Estudo numérico do retorno elástico torcional em componentes de geometria complexa

Abstract

Devido ao esforço constante em reduzir o peso dos veículos e atender à pressão da economia para que se aumente a sua segurança, os aços avançados de alta resistência e as ligas de alumínio estão a ganhar cada vez mais popularidade. A relação entre resistência e peso nestes materiais é muito superior quando comparada com outros materiais, enquanto a ductilidade é similar. No entanto, o elevado retorno elástico após a conformação plástica é uma das desvantagens destes materiais, comprometendo a qualidade do produto final. Para prever a ocorrência de defeitos durante o processo de estampagem e posteriormente fazer a sua correção têm sido desenvolvidas ferramentas de produção virtual, nomeadamente a simulação numérica com o método dos elementos finitos. Desta forma, uma previsão correta permite reduzir o ciclo de desenvolvimento das ferramentas de estampagem, fazendo compensação do retorno elástico sem ter se fazer vários ciclos experimentais de tentativa-erro, poupando tempo e dinheiro.Este estudo tem como objetivo realizar a análise numérica do retorno elástico torcional num componente de geometria complexa, recorrendo ao programa de elementos finitos DD3IMP. Este componente de estudo foi proposto pela organização da conferência NUMISHEET. A modelação do comportamento elasto-plastico do material da chapa utiliza uma vasta gama de dados experimentais fornecidos para o aço de alta resistência DP980 e uma liga de alumínio 6xxx. Para além do efeito do material da chapa no retorno elástico, analisa-se também o efeito de outros parâmetros como: (i) coeficiente de atrito; (ii) freio de retenção; (iii) módulo de elasticidade; (iv) lei de encruamento e (v) critério de plasticidade. A análise destes parâmetros é realizada com o auxílio da simulação numérica, nomeadamente fazendo variar cada um destes parâmetros de forma independente.Foram avaliados vários parâmetros, tais como a evolução da força do punção e do cerra-chapas, o escoamento da chapa, o retorno elástico e o retorno elástico torcional na parte superior do componente e em toda a geometria do componente. Após análise dos resultados concluiu-se que a liga de alumínio apresenta menor retorno elástico em comparação com o aço. Por outro lado, o parâmetro com maior impacto no retorno elástico é a presença do freio de retenção, i.e. o retorno elástico é significativamente reduzido quando se utiliza um freio de retenção. Por outro lado, a anisotropia plástica do material da chapa tem pouca importância para o retorno elástico.

As a result of the constant effort to reduce vehicle weight and meet the economic pressure to increase their safety, advanced high strength steels and aluminum alloys are gaining increasing popularity. The relationship between materials strength and weight is much higher when compared to other materials, while the ductility is similar. However, the high springback after forming is one of the disadvantages of these materials, compromising the quality of the final product due to shape deviation. To predict the occurrence of defects during the stamping process and subsequently correct them, virtual production tools were developed, namely a numerical simulation with the finite element method. In this way, a correct prediction allows to reduce the development cycle of the stamping tools, compensating for the springback without having to do several experimental trial-error cycles, saving time and money.This study aims to perform the numerical analysis of the torsional springback in a complex geometry component, using the finite element code DD3IMP. This component was proposed by the organization of the NUMISHEET conference. Modeling the elasto-plastic behavior of the sheet material uses a wide range of experimental data provided for DP980 steel and a 6xxx aluminum alloy. In addition to the effect of the sheet material on the springback, the effect of other parameters is also analyzed, such as: (i) friction coefficient; (ii) beads; (iii) modulus of elasticity; (iv) work hardening law and (v) yield criterion. The analysis of these parameters is carried out with the aid of numerical simulation, namely by changing each of these parameters independently.Various parameters were evaluated, such as the evolution of punch and blank holder force, sheet draw-in, springback and twist springback on top of the component and across the component geometry. It was concluded that the aluminum alloy has a lower springback compared to steel. On the other hand, the parameter with the largest impact on springback is the presence of beads, i.e. the springback is significantly reduced when using beads. On the other hand, the plastic anisotropy of the sheet material is of little importance on the springback.