Simulação numérica do retorno elástico de um componente automóvel

Abstract

O processo de conformação plástica de chapas metálicas é atualmente utilizado em diversas áreas da indústria produtiva, onde se destaca a indústria automóvel. A crescente complexidade dos produtos, a constante redução dos ciclos de desenvolvimento e a tendência para utilizar materiais cada vez mais leves e resistentes são os novos desafios deste processo. Para fazer face a estes desafios, tem vindo a ser feito um grande esforço no desenvolvimento de ferramentas de produção virtual, em particular na simulação numérica com o método dos elementos finitos. Atualmente, a simulação numérica é utilizada na indústria para prever a ocorrência de defeitos de estampagem, bem como para optimizar o valor dos parâmetros envolvidos no processo. No que toca ao retorno elástico, a sua correta previsão é essencial, na medida em que pode induzir fortes alterações geométricas no componente final. Assim, a sua previsão permite reduzir o ciclo de desenvolvimento das ferramentas de estampagem, permitindo fazer a compensação do retorno elástico sem recorrer a largos ciclos tentativa-erro, que são altamente dispendiosos quer em termos de tempo quer de dinheiro. Este trabalho tem como objetivo estudar numericamente o processo de estampagem de um componente automóvel, sendo este um dos casos de estudo proposto na conferência Numisheet 2016. Após uma breve revisão dos programas de elementos finitos utilizados para simular processos de conformação plástica de chapas metálicas, é apresentado o programa de elementos finitos DD3IMP, utilizado no âmbito deste estudo. Relativamente ao modelo numérico utilizado, a chapa de alumínio apresenta um comportamento elasto-plástico (anisotropia e encruamento cinemático), enquanto as ferramentas são consideradas rígidas, sendo a sua superfície descrita por superfícies Nagata. Uma vez que o custo computacional é fortemente influenciado pelo número de elementos finitos utilizados na discretização da chapa, são comparados os resultados de duas discretizações. Para além do estudo do retorno elástico, são apresentados e discutidos os resultados relativos às forças nas ferramentas, deslizamento da aba, espessura final da chapa, deformação plástica, etc. Os resultados mostram que a discretização efetuada na chapa tem uma influência significativa na previsão na maior parte dos parâmetros analisados.