no tipo de quebra-rugas considerado

nas simulações (quadrado). A Tabela 1

mostra os parâmetros de cada simulação, que incluem os parâmetros geométricos

considerados e o modelo de simulação de Figura 9. Resultado da Simulação 3 com regiões de ocorrência de estricção indicadas por setas brancas

quebra-rugas adotado.

3. Resultados e Discussão Os resultados obtidos foram plotados na

curva limite de conformação do material, de modo que baseado no histórico de

deformação de cada elemento da peça

discretizada fosse possível avaliar o que

aconteceria com a chapa em cada região. Os possíveis resultados são alto risco de enrugamento, risco de enrugamento, estiramento insuficiente, seguro, ocorrência de estricção e fratura.

A primeira simulação considerou

raios pequenos no quebra-rugas, o que gerou uma condição de restrição alta

para a peça em questão, visto que houve

uma região com ocorrência de estricção, conforme indicado por uma seta branca na Figura 7. A posição da região com

ocorrência de estricção foi inesperada, visto que o raio na região de baixo da

peça era menor e, portanto, esperava-se

que as maiores deformações ocorressem Figura 10. Resultado da Simulação 4

no raio. O modelo considerado foi o

analítico, o que pode ter sido a razão para ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 27

ARTIGO Tabela 1. Parâmetros das simulações Parâmetros geométricos

Simulações

Modelo de quebra-rugas

Analítico

Geométrico

Analítico

Geométrico

a discrepância observada no resultado,

As regiões ocorreram nas faces superior

as simulações considerando o modelo

passagem da chapa pelo quebra-rugas

setas brancas. Assim como na Simulação

observados foram contra intuitivos, visto

uma vez que as deformações causadas pela são ignoradas. Possivelmente ao não

considerar o encruamento prévio causado pelo quebra-rugas a chapa ficou sujeita a estricção nas paredes, por apresentar menor resistência.

A Figura 8 mostra os resultados da Simulação 2, na qual considerou-se

os mesmos parâmetros geométricos

da Simulação 1 e, portanto, teve uma

condição de restrição alta. Entretanto,

o modelo considerado foi o geométrico. Houve ocorrência de estricção no raio da lateral esquerda e ocorrência de

uma fratura no raio inferior, o que era esperado, visto que o raio inferior é

menor e, portanto, atua como um maior

e laterais, e estão indicadas na figura por 1, a Simulação 3 considerou um quebra-

rugas analítico, o que pode ser a causa dos resultados inesperados.

A quarta simulação considerou os mesmos parâmetros geométricos da

terceira, com menor restrição e maiores raios em relação à primeira e à segunda

simulações. Seu resultado está mostrado na Figura 10, sendo possível observar

que a maior parte da peça útil (dentro

da linha do quebra-rugas) está na região

segura da Curva Limite de Conformação, não havendo ocorrência de estricção ou fratura.

concentrador de tensões. Ambas as regiões

4. Considerações finais

figura.

expressivas foram observadas quando se

estão indicadas por setas brancas na

Conforme esperado, diferenças

A Simulação 3 (Figura 9) considerou

comparou os resultados das simulações

uma condição de restrição menor em

relação as duas primeiras simulações.

Entretanto, houve regiões com ocorrência de estricção e novamente fora do local

esperado, assim como na Simulação 1. 28 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

utilizando o modelo de quebra-rugas analítico ou geométrico. Entretanto, ao alterar os raios, alterando assim a condição de restrição, não houve

grande diferença nos resultados para

analítico. Além disso, os resultados

que as estricções ocorreram fora da região da peça com o maior concentrador de tensões, ou seja, com o menor raio.

Para as simulações usando o modelo

geométrico, a diferença nos resultados ao alterar-se os raios, e consequentemente a

condição de restrição do quebra-rugas, foi bem acentuada. Os resultados observados para as simulações com esse modelo

foram concordantes com o esperado, já que a fratura ocorreu na região com o

menor raio na peça e, ao diminuir-se a restrição, a fratura deixou de ocorrer.

A diferença entre os resultados das

duas primeiras simulações (com maior

restrição) foi significativamente maior

que a diferença entre os resultados das duas últimas simulações (com menor

restrição). Isso indica que a diferença

entre os resultados para os dois modelos distintos de quebra-rugas se acentua com o aumento da restrição imposta pelo quebra-rugas. Esse fenômeno

está de acordo com o esperado, visto

que, o modelo analítico não considera

ARTIGO a deformação prévia no estágio do

forming. CIRP Annals-Manufacturing Technology,

finite-element code for sheet metal forming.” Journal

v. 63, n. 2, p. 727-749, 2014. [7] DUARTE, A. S.;

of Materials Processing Technology 83.1 (1998):

VIANA, R. A. M. Tópicos para Simulação em

234-244.

Estampagem. 1ª Edição. Belo Horizonte: Sixpro

[13] MEINDERS, T., H. J. M. GEIJSELAERS, and

Virtual an Practial Process, 2017. 149. [8] SAMUEL,

J. HUÉTINK. “Equivalent drawbead performance in

M. Influence of drawbead geometry on sheet metal

deep drawing simulations.” (1999).

[1] KULKARNI, K. M. Review of forging, stamping,

forming. Journal of Materials Processing Technology,

[14] CARLEER, B. D.; VREEDE, P. T.; DRENT,

and other solid‐phase forming processes. Polymer

v. 122, n. 1, p. 94-103, 2002.

P.; LOUWES, M. F. M.; HUÉTINK, J. Modelling

Engineering & Science, v. 19, n. 7, p. 474-481, 1979.

[9] GROCHE, PETER, and MATTHIAS

drawbeads with finite elements and verification.

[2] ALTAN, Taylan; TEKKAYA, A. Erman

Christiany. “Evaluation of the potential of tool

Journal of materials processing technology, v. 45, n.

(Ed.). Sheet metal forming: fundamentals. Asm

materials for the cold forming of advanced high

1-4, p. 63-68, 1994.

International, 2012.

strength steels.” Wear 302.1 (2013): 1279-1285.

[15] FIRAT, M.; LIVATYALI, H.; CICEK, O.;

[3] ZUGASTI, P. J. G.; CASTILLO, H. I. M.;

[10] SCHMID, H., S. SUTTNER, and M.

ONHON, M. F. Process and Die Design of Panel

LANGE, D. F. A case study of drawbead design

MERKLEIN. “An incremental analysis of a deep

Stampings with Segmented Drawbeads.

of a deep drawn rectangular part using FEM. In:

drawing steel’s material behaviour undergoing the

[16] WANG, Z.; ZHANG, Q.; LIU, Y.; ZHANG,

Proceedings of the 2009 ASME International

predeformation using drawbeads.” Journal of Physics:

Z. A robust and accurate geometric model for

Mechanical Engineering Congress & Exposition

Conference Series. Vol. 896. No. 1. IOP Publishing,

automated design of drawbeads in sheet metal

IMECE. 2009. p. 13-19. [4] MURALI, G.; GOPAL,

2017.

forming. Computer-Aided Design, v. 92, p. 42-57,

M.; RAJADURAI, A. Effect of circular and

[11] CHEN, FUH-KUO, and JIA-HONG LIU.

2017.

rectangular drawbeads in hemispherical cup forming:

“Analysis of an equivalent drawbead model for the

[17] ESI Group. Pam-Stamp, version 2017.0. Paris,

finite element analysis and experimental validation.

finite element simulation of a stamping process.”

France (2017). 1 CD-ROM.

Arabian Journal for Science and Engineering, v. 37,

International Journal of Machine Tools and

n. 6, p. 1701-1709, 2012. [5] NINE, H. D. Drawbead

Manufacture 37.4 (1997): 409-423.

Olavo C. Haase; Matheus B. Alvim; Victor L.

forces in sheet metal forming. In: Mechanics of Sheet

38th SENAFOR

Silveira; Pedro M. Stemler; Ricardo A. M.

Metal Forming. Springer, Boston, MA, 1978. p. 179-

[12] MEINDERS, T.; CARLEER, B. D.;

Vianaaa e Alisson S. Duarte,

211. [6] BRUSCHI, S. et al. Testing and modelling

GEIJSELAERS, H. J. M.; HUÉTINK, J. “The

Sixpro, Belo Horizonte (MG)

of material behaviour and formability in sheet metal

implementation of an equivalent drawbead model in a

contato@sixpro.pro | (31) 3243.1367

fechamento, que é mais significativa para quebra-rugas com restrições maiores.

Referências

LEIA ONLINE As revistas Industrial Heating, FORGE, Engrenagens - Gears Magazine e a Estampagem - Stamping Magazine são disponibilizadas gratuitamente na Banca Digital do Portal Aquecimento Industrial, junto com informações relevantes sobre a Indústria Metalmecânica no Brasil e do mundo.

ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 29

ARTIGO

ROBUSTEZ DA PRODUÇÃO DE ESTAMPADOS: O PAPEL DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS PARA A CONFORMAÇÃO DE CHAPAS – PARTE I João Henrique Corrêa de Souza, TechnNova Consultoria em Engenharia e Inovação

Introdução

uando o assunto é qualidade costuma-se pensar no resultado final do processo produtivo, ou seja, em características relativas ao produto. Em sistemas de produção modernos, porém, o conceito de qualidade, de um ponto de vista mais abrangente, está relacionado com o atingimento da máxima produtividade, à redução dos custos de produção e, finalmente, à qualidade do produto final. Na fabricação de produtos estampados pode-se verificar sem dificuldades que os três fatores mencionados anteriormente afetam um ao outro. Com efeito, um processo de produção não-robusto resulta em frequentes paradas de prensa, menor eficiência na estamparia (peças/ batida de prensa), alto número de peças rejeitadas, gerando mais sucateamento. Tempos de parada maiores levam ao aumento dos custos de produção. Portanto, é vital garantir a robustez do processo na conformação de chapas. Neste contexto, é de suma importância que os parâmetros de influência mais significantes para o resultado dos processos de fabricação sejam conhecidos já nas fases iniciais das etapas de desenvolvimento do produto. O crescente uso de materiais de alta resistência traz consigo desafios adicionais em comparação com os materiais de baixa ou média convencionais, como por

30 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

exemplo custos maiores de ferramental e de manutenção. Devido à maior dificuldade de conformar materiais de alta resistência em comparação com os materiais convencionais, garantir uma maior robustez em todas as etapas do processo de fabricação é imprescindível para garantir a qualidade global do processo. Hoje mais do que nunca, no planejamento da fabricação de componentes estampados a escolha do material a ser processado traz consigo consequências significativas nas tecnologias de processo que serão utiliza-

das para fabricá-lo, e consequentemente nos custos envolvidos. O tipo de material a ser conformado influencia todos os elos da cadeia de produção, como definição das etapas de fabricação e de conformação, projeto e fabricação das ferramentas e escolha das tecnologias de união e montagem de subconjuntos.

A importância da caracterização dos materiais na estampagem A caracterização das propriedades das

Figura 1. Diferentes funções das propriedades mecânicas das chapas durante as etapas do desenvolvimento de um componente estampado

ARTIGO

Figura 2. Elementos mais críticos na simulação de conformabilidade dos componentes estampados, onde a correta caracterização do material possui importância redobrada.

Figura 3. Utilização de modelos de materiais para a avaliação da conformabilidade de estampados

chapas costuma ser associado meramente ao seu comportamento durante a conformação, porém sua influência é muito mais ampla, como ilustrado na Figura 1. Nas fases iniciais do desenvolvimento seu papel está relacionado principalmente às características de rigidez e resistência do produto final. Paralelamente, especificações geométricas relacionadas ao design do componente precisam ser consideradas. No primeiro caso as propriedades após a fabricação são relevantes, enquanto no segundo o foco está nos limites de conformabilidade dos materiais utilizados. O Plano de Métodos define a sequência específica de etapas em um processo de produção. Ele lida com a forma (geometria) e o material (propriedades) do produto, de um lado, e as ferramentas e máquinas, do outro. Nesta fase é determinado com quais processos o produto deve ser fabricado. Nesta etapa são criadas as superfícies de referência para os vários estágios de conformação e realizadas estimativas de tempos e movimentos em todas as operações. Esta fase é crucial para a construção de um processo robusto de fabricação. A alteração ou correção de um plano de métodos deficiente é normalmente associada a investimentos não previstos, aumento dos custos com matéria-prima e ferramental, paradas frequentes de prensa e outras consequências indesejadas. Nas etapas de simulação a correta caracterização da conformabilidade do material é elemento essencial, principalmente para a obtenção de resultados confiáveis em regiões críticas como hemmings, expansão de furo, retorno elástico, e devvvvfeitos de superfície (Figura 2). Os critérios de falha utilizados dependem do tipo de modelamento do processo que está sendo simulado, assim como a escolha das ferramentas de avaliação da conformabilidade disponíveis. Após a fase de construção e montagem das ferramentas, é na fase de tryout que as propriedades dos materiais voltam ao foco. O sucesso das medidas e correções executadas no tryout dependem do conhecimento e controle da variabilidade das propriedades do material, de forma que a entrega para a produção tenha sucesso. Finalmente, na produção, as propriedades do material são inseridas nos planos de ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 31

ARTIGO controle e monitoramento do sistema de qualidade da fábrica e permanecem sendo utilizados como importantes elementos de referência para a investigação e resolução de problemas de manufatura.

Métodos para caracterização de materiais para estampagem Em relação à caracterização da conformabilidade de chapas, foram desenvolvidas diversas metodologias, principalmente ao longo dos últimos 50 anos. Estas permitem determinar as propriedades elasto-plásticas e modos de falha em estados de deformação uniaxial e/ ou multiaxial. O ensaio de tração convencional é o método mais difundido, porém, quando se quer representar de forma controlada estados de tensão/ deformação específicos, outros tipos de testes podem ser utilizados. Indiferentemente dos métodos de obtenção das propriedades, o objetivo é um só: criar um modelo matemático que reproduza corretamente o momento de início do escoamento e posteriormente a evolução da curva de escoamento com a deformação, nas diferentes condições de tensão/ deformação que ocorrem durante a conformação. Os modelos que buscam uma melhor caracterização dos materiais ganharam um forte impulso com a evolução das técnicas de simulação numérica. Na simulação o modelo criado para o material é utilizado na etapa de pré-processamento, sendo um dado de entrada imprescindível para a obtenção de resultados confiáveis. Além disso, é também utilizado posteriormente na etapa de pós-processamento dos resultados obtidos, principalmente na avaliação de criticidade das diferentes regiões da peça, como mostra a Figura 3.

Caracterização dos limites de conformabilidade de chapas A caracterização dos limites máximos de conformabilidade é de suma importância não só para a simulação numérica do processo de conformação, mas também, como já mencionado anteriormente, para a garantia da segurança e sucesso do processo real nas estamparias modernas. A Curva Limite de Conformação – CLC (Forming Limit 32 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

Figura 4. Representação do plano de deformações e da curva limite. A CLC é a principal ferramenta utilizada na avaliação de conformabilidade de estampados, tento nas etapas de simulação quanto na avaliação da qualidade da peça pronta.

Figura 5. a) Curva do ensaio de tração e seus pontos importantes. b) Locais no envelope de escoamento que são representados pelo ensaio de tração.

Diagram – FLD) representa os limites de conformabilidade como consequência de estricção e instabilidade em um espaço plano de deformações, como mostra a Figura 4. A região direita do plano de deformações representa situações onde a chapa está sendo submetida a tração nos dois sentidos do plano (ϕ1 e ϕ2 positivos). A região esquerda descreve casos onde uma das deformações é de compressão (ϕ1 positivo e ϕ2 negativo). A CLC é uma das ferramentas de visualização mais importantes para o desenvolvimento de processos de estampagem, pois permite visualizar o quão distante as diferentes regiões da peça estão em relação aos limites de conformabilidade do material (faixa vermelha

da Figura 4). A técnica para determinação da CLC é padronizada pela normas: • ISO12004-1:2020 Materiais metálicos - Determinação das curvas limite de conformação para chapas e tiras - Parte 1: Medição e aplicação de diagramas de limite de conformação na estamparia. • ISO12004-2:2021 Materiais metálicos - Determinação das curvas limite de conformação para chapas e tiras - Parte 2: Determinação das curvas limite de conformação em laboratório. É importante ressaltar que a CLC só considera caminhos de deformação lineares.

ARTIGO No caso de caminhos de deformação não lineares os limites da curva podem ser significantemente alterados. Além da ISO12004, outros ensaios práticos foram desenvolvidos ao longo do tempo na tentativa de representar diferentes posições no plano de deformações da CLC, e podem ser utilizados para a caracterização dos limites de conformabilidade de chapas. Os mais conhecidos estão listados abaixo: • Ensaio de tração convencional • Ensaio de tração com restrição lateral • Ensaio de tração-compressão • Ensaio de compressão empilhada • Ensaio de cisalhamento (corpo de prova Pöhlandt) • Ensaio de tração com corpo de prova Yoshida • Ensaio Bulge • Ensaio Nakajima (ISO12004) • Ensaio Marciniak ((ISO12004) • Ensaio de tração em corpo de prova em cruz • Ensaio de dobramento

Nos capítulos que seguem os ensaios mencionados acima são explicados com mais detalhes, assim como o que cada um deles pode nos dizer sobre a conformabilidade das chapas.

Ensaio de tração convencional A determinação das propriedades mecânicas através do ensaio de tração convencional (no Brasil padronizado pela ABNT NBR ISO 6892-1:2018) é a forma mais utilizada para caracterizar a conformabilidade de chapas, devido a sua facilidade e baixo custo de realização. As propriedades são utilizadas como base para simulação, projeto de componentes e avaliação de qualidade de fornecimento de chapas para a produção. As propriedades que são normalmente obtidas através do ensaio de tração são (ver Figura 5a): • Tensão de escoamento σe0,2 • Limite de resistência (ou resistência à tração) Rm

Figura 6. a) Materiais com alongamentos iguais e resistências diferentes. b) Materiais com resistências iguais e alongamentos diferentes

Figura 7. a) Dois materiais com diferentes índices de encruamento. b) variação real de n com o alongamento

• Tensão de ruptura σRupt • Alongamento uniforme • Alongamento de estricção • Alongamento na ruptura • Encruamento • Anisotropia • Módulo de elasticidade Na Figura 5b é são mostrados os pontos correspondentes ao ensaio de tração em um plano de tensões, onde pontos sobre os eixos σ1 e σ2 representam estados de tensão uniaxiais. A geometria da curva do ensaio fornece diversas informações e permite a comparação entre diferentes materiais. Por exemplo, materiais com patamar de resistência mais elevado (Figura 6a) normalmente apresentam uma conformação mais difícil , já que tensão de escoamento e limite de resistência são maiores (mais força é necessária), e outros parâmetros também são com isso alterados. Porém, a conformabilidade em si normalmente não é afetada. Como já mencionado, as forças de prensagem serão maiores. Muito importante é o retorno elástico que aumenta junto com a resistência. A ductilidade geralmente cai, já que maiores níveis de resistência estão associados a maior sensibilidade a trincas em regiões de borda. Em relação à performance do produto final, materiais de maior resistência apresentam maior potencial para redução de peso das estruturas veiculares, razão pela qual seu uso é crescente na indústria da mobilidade. O aumento no alongamento uniforme representa maior conformabilidade (Figura 6b) e/ ou que o material possui uma maior reserva de alongamento, o que representa uma janela de processo ampliada em relação a um material com menor alongamento. O processo de conformação se torna mais seguro. É importante salientar aqui que o valor do alongamento após o início da estricção não deve ser levado em conta, já que o aparecimento de afinamentos na peça já significa que a qualidade está comprometida. A capacidade de encruamento do material, ou seja o aumento da resistência mecânica que ocorre como consequência da deformação plástica, é representado pela inclinação da curva de escoamento ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 33

ARTIGO no ensaio de tração, como mostra a Figura 7a. O índice de encruamento exerce um efeito significativo na conformabilidade das chapas, permitindo uma melhor conformação principalmente em peças onde o modo dominante de deformação é o estiramento. É importante mencionar que apesar de se associar um valor de n único para cada material, em realidade ele varia com o alongamento, como mostra o exemplo da Figura 7b. Portanto, é importante quando se vai comparar materiais certificar-se que a norma utilizada é exatamente a mesma. Indicadores da capacidade de encruamento do material são o índice de encruamento n e a diferença entre tensão de escoamento e limite de resistência (razão

σe0,2/Rm). Um alto n resulta em uma maior migração da frente de deformação através da geometria da peça, além de uma distribuição mais homogênea das deformações (ver Figura 8). Também a tendência à formação da estricção é reduzida. A anisotropia do comportamento plástico de um material, ou seja, sua dependência em relação à direção na qual se realiza o ensaio, é medida através da anisotropia normal, que é representada pela letra r. No ensaio de tração, r pode ser calculado como o quociente entre deformação na largura e deformação na espessura do corpo de prova (Figura 9a). Ou seja, a anisotropia normal é um indicador da tendência de uma chapa a perder ou reduzir sua espessura durante a deformação.

É desejável que o valor de r seja maior que 1. Na prática, isso significa que o material tende a fluir da largura e não da espessura, ou seja, tem uma menor tendência a redução de espessura, melhorando a conformabilidade do mesmo. Outro parâmetro importante é a anisotropia planar, representado por Δr. Ela quantifica a variação de r no plano da chapa (ver Figura 9b). É desejado que Δr seja o mais próximo de zero possível, do contrário existe uma tendência maior ao chamado orelhamento (chapa flui mais para dentro da ferramenta em determinadas direções). Além disso as propriedades em geral da chapa terão diferenças maiores em relação à direção de laminação, o que é prejudicial ao processo (Figura 9c). No próximo capítulo do artigo serão abordados os demais ensaios listados acima, bem como aspectos relativos a variabilidade das propriedades e sua

influência nos resultados da simulação.

João Henrique Corrêa de Souza TechnNova Consultoria em Engenharia e Inovação www.technnova.com.br

Figura 8. Modelo de simulação mostrando uma região em estiramento puro, à esquerda com n=0,01 e à direita n=0,219. As cores representam o afinamento sofrido na chapa

A revista Industrial Heating é disponibilizada gratuitamente na área de PUBLICAÇÕES no site Portal Aquecimento Industrial, junto dos Artigos e Colunas mais relevantes sobre a indústria n o Brasil e no mundo.

ACESSE

E CONFIRA ÀS PUBLICAÇÕES

Figura 9. a) Definição de anisotropia normal, b) definição de anisotropia planar e c) diferenças nas propriedades da chapa quando medidas em diferentes direções. 34 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

aquecimentoindustrial.com.br/publicacoes/

ARTIGO

ESTUDO DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DA UNIÃO DE CHAPAS METÁLICAS POR CONFORMAÇÃO A FRIO COM APLIÇÃO DE ADESIVO ESTRUTURAL Alisson Sarmento (General Motors South America); André Succissi Rinaldi; Julio Cesar Lopes da Silva; Mateus Vale Farkas e Ed Claudio Bordinassi (Instituto Mauá de Tecnologia)

Resumo. Este trabalho tem o objetivo de entender a influência do adesivo estrutural na União de Chapas por Conformação à Frio (UCCF), também conhecido como Clinching, no quesito de aumento da resistência mecânica estática da união. Além disso, o presente trabalho também realiza um comparativo entre os resultados obtidos por teste de tração real e o ensaio realizado por meio de simulação computacional, buscando a convergência destes resultados. Para isso, foi utilizado o aço de baixo carbono e alta ductilidade (AISI 1012), material bastante utilizado na indústria metalmecânica. A união em questão foi submetida à testes e ensaios de tração com diferentes configurações de corpo de prova, como: união feita apenas por adesivo estrutural, apenas por UCCF e união híbrida (UCCF + adesivo estrutural), levadas ao seu limite, até o rompimento da união. Os corpos de prova feitos apenas com adesivo estrutural chegaram a suportar cargas de até 12 kN, enquanto aqueles apenas com UCCF suportaram aproximadamente 3,6 kN. Na união híbrida UCCF + Adesivo observou-se um aumento de 55% na resistência para o corpo de prova de menor resistência apenas com adesivo, além do aumento muito significativo do deslocamento da junta. Por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF), o ensaio feito por simulação computacional apenas para a UCCF resultou em uma diferença de 20,73 % na resistência mecânica, comparando com a média dos resultados obtidos experimentalmente, e 9,19 % comparando com a maior resistência mecânica obtida nos ensaios de tração, sendo estas diferenças associadas a simplificações realizadas na simulação e variações no processo de UCCF. Palavras chave: Clinching. Conformação de chapas metálicas. Método dos Elementos Finitos (MEF). Adesivo estrutural. Simulação computacional. ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 35

ARTIGO 1. Introdução A união de chapas metálicas é bastante utilizada na indústria e pode ser feita por diversas formas, podendo ser uma união

permanente, feita por solda, rebite, ou união desmontável, como

parafusos e porcas, dentre outros. Tal processo é muito abrangente,

mente, o molde da matriz, gerando o intertravamento (interlock) das placas (BABALO, FAZLI e SOLTANPOUR, 2018). A

UCCF é um processo de fabricação mecânica, dentre os diversos processos presentes atualmente.

e pode ser aplicado desde a indústria de eletrodomésticos até a

2.1. Parâmetros importantes de uma UCCF

à esforços externos. O estudo de técnicas para união de chapas

são os fatores importantes que afetam diretamente a qualidade

produção de aeronaves, que exige grande resistência estrutural

Para estudo da UCCF, de início, é necessário conhecer quais

metálicas levou a um processo conhecido por União de Chapas por

e a resistência da união. De acordo com o estudo de (LEI LEI e

Conformação a Frio (UCCF) (também chamado pelo termo em inglês Clinching).

Comparado a outros métodos de união de chapas metálicas, a

UCCF se sobressai em alguns aspectos gerais como, por exemplo: Baixo custo, em que a fabricante TOX® realizou um comparativo de custos por união, na qual é perceptível uma redução de cerca

TONGXIN YU, 2019) mostrado na Fig. 1, têm-se dois parâme-

tros que devem ser analisados nesse processo. São eles: Espessura

do pescoço (t_N) e o rebaixo produzido (t_u). Segundo os autores

mencionados, esses são os fatores centrais que interferem na resistência da UCCF.

de 40% em relação à soma dos custos de investimento, operação e ferramenta quando comparado à solda ponto; Livre de emissões, visto que a tecnologia de UCCF não emite vapores ou gases

tóxicos, que permite ao operador melhores condições de trabalho e reduz a insalubridade. Não há descarte de produtos químicos, nem consumo de líquidos refrigerantes, óleos ou gases (TOX® PRESSOTECHNIK, 2020); Em um estudo realizado por

(SARMENTO e PEREIRA, 2012) destaca que para realização de apenas um ponto feito por solda ponto, gasta-se cerca de 100

kW de energia. Enquanto, para a realização de apenas um ponto

Figura 1. Parâmetros da UCCF em vista de corte, (LEI LEI e TONGXIN YU, 2019)

feito por UCCF, gasta-se cerca de 0,5 kW de energia. Ou seja,

Como descrito por (LEI et al., 2019), o processo de falha para

solda ponto, o que torna a UCCF ainda mais atraente por ter uma

coço formado (σ N) e o rebaixo (σ U) produzido, que é determinado

tem-se um consumo de energia 200x menor, quando comparado a ótima eficiência energética.

A fim de buscar melhorias para diminuir o fator negativo da

UCCF depende da diferença da resistência estrutural entre o pespela resistência do material da chapa, a espessura do pescoço (t N) e a espessura do rebaixo (t U) formado.

UCCF, que é a baixa resistência estática da união, este trabalho

Tomando como base os estudos de (MUCHA, 2011), outro fator

estrutural na UCCF por meio do ensaio de tração de corpos

matriz, é a medição da espessura X, demonstrada na Fig. 2.

tem como objetivo analisar qual o efeito da introdução de adesivo de prova. Além disso, realizar um comparativo entre o ensaio

importante, que define a qualidade de uma união feita por uma

mecânico real com o ensaio por simulação computacional,

realizado por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de verificar a convergência dos dois resultados.

2. Revisão da Literatura A ideia central da UCCF é unir chapas metálicas através de

deformações plásticas, que utilizam a deformação local (união de pequenas áreas), sem o uso de aquecimento da região de união,

como acontece com as soldas. Basicamente, este processo utiliza

dois elementos de conformação, a matriz e o punção. O punção é responsável por realizar a conformação, seguindo, consequente36 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

Figura 2. Corte na seção transversal da união e identificação das variáveis, (MUCHA, 2011)

ARTIGO Em seus resultados apresentados no artigo referenciado,

Com base nas descrições da bibliografia mencionadas ante-

(MUCHA, 2011) conclui que a geometria da ferramenta (que

riormente, é possível realizar novamente um comparativo com

a geometria final da união e, consequentemente, sua resistência

do material e o campo de tensões, no qual os maiores valores são

define os parâmetros da Fig. 2) é o fator central que determina mecânica.

o artigo de (MUCHA, 2011), em que ele correlaciona a dureza

observados na parede formada (região que sofre maior deforma-

ção durante o processo) após a conformação, identificada pela cor

2.2. Efeitos microestruturais causados pela UCCF

vermelha na legenda do nível de tensão da Fig. 4.

Na UCCF, por ocorrer deformação plástica para criação do

intertravamento entre as chapas, ocorre o fenômeno conhecido

2.3. Adesivo estrutural

tência mecânica do material da chapa nas regiões que efetiva-

estruturais conferem um aumento na resistência à tensão normal

por encruamento. O fenômeno consiste no aumento da resis-

Conforme os gráficos da Fig. 5 e Fig. 6, nota-se que os adesivos

mente sofreram deformação plástica. Com base na bibliografia

(força de destacamento), porém não influenciam diretamente na

de (CALLISTER JR e RETHWISCH, 2018), este processo

de endurecimento se dá pelo fato de que, durante a deformação plástica, o número de discordâncias aumenta drasticamente. A

discordância é uma irregularidade no arranjo dos átomos (rede

cristalina), em que essa não conformidade dificulta o movimento

resistência a tensão de cisalhamento em uma união soldada. A re-

sistência adicionada a junta se dá diretamente através da espessura do cordão de adesivo aplicado, que é diretamente proporcional a esta adição de resistência (CHANG, SHI e DONG, 1999).

ordenado dos átomos do material. A dificuldade em se movimentar os átomos se traduz como a elevação da força. Essa modificação das orientações da rede cristalina dos átomos é definida, na engenharia mecânica, como encruamento

Na Figura 3, é possível observar as etapas de deformação das chapas durante o processo de união.

Figura 3. Seção transversal da união durante o processo de UCCF, (TOX® PRESSOTECHNIK, 2020)

Figura 5. Curva de Tensão normal na direção de X em função da posição em Y, adaptado de Chang, Shi & Dong, 1999

Figura 6. Curva de Tensão Cisalhamento ZX o em função da posição em Y, adaptado de Chang, Shi & Dong, 1999

Figura 4. Características do campo de tensões e a dureza nas regiões do botão, (MUCHA, 2011)

ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 37

ARTIGO Pensando no mercado automotivo, existem tipos de adesivos

3.3. Escolha do adesivo

no automóvel. Esses adesivos costumam ser aplicados em uma das

adesivo escolhido para realizar o teste é um adesivo a base de resina

estruturais, em que sua utilização depende da região de aplicação

Em uma parceria com a fabricante de adesivos estruturais SIKA®, o

duas fases: body shop (em português, montagem da carroceria),

epóxi, conhecido comercialmente por SikaPower®-487. A escolha

na adesivagem de partes estruturais da carroceria, ou trim shop (montagem dos acabamentos), na colagem de subcomponentes, como portas, capô, para-choque, dentre outros componentes.

Para a linha automotiva, os tipos de adesivo mais utilizados são

de utilizar este adesivo na análise experimental, se deve ao fato

deste ser um dos mais utilizados na união de chapas metálicas no

processo de montagem das carrocerias na indústria automobilística.

a base de: Epóxi, acrilato-epóxi e poliuretanos. Todos estes, por

3.4. O ensaio mecânico

devem ser obedecidos pelo fabricante, como por exemplo: ter alta

com a UCCF, outro somente material adesivo e, por fim, a união

serem utilizados na linha automotiva, possuem requerimentos que

Foram feitos três tipos de corpos de provas, sendo: um somente

resistência a chamas, boa compatibilidade química, alta resistência

híbrida, em que os resultados podem ser verificados no tópico a

mecânica e rigidez, resistência à corrosão e à humidade, tempo de cura otimizado, dentre outros requerimentos.

seguir, na Fig. 8, Fig. 9 e Fig. 10.

3.4.1 Resultado dos ensaios

3. Materiais e métodos Este trabalho visa mostrar como a adição de adesivo estrutural na

UCCF interfere na resistência mecânica da união, que será quantificada por meio de ensaios de tração dos corpos de prova.

3.1 Escolha do material para o corpo de prova Para a definição do material, optou-se por um aço AISI 1012, de

2,0 mm de espessura, que possui baixo teor de carbono e alta ductilidade. Este material foi escolhido por ser comumente utilizado

Figura 8. Gráfico de força por deslocamento apenas para UCCF (Os autores, 2020)

na indústria metalmecânica.

3.2 Dimensões do corpo de prova Para realização dos ensaios de tração, as dimensões dos corpos de

prova seguirão os padrões adotados pelo fabricante dos equipamentos de UCCF, a fim de utilizar as mesmas dimensões dos corpos

de prova que são testados por eles. Na Fig. 7, é possível verificar as dimensões.

Figura 9. Gráfico de força por deslocamento para união apenas com adesivo estrutural (Os autores, 2020)

Figura 7. Dimensões do corpo de prova (detalhamento fornecido pela TOX)

Em parceria com a empresa TOX Pressotechnik®, foi disponibilizado a utilização dos laboratórios da unidade de Joinville/SC para confecção dos corpos de prova. 38 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

Figura 10. Gráfico de força por deslocamento para união híbrida (Os autores, 2020)

ARTIGO 3.4.2 Análise metalográfica As regiões destacadas na Fig. 11, mostram diferentes formatos de

grão, o que evidência a região de encruamento e, consequentemente, a existência de diferentes resistências na união.

Conhecer essas regiões permite ajustar a simulação computa-

(destacadas em azul e verde) que, fazendo um comparativo com

os gráficos dos corpos de prova apenas com adesivo estrutural e apenas com UCCF, são muito semelhantes a eles.

cional de maneira que o resultado seja mais próximo ao obtido em ensaios reais

Figura 12. Comportamento gráfico de cada tipo de corpo de prova (Os autores, 2020)

Ao verificar o gráfico da Fig. 12, é possível inferir que a junção dos dois métodos de união não interfere, de fato, na resistência mecânica como era esperado. Elas trabalham de forma Figura 11. Regiões de encruamento geradas pela UCCF (Os autores, 2020)

individualizada, em que, na primeira fase (destacada pelo círculo

maior em azul), é possível observar a resistência obtida em função do adesivo estrutural e, na segunda fase (destacada pela elipse em

3.5. Simulação Tendo como base os resultados obtidos de forma experimental

descritos anteriormente, foi realizado o teste de tração por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de fazer um comparativo e verificar uma possível convergência entre os resultados do

ensaio físico com o resultado do ensaio experimental. Esta simula-

verde), é possível observar a resistência obtida em função da UCCF. Mas, observando os dados um pouco mais a fundo, percebe-

se uma melhoria de, aproximadamente, 55 % no valor da menor

resistência mecânica obtida nos corpos de prova com união híbrida, comparado aos corpos de prova apenas com adesivo estrutural, como pode ser visto na Fig. 13.

ção trata-se do tracionamento do corpo de provas, sendo analisada a resistência a tração da UCCF.

Para realização da simulação, foi utilizado o software Simufact

Forming e dois módulos de análise do ANSYS, sendo eles: Explicit Dynamics e Static Structural. Entretanto, após análises, verificou-

-se que o módulo Static Structral seria o mais aplicável para este estudo, devido características de parâmetros e argumentos inseridos para configuração da simulação.

4. Resultados e discussões 4.1 Resultados do ensaio de tração Como pode ser visto na Fig. 12, que compara os resultados obtidos

Figura 13. Comparativo da menor resistência mecânica obtida (Os autores, 2020)

nos ensaios de tração, existem duas fases de comportamento

ESTAMPAGEM

ABRIL 2021 39

ARTIGO 4.2. Simulação x ensaio real

7. Referências

A partir da simulação realizada e utilizando os parâmetros de cons-

BABALO, V.; FAZLI, A.; SOLTANPOUR, M. Electro-Hydrau-

uma resistência à tração melhor do que a esperada, se comparada ao

Journal of Manufacturing Processes, p. 1-11, 2018. 1-11 p. Dis-

trução, operação e geometrias, notou-se que a UCCF apresenta valor obtido através do ensaio de tração real (Fig. 14).

lic Clinching: A novel high speed joining process. Qazvin: Elsevier: ponivel em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S1526612518305486>. Acesso em: 16 Setembro 2019. CALLISTER JR, W. D.; RETHWISCH, D. G. Material Science and Engineering - An introduction. 10ª. ed. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc, 2018. CHANG, B. H.; SHI, Y. W.; DONG, S. J. A Study on the Role of Adhesives in weld-bonded joints. Flórida: Welding Journal, v. 78, 1999. 1-5 p. Disponivel em: <https://www.semanticscholar.org/paper/A-study-of-the-role-of-adhesives-in-weld-bonded-Chang-Dong/e80b8cdeceda40f2affd07b7b3c512212d20472e>. Acesso em: 04 Abril 2020. LEI LEI, X. H.; TONGXIN YU, B. X. Failure modes of mechanical clinching in metal sheet materials. Kunming: Elsever: Thin-Walled

Figura 14. Gráfico comparativo entre simulação e real (Os autores, 2020)

Structures, 2019. 1-9 p. Disponivel em: <https://www.sciencedirect. com/science/article/abs/pii/S0263823119304690>. Acesso em: 11 Setembro 2019. MUCHA, J. The analysis of lock forming mechanism in the clinching

5. Conclusões 1. Realizar a UCCF + aplicação de adesivo estrutural não

trouxe um aumento na resistência à tração da união como esperado (soma das resistências). Percebeu-se que existem dois comporta-

mentos separados, onde primeiro ocorre o rompimento do adesivo e, em seguida, o rompimento do botão de forma individual.

2. A vantagem de realizar a união híbrida está no fato de que

ela permite que o adesivo desenvolva a melhor performance de suas propriedades mecânicas, devido à UCCF remover os espaços entre as chapas. Dessa forma, evitando lacunas no contato que fariam

com que a resistência mecânica final do adesivo fosse prejudicada. 3. Conforme mostrado na Fig. 13, realizar a união híbrida,

joint. Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics. Rzeszów, p. 12. 2011. SARMENTO, A. A.; PEREIRA, A. L. Body in White Sheet Metal Joining: Comparison between Weld Spot and Clinching in an Environment Perspective. São Caetano do Sul: SAE International, 2012. 1-5 p. Disponivel em: <https://www.sae.org/publications/technical-papers/ content/2012-36-0433/>. Acesso em: 2 Abril 2020. TOX® PRESSOTECHNIK. Tecnologia de Clinching TOX®. TOX® PRESSOTECHNIK, 2020. Disponivel em: <https://br.tox-pressotechnik.com/assets/countries/BR-PT/pdf/TOX_Clinching-Technology_80_br.pdf>. Acesso em: 12 out. 2020.

permitiu um aumento de 3162,6 N na resistência à tração da união, que representa um acréscimo de 54,9 %.

4. A resistência à tração obtida da UCCF através da simulação

Alisson Sarmento - General Motors South America André Succissi Rinaldi; Julio Cesar Lopes da Silva; Mateus Vale Farkas; Ed

computacional é superior em, aproximadamente, 9,19 %, se com-

Claudio Bordinassi - Instituto Mauá de Tecnologia

resultado pode ser melhorado se for considerado o encruamento do

Os autores são os únicos responsáveis pelas informações incluídas neste

parada a resistência máxima obtida nos ensaios mecânicos. Este

material, gerado pelo processo de UCCF. Entretanto, ainda é um bom resultado para as condições configuradas no software.

6. Agradecimentos Os autores agradecem a colaboração da empresa TOX® e

SIKA® pela disponibilização das informações e suporte técnico, e à todos os autores citados nas referências bibliográficas. 40 ABRIL 2021

ESTAMPAGEM

trabalho. Artigo apresentado no 11º Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação 24 a 26 de maio de 2021, Curitiba, PR, Brasil

/company/villares-metals