Otimização da geometria inicial do esboço na estampagem de componentes cilindricos

Abstract

Com a realização deste trabalho pretendeu-se testar a eficiência de algoritmos de otimização da geometria do esboço, a utilizar na estampagem de taças cilíndricas. Baseado na pesquisa bibliográfica realizada, foram selecionadas duas estratégias (estratégia Push-pull e estratégia Logarítmica) de otimização, cuja eficiência e aplicabilidade é avaliada com recurso à simulação numérica pelo método dos elementos finitos, com o programa DD3IMP. De uma maneira geral, o que o algoritmo mede é a altura do componente conformado para cada direção radial, definida em relação à direção de laminagem, e compara-a com a altura objetivo. Sempre que estas alturas são diferentes, o algoritmo corrige a forma inicial do esboço, recorrendo a uma das estratégias selecionadas. Este procedimento é repetido iterativamente até que a diferença entre o objetivo e o componente estampado se encontre dentro duma tolerância definida como aceitável. A realização deste trabalho permite inferir que a estratégia Logarítmica apresenta convergência mais rápida do que a Push-pull. No entanto, mesmo a estratégia Logarítmica é sensível à solução inicial, pelo que a convergência do algoritmo é dificultada sempre que a hipótese de deformação constante na parede do componente não se verifica. O facto de manter a pressão inicial de aperto do cerra-chapas constante não influência a velocidade de convergência. No entanto, o critério de plasticidade adotado para representar o comportamento mecânico do material pode reduzir a velocidade de convergência, caso contribua para que a hipótese de deformação constante na parede do componente não se verifique. Para além disso, o algoritmo apresentado apresenta dificuldades na otimização do esboço para a realização de estampagem com estiramento, pois o comportamento não linear da estampagem é ainda mais acentuado nesta etapa.

The aim of this was to test the efficiency of blank shape optimization algorithms, valid for sheet metal forming of cylindrical cups. Based on the literature survey, two optimization strategies (Push-pull strategy and Logarithmic strategy) were selected and its efficiency and applicability was evaluated using the numerical simulation by the finite element method, with DD3IMP code. In general, the algorithm measures the height of the formed part for each radial direction, defined in relation to the rolling direction, and compares it with the target height. For different height values, the algorithm corrects the initial shape of the blank using one of the selected strategies. This procedure is repeated iteratively until the difference between the objective and the formed part is within a tolerance defined as acceptable. This work allow to infer that the Logarithmic strategy has faster convergence rate than the Push-pull. However, even the logarithmic strategy is sensitive to the initial solution, so that the convergence of the algorithm is always more difficult when the assumption of constant strain in the component wall is no longer valid. The convergence rate is not affected by imposing the condition of initial constant blankholder pressure during the iterative procedure. However, the yield criterion adopted to represent the mechanical behavior of the material can reduce the speed of convergence, when it increase the difficulties in keeping the assumption of constant strain in the component wall valid. Besides that, the presented algorithm presents difficulties in blank optimization when the process includes an ironing stage, since the non-linear behavior of the sheet metal forming process is more pronounced.