Por Ajay Yadav e Taylan Altan*

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de fevereiro de 2009.

 

Nas duas partes anteriores deste estudo foram discutidos os detalhes de processo, prensas e projetos de ferramental para a hidroconformação de chapas com matriz (SHF-D) e com punção (SHF-P). Para usar esses dois métodos com sucesso é importante entender os parâmetros-chave de processo, tais como as evoluções da força do prensa-chapas e da pressão da câmara ao longo do tempo.

 

Parâmetros de processo incorretos podem levar a um estiramento excessivo da chapa (fratura), enrugamento ou vazamento do meio de pressurização durante o processo de hidroconformação. O Centro de Pesquisa em Engenharia para Manufatura Próxima do Formato Final (Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing, ERC/NSM) (Estados Unidos) desenvolveu um programa computacional para otimização numérica que, quando acoplado ao pacote de elementos finitos PAMSTAMP 2000, determina as evoluções otimizadas de força do prensa-chapas e pressão da câmara ao longo do tempo.

 

 

Fig. 1 – A variação da força do prensa-chapas em diferentes pontos controla localmente o fluxo de material desde a flange até a cavidade da matriz. Fonte: V. Vavilikolane, T. Altan; Estimation of Optimum Process Parameters to Form a Rectangular Part Geometry by Sheet Hydroforming with Die (SHF-D) Process Using Finite Element Method; tese de mestrado; The Ohio State University; Columbus, 2005.

 

 

Estes parâmetros otimizados de processo ajudam a minimizar as ocorrências de redução de espessura de parede e enrugamento na peça, bem como o risco de vazamento do meio de pressurização.

 

Este trabalho consiste em estudos de casos sobre a otimização de processos de hidroconformação de chapas usando punção (SHF-P) ou matriz (SHF-D), que foram conduzidos no Centro de Pesquisa em Engenharia para Manufatura Próxima do Formato Final. Outro estudo de caso envolvendo a hidroconformação de chapas com matriz foi publicado na edição de abril de 2005 do Stamping Journal (Estados Unidos).

 

 

Estudo de caso sobre hidroconformação de chapas com matriz (SHF-D)

 

O Centro de Pesquisa em Engenharia para Manufatura Próxima do Formato Final trabalhou em cooperação com a Universidade de Dortmund (Alemanha) para otimizar o processo de hidroconformação de chapas com matriz para o caso de uma peça retangular conformada com o uso de um sistema amortecedor com múltiplos pontos com um prensa-chapas segmentado.

 

Este sistema amortecedor permite que sejam aplicados diferentes valores de força do prensa-chapas (BHF) em dez diferentes locais ao redor do blanque retangular. A força do prensa-chapas também pode variar ao longo do tempo em cada um desses locais.

 

 

Fig. 2 – A otimização da força do prensa-chapas promove melhor distribuição da redução da espessura de parede da peça. Observou-se redução máxima de espessura de 22% no canto da matriz. Fonte: Vavilikolane, Altan, 2005.

 

 

Há quatro possíveis modos de aplicar a força do prensa-chapas durante a hidroconformação usando um sistema amortecedor com múltiplos pontos:

 

1 – Força do prensa-chapas constante no espaço e tempo;

 

2 – Força do prensa-chapas variável no espaço e constante no tempo;

 

3 – Força do prensa-chapas variável no tempo e constante no espaço;

 

4 – Força do prensa-chapas variável no espaço e tempo.

 

Foram determinados os valores otimizados para esses quatro possíveis modos de aplicação da força do prensa-chapas durante a conformação de uma peça retangular. Os experimentos para a otimização dos parâmetros de processo foram conduzidos posteriormente.

 

A figura 1 mostra os perfis otimizados de pressão da câmara e de força do prensa-chapas variando ao longo do tempo e espaço. A figura 2 mostra a distribuição da redução de espessura para o valor otimizado da força do prensa-chapas em comparação com a força de prensa-chapas usada na Universidade de Dortmund.

 

 

Estudo de caso sobre hidroconformação de chapas com punção (SHF-P)

 

Estudos sobre a análise e otimização do processo de hidroconformação de chapas com punção para um copo circular com 90 mm de diâmetro foram conduzidos em cooperação com a empresa alemã Schnupp Hydraulik. A pressão da câmara foi limitada a um valor máximo de 40 MPa em função das restrições da capacidade do equipamento.

 

A figura 3 mostra a evolução do perfil da força do prensa-chapas associada à hidroconformação de um copo circular feito de aço para estampagem extra-profunda acalmado ao alumínio até uma profundidade de 105 mm em uma única operação de conformação.

 

 

Fig. 3 – A evolução otimizada da força do prensa-chapas ao longo do tempo foi prevista usando técnicas de otimização numérica acopladas com o método de elementos finitos. Fonte: M. Braedel, H. Palaniswamy, T. Altan; Estimation of the Optimal Blank Holder Force and Forming Pressure Trajectory for Sheet Hydroforming Process with Punch; ERC/NSM-05-R-21, ERC/NSM; The Ohio State University; Columbus, 2005.

 

 

A força do prensa-chapas foi aumentada ao final do processo de conformação para restringir o fluxo do material e evitar aumento excessivo da espessura da flange, o que poderia resultar no enrugamento dessa região da peça e vazamentos. O uso desse perfil otimizado de força do prensa-chapas permitiu que a Schnupp Hydraulik pudesse hidroconformar o copo circular com sucesso.

 

Uma comparação entre as evoluções da redução da espessura de parede da peça, obtidas experimentalmente e por cálculo pelo método de elementos finitos, é mostrada na figura 4. Um estudo similar de otimização e validação experimental foi realizado posteriormente para a fabricação de uma peça com geometria cônica por meio da hidroconformação de chapa com punção.

 

 

Fig. 4 – O grau de concordância na redução de espessura de parede da peça obtido entre a previsão feita através do método de elementos finitos e medições experimentais para a evolução otimizada da força de prensa-chapas validou as previsões feitas pelo modelo matemático. Fonte: Braedel, Palaniswamy, Altan, 2005.

 

 

Este artigo é a última parte de uma série de três trabalhos que abordam vários processos de hidroconformação de chapas, todos eles publicados no site de Corte e Conformação de Metais. A parte I tratou exclusivamente da hidroconformação usando matriz (SHF-D). Já a parte II trouxe uma revisão sobre a hidroconformação de chapas com punção (SHF-P).

 

*Este estudo foi preparado por Ajay Yadav, membro da equipe do Centro de Pesquisa em Engenharia para Manufatura Próxima do Formato Final (Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing, ERC/NSM), da Universidade do Estado de Ohio (EUA), e por Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor da instituição. Este artigo foi publicado originalmente na seção “R&D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de fevereiro de 2009 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

 

Tecnologia em conformação

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