Desenvolvimento de uma Máquina de Conformação de Arame

Abstract

Esta dissertação apresenta o projeto de reabilitação de uma máquina de conformaçãode arame, obsoleta e sem condições de funcionamento, para a indústria de molas e artefactosem arame. Esta máquina deverá produzir um novo componente, para o qual não estavadotada de meios para o conseguir. Para atingir esse objetivo, a máquina passará por umprocesso de reparação, restauro, modificação e alteração, através do conhecimento eexperiência técnica nesta área específica, presente na empresa em que foi desenvolvido, edas ferramentas da engenharia mecânica para validar e melhorar as soluções idealizadas.Primeiramente é feita a contextualização acerca do processo de conformação de aramee das várias etapas a que este é sujeito, permitindo perceber e realçar os problemas existentescom a máquina em estudo. Em segunda instância, é feita uma avaliação ao estado da máquinae são dados a conhecer os seus problemas mecânicos e de conceção, que não permitiam arealização da tarefa em vista, ou que podiam simplesmente ser melhorados. De seguida sãoapresentadas as soluções conceptuais idealizadas para cada um dos problemas identificados,bem como um novo design para as ferramentas de conformação desta máquina.Posteriormente, a solução conceptual passa por um processo de verificação edimensionamento, recorrendo à simulação numérica do processo de conformação de arame,utilizando, tanto as ferramentas originais, como as idealizadas. Aqui, o programa deelementos finitos DD3IMP foi utilizado para obter os dados relativos aos esforços sobre cadaferramenta e a geometria do arame durante a conformação, nomeadamente a curvatura nazona da dobragem. É também efetuado um estudo ao retorno elástico do arame, de modo aconseguir quantificar e compensar este fator no momento da afinação da máquina paraprodução. Por fim, é apresentada uma análise comparativa das simulações com os resultadosexperimentais, obtidos com as novas ferramentas já montadas. Como rescaldo, será tambémdemonstrado um balanço com a estimativa de poupança que esta empresa teve ao adotar umasolução de reaproveitamento e modificação de uma máquina obsoleta, face ao quedespenderia na aquisição de uma máquina nova.

This study presents the project of rebuilding a wire bending machine for manufacturingcoil springs and other related products. The starting point was an old, obsolete and nonworking wire bending machine. Indeed, this machine is not able to produce a new componentdue to specifications required by the customer. Therefore, the machine will go through theprocess of repair, restauration and modification. To achieve that goal, the redesign will takeinto account the technical knowledge and experience within the company, as well as themechanical engineering tools to validate and improve the proposed solutions.Primarily, the process of wire bending and the steps to achieve the final product willbe brought into context, in order to enhance the mechanical problems of the machine. Then,the actual conditions are evaluated to find the mechanical and conception problems thatpreclude the desired task. Following that, the idealized conceptional solutions for theidentified problems will be presented, as well as a new design for the machine’s bendingtools. Next, the conceptual solution will go through a procedure of verification and design,using the numerical simulation of the wire bending process, adopting both the original toolsand the new design for the forming tools. Here, the data regarding loads in each tool and thewire geometry during the bending stage, in particular its curvature, will be provided by thein-house finite element code DD3IMP. Also, the springback of the wire will be studiednumerically and experimentally. This can reduce the time spend in the experimental tryoutof new products since the springback can be numerically predicted a priory for any geometryof bending and material. Lastly, a comparison between experimental results, obtained usingthe new designed tools, and the predicted simulation results will be presented.In the aftermath, an estimated audit of the savings obtained by the company will bedemonstrated, for adopting this recovery and modifying of an obsolete machine, instead ofacquiring a new one.