A fabricação de peças metálicas implica várias fases de aquecimento e resfriamento, nas quais o material é exposto a variações consideráveis de temperatura. Processos como fundição ou forjamento, usados na obtenção de blanques e barras, expõem o material a tensões internas de compressão e tração, também conhecidas como tensões residuais, as quais permanecem em vários pontos nos produtos semi-acabados e interferem também nos processos de usinagem, a exemplo do fresamento e da retificação, os quais darão origem ao produto final.

Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Tecnologia da Produção (IPT) estudaram como as forças decorrentes das tensões internas no material remanescente perdem seu equilíbrio como resultado da remoção do material. Como consequência, há uma mudança na tensão residual dentro da peça que pode resultar em variações tanto na estrutura do material quanto na geometria da peça, ou distorção, a qual costuma ocorrer no período após a liberação, quando o sistema de fixação deixa de atuar como uma força contrária efetiva.

 

A distorção por tensão residual grave ocorre particularmente no caso de peças em grande escala e com paredes finas. Endireitar as peças distorcidas após uma operação de usinagem mecânica é possível, mas é um processo muito complexo, especialmente no caso de geometrias complexas, cujo resultado pode ser o sucateamento do item.

 

A distorção custa caro

 

A distorção da peça é um fator de custo relevante, a ponto de um estudo realizado pela Boeing ter revelado que os custos de retrabalho e desperdício resultantes da distorção da peça chegam a mais de 290 milhões de dólares anualmente. Já a Federação Alemã de Engenharia (VDMA) estima que o custo para os fabricantes de tecnologia de acionamento para eliminar as distorções em peças totalize cerca de 850 milhões de euros somente na Alemanha.

 

Por isso a redução da distorção de peças e os possíveis lucros que ela pode gerar foram objeto do projeto de pesquisa "VoKoES", encabeçado pelo Instituto Fraunhofer IPT, em parceria com a desenvolvedora de CAD/CAM ModuleWorks e a especialista em fixação de peças Innoclamp, entre outros. O grupo desenvolveu um software de simulação e um novo sistema de fixação que pode ser usado para prever e reduzir a distorção de peças durante o fresamento de 5 eixos.

 

O projeto de pesquisa foi dividido em quatro subtarefas para atingir os seus objetivos:

 

• Desenvolver uma operação de simulação que determinará os estados de tensão residual em produtos semi-acabados.

• Desenvolver um algoritmo para simulação FEM de distorção das peças em operações de fresamento de 5 eixos.

• Desenvolver métodos de compensação da distorção de peças durante operações de fresamento de 5 eixos com base nos métodos de previsão desenvolvidos anteriormente.

• Desenvolver um sistema de fixação adaptável capaz de detectar e reduzir a distorção da peça.
   

Os pesquisadores implementaram os métodos de compensação que haviam desenvolvido em um módulo CAM, permitindo que as peças metálicas sejam produzidas de forma mais econômica, o que abre caminho para a fabricação flexível e com eficiência de recursos, especialmente de componentes integrais de paredes finas.

 

Imagem e direitos autorais: Fraunhofer IPT

 

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