Revista Estampagem & Conformação - Stamping and Forming Magazine - Dezembro/ 2020

ESTAMPAGEM &

CONFORMAÇÃO

BRASIL

Stamping & Forming Magazine Brazil Revista de Corte, Estampagem e Conformação de Chapas, Arames e Tubos

Dezembro 2020

O USO DA SIMULAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DE ESTAMPAGEM NA INDÚSTRIA DE UTENSÍLIOS DOMÉSTICOS Gêmeos Digitais Para Agilidade na Estampagem de Carrocerias O Uso do DOE na Otimização de Estampagem e a Importância de Definir uma Janela Estável de Parâmetros de Processo Avaliação do Raio de Dobra Para o Aço de Alta Resistência QUARD 500

NLMK: RESISTENTE E PREPARADA PARA CRESCER AINDA MAIS

INDUSTRIAL Conheรงa sobre a revista HEATING Acesse: aquecimentoindustrial.com.br/ publicacoes/revista-industrial-heating-brasil Contato: contato@aquecimentoindustrial.com.br contato@grupoaprenda.com.br grupoaprenda.com.br (19)3288.0437

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26 Na Capa: Autolens Pág. 16

CONTEÚDO

22

29 DEZEMBRO 2020 - NÚMERO 4

ARTIGOS 9 Gêmeos Digitais Para Agilidade na Estampagem de Carrocerias

Christoph Weber Autoform Software, Shangai - China, Tradução e adaptação: César Augusto Batalha, Autoform Brasil, São Paulo - Brasil

Nos últimos meses, várias montadoras anunciaram ou estão anunciando iniciativas agressivas de redução de custos para se prepararem para o mercado volátil atual e destinarem recursos suficientes para as novas tecnologias que estão surgindo.Será então chegado o momento de superar as dificuldades organizacionais e aproveitar o potencial inexplorado da transformação digital?

16

O Uso do DOE na Otimização de Estampagem e a Importância de Definir Uma Janela Estável de Parâmetros de Processo Xiaojun Yang e Oswaldo Ravanini, C3P Engineering Software International Co., LTD e Autolens Engenharia e Consultoria Ltda, São Paulo - Brasil

Em um desenvolvimento de um novo processo de estampagem, após o try-out e aprovação das primeiras peças, muitos fatores na produção afetam os seus resultados reais. Esses fatores geralmente variam em intervalos, o que chamamos de “janela de produção” ou “janela de trabalho”.

22

Resistente e Preparada Para Crescer Ainda Mais Marcus Frediani, São Paulo - Brasil

Nem mesmo o período mais duro da crise do novo coronavírus conseguiu arrefecer de maneira substancial o ritmo de evolução dos negócios da NLMK no Brasil. E o futuro da empresa por aqui promete ser bastante auspicioso. No último dia 20 de agosto, o NLMK Group comemorou seis anos de operação no Brasil. E nesse curto período, os números relativos a vendas e faturamento, bem como de investimentos da empresa no país vêm crescendo de forma robusta e segura.

26

O Uso da Simulação e Otimização de Estampagem na Indústria de Utensílios Domésticos

29

Avaliação do Raio de Dobra Para o Aço de Alta Resistência Quard 500

Oswaldo Ravanini, C3P Engineering Software International Co., LTD e Autolens Engenharia e Consultoria Ltda, São Paulo - Brasil

Tradicionalmente, o processo de estampagem na indústria de utensílios domésticos exige muitas tentativas para se chegar ao projeto da ferramenta definitiva e produzir peças livres de defeitos. O design de novos estampos fica mais problemático à medida que as geometrias se tornam mais complexas e os materiais alternativos podem apresentar menor estampabilidade.

Josimar Teixeira dos Santos, Fabiano da Silva Brites e Lírio Schaeffer, UFRGS, Rio Grande do Sul - Brasil

O surgimento recente na indústria de aços com maior resistência tem dado aos componentes maior vida útil e menor peso aos equipamentos, porém, ainda pouco se sabe a respeito da conformação deste tipo de material. Este trabalho tem por objetivo analisar o raio de dobra para o aço Quard 500, com dureza de 500 HB e espessura de 4,76 mm.

ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 3

ESTAMPAGEM &

CONFORMAÇÃO

BRASIL

Stamping & Forming Magazine Brazil

EQUIPE DE EDIÇÃO SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos Eireli (19) 3288-0437 Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP) www.sfeditora.com.br

DEPARTAMENTOS 04 Índice de Anunciantes

Lirio Schaeffer Editor, schaefer@ufrgs.br • (51) 99991-7469 Udo Fiorini Publisher, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789 Gabrielly Guimel Redação - Diagramação, gabrielly@sfeditora.com.br • (19) 3288-0437 André Júnior Vendas, andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437

As opiniões expressadas em artigos, colunas ou pelos entrevistados são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente a opinião dos editores.

ÍNDICE DE ANUNCIANTES Empresa

Pág.

Contato

Autoform

07

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Portal Aquecimento Industrial

Capa 2ª, 08, 18, 19, 27, Capa 3ª www.aquecimentoindustrial.com.br

Metalurgia

36

www.metalurgia.com.br

Technova

17

www.technnova.com.br

COLUNAS 5

Editorial Brasil Um Novo Ano Inicia Para as Indústrias Brasileiras de Estampagem de Chapas Metálicas

Em 2020 tivemos um ano completamente atípico. Em maio já tínhamos a grande evidência e um grande conhecimento da pandemia que iríamos ter que encarar e que cada vez mais assolava o país. O cunho altamente político dado a esta pandemia no Brasil freiou e atrasou muitas soluções para enfrentar essa guerra. Desta forma passamos meses e meses cada um com suas armas para atuar nesta luta do jeito que dava. Felizmente em agosto algumas empresas já estavam apostando numa possibilidade de enfrentamento.

6 8

PHS Work Force Team O Desafio do Corte de Aços de Alta Resistência O grupo de estudos PHS Task force do IPEN [1] tem um desafio em avançar na resolução de um grande problema de corte de aços de alta resistência, visto que estes materiais atualmente são cortados por processos a laser em uma etapa posterior a estampagem a frio ou a quente para formação do produto final automotivo. O fato de efetuar esta operação fora do processo contínuo de estampagem tem acarretado uma série de acréscimos de custos nos processos, como manuseio, espaço físico de operações de corte e mão de obra qualificada em máquinas a laser, sem contar o custo destes equipamentos de alta tecnologia.

BrDDRG Um Ano de Evolução!

2020 foi um ano que entrará para a história. Nos vimos confrontados com um inimigo que não respeita fronteiras, classe social ou posições políticas. É Incrível como um ser irracional, com o tamanho de alguns nanômetros (segundo os pesquisadores o coronavírus mede aproximadamente 25 nm ou 0,000000025 m), foi capaz de restringir as ações de seres muito maiores. Isso apesar de toda a nossa civilização, cultura, tecnologia, racionalidade. Afinal, apesar de tudo isso, não somos infalíveis e não estamos sozinhos no planeta terra. Talvez seja a hora de rever nossa relação com os outros seres com os quais compartilhamos nosso lar planetário.

4 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

EDITORIAL

UM NOVO ANO INICIA PARA AS INDÚSTRIAS BRASILEIRAS DE ESTAMPAGEM DE CHAPAS METÁLICAS

E

m 2020 tivemos um ano completamente atípico. Em

software empregando a técnica do DOE para casos práticos

conhecimento da pandemia que iríamos ter que

importância do feito das inúmeras variáveis que existem no

maio já tínhamos a grande evidência e um grande

encarar e que cada vez mais assolava o país. O cunho altamente político dado a esta pandemia no Brasil freiou e atrasou muitas soluções para enfrentar essa guerra.

Desta forma passamos meses e meses cada um com suas

armas para atuar nesta luta do jeito que dava. Felizmente

em agosto algumas empresas já estavam apostando numa

possibilidade de enfrentamento. Muitas estavam retomando

seu dia-a-dia e iniciando sua produção tradicional. Algumas já estavam até planejando a retomada de 2021 considerando novos mercados e até modernização de seus equipamentos.

Em setembro vivemos empresas encaminhando técnicos e

engenheiros para treinamentos presenciais e remotos, empresas

de processos de Estampagem, principalmente para avaliar a processo.

Tramontina Farroupilha S.A:

O Eng Eduardo Portolan descreve sobre o uso da simulação

computacional na solução de projeto empregado na fabricação de utensílios domésticos empregando aço inoxidável como matéria prima.

NLMK do Brasil:

Empresa de origem russa, instalada no Brasil há seis anos,

mostra sua confiança no Brasil mesmo passando por este período tumultuado com efeitos do COVID-19.

UFRGS:

Neste estudo é analisado o efeito do raio de dobramento

solicitando auxílios para soluções de problemas, etc... em

usando o material QUARD 500 para uma geometria em forma

No momento estamos até vendo o Índice Bovespa no seu

suporte, a nivel de projeto, para um simples processo de dobra

uma nítida demonstração que iríamos vencer esta batalha. maior patamar da história, já superando fevereiro de 2020,

provavelmente antecipando um aumento de lucro das empresas.

Que belo presságio...

Neste contexto estamos vendo a SF Editora do Grupo

de “V”. É discutido a falta de bibliografia que venha dar objetivando a previsão de possíveis defeitos.

Desejo boa leitura a todos Lirio Schaeffer, Editor.

Aprenda, responsável pela edição da Revista Estampagem &

Conformação, lançando mais uma edição. É mais uma aposta

mostrando que nossa indústria irá estar atenta acompanhando as novas tecnologias e soluções que aqui estão descritas.

Como destaque de artigos desta edição é importante

mencionar:

Autoform:

“Gêmeos digitais para agilidade na estampagem de

carrocerias”. Um importante tema que proporciona às empresas uma maior agilidade em projetos de carrocerias minimizando o desperdício, aumentando a velocidade e confiabilidade .

Autolens:

Neste trabalho o Eng Oswaldo Ravanini discute um ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 5

MaterialSeries

››

O DESAFIO DO CORTE DE AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA

O

grupo de estudos PHS Task force do IPEN [1] tem

necessária para suportar as condições de corte do produto,

problema de corte de aços de alta resistência, visto

trabalho. O trabalho iniciou-se com um grupo do sul do Brasil

um desafio em avançar na resolução de um grande

que estes materiais atualmente são cortados por processos a

laser em uma etapa posterior a estampagem a frio ou a quente

para formação do produto final automotivo. O fato de efetuar esta operação fora do processo contínuo de estampagem tem acarretado uma série de acréscimos de custos nos processos,

como manuseio, espaço físico de operações de corte e mão de

obra qualificada em máquinas a laser, sem contar o custo destes equipamentos de alta tecnologia.

A demanda global para emprego destes aços de alta

resistência, como os graus martensíticos e os estampados

a quente-PHS acima de 1000 MPa tem sido alavancadas

continuamente para perseguir elevadas pontuações nos testes de crash veiculares, como as estrelas de qualidade fornecidas

pela NCAP , onde a maior resistência mecânica e rigidez da [2]

carroceria advinda destes aços avançados têm mostrados ótimos resultados nos testes de crash frontais e ou lateriais.

A maior dificuldade de cortar os aços com resistência

mecânica acima de 1000 MPa está na degradação da facas e

punções, impossibilitando ter uma produtividade fabril contínua,

como por exemplo: as deformações, impactos e severidades de

no estado de Santa Catarina que tem o know how de trabalhar

com facas de cortes de alto desempenho, quando na formulação

de materiais existe a presença de elementos químicos específicos adicionados como parte da tecnologia desenvolvida, como por exemplo, específicas terras raras. Estas cerâmicas poderão ser desenvolvidas no formato que precisa através das técnicas de sinterização por meio de fornos e atmosferas controladas. O

foco desta coluna é despertar para soluções locais no sentido

de solucionar problemas globais e para isto, o time PHS Task Force tem uma participação muito grande e um know how

já desenvolvidos nos últimos anos nas áreas de aços de alta

resistência. Espera-se que ainda durante o vigor do Programa Brasileiro Rota 2030 esta tecnologia já esteja disponível no

mercado. Um abraço e até a próxima coluna de Estampagem.

Referências [1] https://materials-series.com.br/2018/03/06/workshop-phs-task-force/ [2] https://www.latinncap.com/po/

levando as diversas etapas de troca de ferramentas de corte e

sem contar do custo elevadíssimo de se manter esta operação

produtiva. Para os casos dos aços PHS, estudos de obter um corte a quente ou a morno já no processo produtivo é uma das opções em estudo, porém requerem muitos avanços para viabilizar

estas etapas dentro dos ferramentais desenvolvidos; certamente não é impossível, mas ainda estão sendo acompanhados nas

comunidades de pesquisas de ferramentas. No caso dos aços estampados a frio, não existe a possibilidade de emprego de

temperatura para melhorar o corte do material, tornando mais

Grupo formado dentro do IPEN no ínicio de 2010 e intitulado

difícil acharem soluções que atendam a demanda industrial.

como PHS Work Force Team em 2015, sem fins lucrativos,

uma tecnologia local em desenvolvimento que permitirá

na área de aços de alto desempenho, com foco em agregar

desempenho, isto é, cerâmicas que além de terem uma resistência

habitam estas comunidades.

A razão desta coluna e introduzir aos leitores que já existe

obter este tipo de corte com o uso de facas cerâmicas de alto mecânica elevadíssimas, também dispões de tenacidade 6 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

formado por pesquisadores e especialistas internos e externos valor ao setor da mobilidade e solucionar os problemas que

BrDDRG

››

UM ANO DE EVOLUÇÃO!

2

020 foi um ano que entrará

a tradicional conferência de conformação

confrontados com um inimigo

Acompanhe em www.iddrg.com (o site

para a história. Nos vimos

que não respeita fronteiras, classe social

ou posições políticas. É Incrível como um

de chapas e hidroconformação. ainda não foi atualizado).

Marcante no ano que se despede foi

ser irracional, com o tamanho de alguns

a aceleração do uso de tecnologias de

o coronavírus mede aproximadamente

de adaptar nossas atividades à nova

nanômetros (segundo os pesquisadores 25 nm ou 0,000000025 m), foi capaz de restringir as ações de seres muito maiores. Isso apesar de toda a nossa civilização, cultura, tecnologia,

racionalidade. Afinal, apesar de tudo

isso, não somos infalíveis e não estamos sozinhos no planeta terra. Talvez seja a

hora de rever nossa relação com os outros seres com os quais compartilhamos

comunicação à distância e a necessidade realidade. De toda crise podemos tirar lições valiosas. Sobreviverão

os que conseguirem se adaptar mais rapidamente, e a vida continua. “A

crise pode parecer ruim, mas pode ser

também o início da cura. É ela que nos obriga a buscar algo melhor” (Graziela Bergamini).

As comissões técnica e organizadora

nosso lar planetário. Estamos chegando

do Brazilian Deep Drawing Research

devido à pandemia e suas consequências,

Natal e um 2021 repleto de esperança,

ao final de um ano bastante atípico

onde decidimos adiar a realização do

7° Congresso do BrDDRG em Porto Alegre. Porém, em conjunto com o

Group desejam um Abençoado e Feliz superação e realizações.

Dr.-Ing. João Henrique Corrêa de Souza é

Professor Lirio Scheffer da UFRGS

secretário nacional da BrDDRG, professor

estamos já nos preparando para um ano

Grande. Technnova Consultoria em Engenharia e

nosso congresso em 2021, de 13 a 15 de

technnova.com.br ou o perfil no Linkedin www.

e os membros da comissão técnica,

visitante na FURG - Universidade Federal de Rio

melhor e nos organizando para realizar o

Inovação. Para saber mais acesse o site: www.

outubro. Fique ligado em www.brddrg.

linkedin.com/in/joaohcdesouzametalforming.

com.br.

E também na Europa os

acontecimentos de 2020 exigiram

adaptações à nova realidade. Em contato com o Diretor do IFU – Institut für

Umformtechnik (Institute for Metal

Forming Technologies) da Universidade de Stuttgart, Alemanha, Professor

Mathias Liewald, recebi a informação de que a edição 2021 do IDDRG será

realizada em Stuttgart, em conjunto com ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 7

BrDDRG

››

8 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

ARTIGO

GÊMEOS DIGITAIS PARA AGILIDADE NA ESTAMPAGEM DE CARROCERIAS Fig. Gêmeo digital do painel lateral da carroceria do NIO ES6 simulado pelo software AutoForm; cortesia da NIO

Christoph Weber Autoform Software, Shangai - China, Tradução e adaptação: César Augusto Batalha, Autoform Brasil, São Paulo - Brasil

Nos últimos meses, várias montadoras anunciaram ou estão anunciando iniciativas agressivas de redução de custos para se prepararem para o mercado volátil atual e destinarem recursos suficientes para as novas tecnologias que estão surgindo. Será então chegado o momento de superar as dificuldades organizacionais e aproveitar o potencial inexplorado da transformação digital? As empresas do setor automotivo têm se transformado em empresas ágeis em vendas e desenvolvimento. Este artigo explora como um gêmeo digital guiado pelos fenômenos da física proporciona mais agilidade na área de estudos tradicional da estampagem de carrocerias e como gerar um ROI eliminando o desperdício e aumentando a velocidade e a confiabilidade nesse ambiente de constante mudanças.

O

s fabricantes (OEM) preci-

sam investir em tecnologias emergentes, como novos

através, entre outras, da tecnologia de

e barreiras organizacionais para aproveitar

A questão é: Você ainda pode

digital. Este artigo explora a oportunidade

digitalização e simulação (Fig. 1).

powertrains, condução autônoma e conec-

espremer cerca de cinco a dez por cento

os custos para se adaptarem ao novo

fornecedores, o que ainda pode ser viável.

tividade, ao mesmo tempo em que cortam normal do mercado. A Nissan anunciou

que reduzirá os custos em 20% até 2023 em seu mais recente plano de retomada. Outro OEM japonês pretende reduzir até 24% dos custos no mesmo período de tempo

dos custos de sua operação e de seus

Entretanto, para otimizar de 20 a 30%, é

preciso transformar profundamente a sua forma de operar.

Essa pressão econômica deve permitir

que as montadoras superem as dificuldades

o potencial inexplorado da transformação de implementar um conceito de gêmeo

digital guiado pelos fenômenos físicos para obter agilidade e eficiência na estampagem e armação de carrocerias. Em primeiro

lugar, identificamos os desafios organizacionais, técnicos e culturais nos projetos

de manufatura de carrocerias de hoje. Em seguida, expomos nossa visão de gestão

ágil de projetos viabilizada por um modelo consistente de processo de gêmeo digital

em uma plataforma compartilhada. Indicamos os aspectos mais vitais desse conceito

e compartilhamos vários exemplos do que as principais empresas automotivas fazem atualmente. Um cálculo de retorno do

investimento de uma montadora represen-

tativa na China revela a economia de custos concreta. Por último, um cronograma de Fig. 1. Nissan Motor Corporation

projeto de implementação esboça como ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 9

ARTIGO abordar esse assunto como um OEM do setor automotivo.

O Desafio: A Gestão de Projetos Atual Vários departamentos e fornecedores

precisam trabalhar em conjunto e sinergi-

camente durante o projeto e a manufatura de uma nova carroceria. No entanto, cada

departamento tem que alcançar o seu próprio conjunto de marcos e metas em uma

organização em cascata. Cada departamento pode utilizar diferentes ferramentas ou

recorrer a referências históricas e à própria Fig. 2. Christoph Weber, Xangai, 2020

experiência para conduzir seus conceitos

de projeto e manufatura. Cada uma dessas ferramentas é baseada em um modelo de processo de manufatura implícito e de entendimento diferente.

Em decorrência dessa desconexão

organizacional e técnica, os engenheiros se concentram em seu subconjunto de metas e podem não considerar as restrições e

metas de outros departamentos. Grande

parte do progresso do trabalho é desper-

diçada, considerando que as informações e dados não são totalmente transferidos

de um departamento para outro. Os ciclos automáticos de respostas são impossíveis.

O gráfico seguinte apresenta um modelo Fig. 3. Christoph Weber, Xangai, 2020; NIO ES6, Cortesia NIO

usual de processo por departamento e as

consequências dessa desconexão na forma de desperdício e falta de confiabilidade (Fig. 2).

O projeto de uma carroceria e de suas

peças já define 60-70% de seus custos, in-

dependentemente do quanto a engenharia

e a manufatura tentarem espremer em fases posteriores. De qualquer modo, a viabi-

lidade de manufatura nos departamentos de projeto depende em grande parte de

um parecer prático baseado em modelos

de processo de manufatura excessivamente simplificados. Geralmente, uma análise

mais profunda da viabilidade de manufaFig. 4. Christoph Weber, Xangai, 2020 10 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

tura somente ocorre em um departamento separado após as primeiras versões preli-

ARTIGO técnicos, comerciais e logísticos. A equipe de dimensionamento geométrico e tole-

râncias (GD&T) geralmente não acessa as simulações dos processos de estampagem

e soldagem e, ao invés disso, se baseia em referências históricas de projetos. Isso re-

sulta em superengenharia pela definição de tolerâncias apertadas demais, não porque

seja tecnicamente necessário, mas porque este departamento não vincula os dados

existentes para entender como os processos subsequentes de manufatura estão interli-

Fig. 5. Christoph Weber, Xangai, 2020

gados. Os departamentos de Engenharia de Custos e Compras preferem confiar

mais em referências históricas em Excel para o controle de custos e negociações

com fornecedores, ao invés de alavancar o

conhecimento interno sobre o processo de manufatura implícito. Isso os coloca em

uma posição de negociação desfavorável

hora cedendo aos fornecedores o potencial de economia de projetos e margens, hora

estrangulando os mesmos a números inalcançáveis. Ambos os levam a relações não

Fig. 6. Christoph Weber, Xangai, 2020

minares do projeto já estarem concluídas e

sos de soldagem na linha de produção de

“Engenharia simultânea”, ainda que na ver-

dado de engenharia chega ao chão de fábri-

“congeladas”. Esse trabalho é chamado de dade isso não aconteça simultaneamente,

mas normalmente pela entrega de pacotes de peças de um estágio ao outro em intervalos mensais ou de acordo com o padrão

saudáveis e pouco produtivas.

O Gerenciamento de Programas pode

carrocerias. Entretanto, poucos ou nenhum

receber informações contraditórias sobre

ca físico e vice-versa, não há nenhum fluxo

departamentos baseiam suas análises em

sistemático de dados de respostas do chão de fábrica para a engenharia.

Os departamentos de engenharia

o mesmo assunto, dado que diferentes

diferentes modelos de processo. O resul-

tado são as frequentes surpresas e atrasos.

Fica difícil tirar proveito do aprendizado de

de cada fabricante. Como ambos os depar-

podem ignorar as restrições da vida real

diferentes para a avaliação da viabilidade,

no chão de fábrica podem não confiar na

intenção da engenharia e improvisar com

A Solução: Gêmeos Digitais Para Agilidade na Estampagem de e Armação de Carrocerias

base em sua própria experiência. Isso cria um ciclo vicioso que aumenta a descone-

A solução para estas questões é comparti-

xão das informações, confiança e cultura

lhar um modelo de processo em uma única plataforma com todos os departamentos e

tamentos utilizam modelos de processos

há pouco entendimento e experiência que possam ser trocados e consolidados em

qualquer direção. Isso resulta em muitos

ciclos entre ambos os departamentos e, por último, em projetos de produto mais caros e pesados do que o necessário.

A maioria dos departamentos de enge-

no chão de fábrica, sendo que os técnicos

ao longo do tempo. – “Desmonte os silos / barreiras – integre os departamentos!”

As simulações de engenharia criam

nharia das montadoras realiza simulações

uma enorme quantidade de dados que nor-

virtuais e otimização dos processos de

empresa, apesar de serem extremamente

extensivas para a elaboração de projetos

estampagem na estamparia e dos proces-

um projeto para os futuros.

fornecedores. O gêmeo digital do processo conecta os mundos virtual e físico, e é constituído por duas entidades:

1. O master digital é criado primeiro

malmente não é repassada a outras áreas da

no mundo virtual durante a fase de projeto

relevantes para os demais departamentos

engenharia ou o modelo “como projetado”.

e engenharia, e representa a intenção de ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 11

ARTIGO modificação no projeto ou no conceito

de manufatura, o gêmeo digital fornece

resposta imediata a todos os conectados à plataforma sobre o impacto no resultado

final da carroceria bruta e dados relevantes para cada departamento. Isso permite que todos os departamentos possam alinhar

seus objetivos para otimizar a carroceria

bruta em termos de qualidade, funciona-

Fig. 7. Autoform

mento, peso, custo e complexidade dentro de um cronograma realista (Fig. 3).

O lado esquerdo representa o processo

da vida real, que é a reprodução exata de

seu master digital no mundo físico. Todos os dados relevantes são disponibiliza-

dos aos departamentos executantes, tais

como Compras e Produção, a fim de lhes permitir a implementação da intenção de

Fig. 8.

engenharia. Os dados reais de produção e outros dados obtidos são alimentados

no sistema. O modelo guiado pela física

calcula os desvios entre o master digital e os dados reais e fornece orientações para o chão de fábrica sobre como atingir a

conformidade. Dessa forma, o circuito é

encerrado de forma a sincronizar o master

Fig. 9

2. O modelo real é a execução física

de seu master digital no chão de fábrica, e

fornece dados “como manufaturado” com o objetivo de fechar o circuito de retorno dos dados e promover a melhoria contínua.

Um gêmeo digital guiado pela física

é capaz de prever o comportamento do

processo ainda na fase virtual e de propor

correções automaticamente para eventuais desvios na fase de produção física. Isso

proporciona agilidade no processo através de ciclos de iteração imediatos e foco no

resultado final da carroceria bruta, aumentando eficiência e reduzindo custos.

O que é agilidade na estampagem de

carrocerias? [1] Ciclos de iteração imediatos graças ao gêmeo digital e [2] quando

todos se concentram no resultado final da carroceria bruta para otimizar os índices 12 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

de qualidade, funcionamento, peso, custo e tempo.

A gestão de projetos tradicional seguia

digital e a vida real, para enriquecer o

modelo de processo ao longo do tempo e

incrementar a melhoria contínua (Fig. 3).

Consequentemente, os projetos são

um processo operacional com várias fases

otimizados de forma antecipada para a

uma a uma da esquerda para a direita. Em

ceria bruta obtendo assim a redução de

e marcos de projeto, que eram concluídas contrapartida, no caso dos projetos ágeis

“Agile/Scrum”, todos “se sentam à mesma mesa” ou, neste caso, estão conectados à mesma plataforma, onde o produto e o

conceito de manufatura são amadureci-

dos em vários ciclos de iteração ao longo do projeto. O gráfico seguinte (Fig. 3)

apresenta um ciclo de projeto ágil desde o

projeto do produto até a produção, baseado no conceito do gêmeo digital na estampagem de carrocerias. No lado direito está o

master digital, que é aperfeiçoado durante a fase de projeto e engenharia. Para qualquer

manufatura, para a montagem da carrocustos, peso e tempo. O departamento de dimensionamento geométrico e tolerâncias (GD&T) pode aproveitar os dados

virtuais dos processos de estampagem e de soldagem para a definição de tolerâncias tão amplas quanto possível, garantindo

ao mesmo tempo custos menores, maior

simplicidade de produção e o cumprimento de todas as metas de funcionamento e qualidade da carroceria final. O planejamento

da produção pode alocar com antecedência as linhas de prensas mais econômicas para

os projetos, de acordo com a capacidade da

ARTIGO escopo que cobre todos os aspectos críticos para representar e prever um processo de estampagem: Desde as propriedades do material até uma análise de consistên-

cia que contempla as variáveis de ruído

encontradas no dia a dia de um proces-

so produtivo. Um modelo de processo

adequado forma a base para otimizar e

validar virtualmente conceitos de projeto e manufatura. A precisão aumenta na medi-

da em que o modelo de processo de criação

do master digital é enriquecido ao longo de cada etapa e conforme o modelo geral e a aplicação do software são continuamente

Fig. 10. Christoph Weber, Xangai, 2020

aperfeiçoados ao longo do tempo.

Em segundo lugar, todos os dados

“como projetado” do master digital são dis-

ponibilizados para o chão de fábrica em um formato de fácil interpretação, por exemplo, em um tablet. O software “Tryou-

tAssistant” da AutoForm disponibiliza os

dados de simulação na forma de um mapa

de try-out interativo e fornece informações sobre o fator de influência dominante ou a “causa principal” de qualquer eventual

problema do processo. O gêmeo da vida

Fig. 11

linha em toneladas, o conceito de manufa-

A gestão de projetos é atualizada

tura definido e os requisitos dimensionais.

automaticamente quanto ao progresso do

enriquecer seus modelos de processo com

no projeto e no conceito de manufatura.

A equipe de engenharia pode validar e

base em dados reais do chão de fábrica, atingindo um novo nível de precisão.

O conceito de gêmeo digital utiliza os

dados e o conhecimento de toda a cadeia de valor no chão de fábrica.

O try-out de ferramentas pode seguir

um mapa de try-out para obter um processo de produção consistente de forma

programa e qualquer atualização realizada A coordenação entre os departamentos é

facilitada e as informações se tornam mais

confiáveis, considerando que todos baseiam seu trabalho em uma única plataforma com um modelo de processo consistente. Os ci-

clos de projeto e as modificações se tornam mais rápidas e mais ágeis.

real (produto físico) é construído e os dados de medição reais “como produzido” são re-

tornados à plataforma digital para concluir o circuito. O modelo guiado pela física

calcula os desvios e fornece orientações

para o chão de fábrica sobre como atingir a

conformidade e, finalmente, uma produção consistente da forma mais sistemática.

(Lembrando que em um futuro próximo

tal modelo digital guiado pela física levara os sistemas a se auto corrigirem baseados em uma inteligência artificial – buscar

referencias por Smart Press ou Industria

mais sistemática. A linha de produção de carrocerias pode obter peças aprovadas

O Processo: Do Master Digital ao Seu Gêmeo da Vida Real e Vice-Versa

mais cedo na fase piloto e essa base mais

sólida permite um início de produção mais

Em primeiro lugar, os engenheiros cons-

rápido. Isso elimina vários ciclos de try-out

troem e aperfeiçoam um master digital do

a engenharia e o chão de fábrica é fundamental

processo de manufatura na fase de projeto

devem ter compreensão das restrições técnicas

físico na ferramenta, prensa e linha de produção de carrocerias.

e engenharia. O gráfico a seguir mostra

o AutoForm Accuracy Footprint (Fig. 4),

4.0 nas áreas de estamparia e armação).

Uma cooperação estreita e confiável entre

para alcançar sucesso. As equipes de engenharia para que seja desenvolvido um processo de manufatura adequado. Os técnicos de chão ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 13

ARTIGO de clientes mencionados acima nos mostra que melhorias ainda maiores são possíveis, mas este caso de negócio deverá permanecer no lado conservador.

Isso resulta no seguinte caso de negócio para esta montadora anônima da China: É necessário um investimento de aproximadamente 24 milhões de CNY/ano, em particular na fase inicial de projeto das peças, engenharia e na engenharia dos fornecedores. Podemos esperar um retorno acima de 75 milhões de CNY/ano, espe-

Fig. 12. Christoph Weber, Xangai, 2020

cialmente no chão de fábrica físico. Isto resulta

de fábrica precisam concretizar a intenção de

rias contribuindo para a redução eficiente dos

em um ROI de mais de 300% por ano durante

engenharia com cuidado e dar retorno sobre

custos? Para isso, entrevistamos vários OEMs

os primeiros 1-2 anos. Nos anos seguintes, o

eventuais desvios ao sistema. Improvisações

e fornecedores do setor automotivo na China

ROI deve aumentar ainda mais à medida que os

divergentes ao planejamento comprometeriam o

sobre seus dados de custos e desempenho, com

ciclos de melhoria contínua amadurecem ainda

processo e não podem ser toleradas (Fig. 5).

o objetivo de elaborar um modelo representativo

mais o modelo de processo e os procedimentos e

de retorno sobre o investimento (ROI) para

experiência das empresas (Fig. 10).

Não menos relevante, uma lacuna cultural

Isso salienta que o gêmeo digital guiado

entre o departamento de engenharia, de tom

a indústria. O mesmo foi feito para clientes

acadêmico, e a equipe do chão de fábrica, mais

locais porem nos reservaremos a demonstrar os

pela física para agilidade na estampagem de

pragmática, deve ser superada.

resultados de nosso vizinho asiático protegendo

carrocerias pode contribuir significativamente

as identidades de nosso mercado (Fig. 7).

para a redução de custos pretendida na indústria

As empresas precisam empregar esforços na construção de um modelo de processo master

Neste artigo, gostaríamos de apresentar

automotiva, quando aplicado de forma sistêmica

digital para o primeiro projeto. No entanto,

um caso de negócio de uma montadora típica

e levando em consideração toda a cadeia de

nos projetos seguintes, os modelos de processo

na China, mantida aqui no anonimato. Esta

produção abrangida pelo mesmo.

podem ser copiados de projetos anteriores, que

montadora produz 1,2 milhões de veículos e

servirão de ponto de partida. Depois disso, os

desenvolve quatro novos projetos e mais dois

O Plano de Implementação

trabalhos resumem-se basicamente em ajustes e

projetos de facelift ao ano. O cálculo considera

O primeiro passo da implementação é realizar

atualização dos detalhes. Além disso, o retorno

20 peças classe A (por exemplo, painel lateral,

uma auditoria da empresa sobre a maturida-

de dados de todas as partes enriquece e aprimora

painéis das portas, painéis de capô, paralamas,

de do processo e o grau de digitalização por

o modelo de processo e aumenta a eficiência do

...) e 50 peças classe B (painel de instrumentos,

toda a cadeia de valor, desde o projeto até a

gêmeo digital ao longo do tempo (Fig. 6).

peças estruturais maiores, ...) de uma carroceria.

produção. As principais atividades da auditoria

Atualmente, a maioria das montadoras está

As peças classe C são ignoradas, considerando

são entrevistas tanto com gestores quanto com

em uma jornada de transformação digital. Até o

que essas são normalmente produzidas por ter-

engenheiros e projetistas, incluindo os dos for-

momento ninguém chegou a uma implementa-

ceiros e empresas de menor porte e serão objeto

necedores, e que abordam assuntos como o fluxo

ção total do conceito de gêmeos digitais em toda

de discussões futuras (Fig. 8).

de trabalho, o fluxo de dados e documentação,

a cadeia de valor da manufatura de carrocerias.

Em seguida, definimos as metas de

além da realização de uma revisão das normas e

Após a implementação do software AutoForm

melhoramento para cada um dos principais

diretrizes. Em particular, o seguimento do fluxo

nossos clientes obtiveram os resultados apre-

campos, desde o projeto da peça até a produção,

de trabalho completo de uma peça “problemáti-

sentados em seguida. Sinta-se à vontade em nos

como mostrado na visão geral acima (Fig. 7).

ca” real ajuda a identificar os potenciais pontos

solicitar mais detalhes, estudos de caso e casos

Baseadas em projetos anteriores de consultoria

para melhoria. Nossa experiência nos mostra

de negócio.

e implementação da AutoForm com OEMs e

que nenhum OEM desempenha perfeitamente

fornecedores diretos (Tier 1) no mundo inteiro

todas as disciplinas, mas sim revela pontos fortes

gital guiado pelos fenômenos físicos pode ser

e na China, essas metas são realistas para a

e fracos em assuntos específicos. O gráfico se-

utilizada para gerar agilidade ao longo de toda

maioria das montadoras quando se trata de um

guinte apresenta uma comparação entre OEMs

a cadeia de valor na estampagem de carroce-

projeto de implementação de 1-2 anos. Os casos

anônimos. A referência comparativa é baseada

Como uma implementação do gêmeo di-

14 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

ARTIGO principalmente em OEMs europeus e americanos (Fig. 11).

do projeto de implementação seja iniciada para explorar mais potenciais.

Com base nas conclusões da auditoria, a gestão concordará sobre quais são os desafios mais urgentes e quais metas devem ser alcançadas com o projeto de implementação dentro de um prazo de 1-2 anos. As metas

Conclusão

devem ser definidas e acordadas da forma mais específica possível, por

A gestão de projetos para o projeto e manufatura de carrocerias seque uma

exemplo, através de KPIs. Além disso, a gestão deve aprovar o escopo dos

organização operacional tradicional, onde cada departamento trabalha de

departamentos que deverão estar conectados à plataforma do gêmeo digital

forma independente seguindo seus KPI´s (Silos). A desconexão orga-

(Fig. 12).

nizacional, tecnológica (TI) e cultural entre os departamentos resulta

A equipe central do projeto elabora um conceito de gêmeo digital com

em desperdício com otimização de metas parciais, superengenharia,

fluxo de trabalho para definir as entradas e resultados por departamento.

ausência de oportunidades de otimização, desperdício de tempo e falta de

Pode até mesmo ser necessário alinhar estruturas por meio da fusão de

confiabilidade. A solução consiste em conectar a cadeia de valor inteira a

equipes ou alocação de tarefas e recursos de um departamento para outro.

uma plataforma única que compartilha um modelo consistente de processo

Em seguida, o departamento de TI elabora uma arquitetura para conectar

de gêmeo digital guiado pela física. Isso oferece agilidade por meio de

todas as partes necessárias a uma plataforma de gêmeo digital com o

circuitos de retorno imediato e alinhamento de todos os departamentos

objetivo de oferecer suporte ao fluxo de trabalho, normalmente baseado

com o objetivo de otimizar o resultado final da carroceria bruta em termos

nos sistemas PLM e ERP existentes. Esta transformação de processos e

de qualidade, funcionamento, custos e tempo.

da tecnologia da informação deve ter o apoio de uma transformação na

A implementação de um conceito de gêmeo digital guiado pela

cultura das pessoas e da empresa. De forma mais específica, as subculturas

física para agilidade na manufatura de carrocerias requer alinhamentos

dos diversos departamentos (e até mesmo dos fornecedores) podem exigir

de processo e estruturais, integração de TI e harmonização de pessoas e

uma harmonização. Isso pode ser alcançado por meio de treinamento e

subculturas de diferentes departamentos para colaboração multifuncional.

workshops, por exemplo, um desafio de equipe multifuncional por 24h

Isto é considerado como um processo clássico de mudança organizacional,

para a otimização de um grupo de montagem. É essencial que a gestão

o qual precisa superar conflitos. O ambiente econômico atual força as

esteja sempre envolvida e que ofereça apoio à transição.

OEMs do setor automotivo a superarem conflitos a fim de explorarem os

Esta transformação de processos e da tecnologia da informação

ganhos pretendidos em agilidade e eficiência. Uma montadora típica pode

deve ter o apoio de uma transformação nas subculturas das pessoas e da

aumentar substancialmente sua competitividade através da implementação

empresa.

desse conceito de gêmeo digital na confecção de carrocerias (estampagem

A implementação deve ser realizada em um processo iterativo. Um

e armação) com um ROI considerável ao ano além de preparar o conceito

projeto piloto deve comprovar o conceito de gêmeo digital em pequena

para um futuro onde elementos de inteligência artificial serão incorporados

escala, antes mesmo da implementação das mudanças estruturais da

aos processos fabris. ( buscar referencias por Smart Press / Press Shop 4.0 ).

integração de TI. Uma equipe piloto multifuncional de todos os departamentos deve ser formada e testar o fluxo de trabalho delineado para

Christoph Weber é Gerente Geral da AutoForm Software, Gêmeos digitais

um projeto tipicamente “problemático”. Isso pode revelar deficiências no

para agilidade na estampagem de carrocerias, Líder do Grupo de Trabalho

conceito que podem ser ajustadas através de iterações. Como resultado,

Automotivo da Câmara de Comércio Alemã e Comitê do CATARC | Membro

esse piloto proporciona um conceito já verificado e o primeiro caso “farol”

Fundador da ICIM Ltd. 8C, 618 Yanan East Road, Huangpu District, 200001

para inspirar confiança.

Shanghai, P.R. China. Ele pode ser contatado no telefone +86 21 5386 1153

Depois disso, os alinhamentos estruturais delineados e a integração de

e no e-mail: info@autoform.com.cn.

TI podem ser implementados, para escalonar gradualmente a implementação do gêmeo digital a todos os projetos. Essa implementação pode ser

César Augusto Batalha é Gerente Geral da AutoForm do Brasil Ltda., Av.

conduzida em fases, por exemplo, por grupo de montagem ou por projeto

Francisco Prestes Maia 275 Salas 11 e 12, Centro, S. B. do Campo - SP –

de veículo. Isso permite a intervenção e ajustes contínuos sempre que for

CEP 09770-000. Ele pode ser contatado no telefone +55 11 4122 6777 e

necessário durante o projeto de implementação.

e-mail: info@autoform.com.br.

As metas e os KPIs devem ser monitorados ao longo de todo o projeto de implementação e informados à gestão. Sobretudo após o projeto piloto e após a primeira implementação escalonada, as conquistas devem ser revisadas e os ajustes e etapas seguintes devem ser definidos. Após a conclusão de um projeto de implementação, pode ser natural que uma segunda fase ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 15

ARTIGO

O USO DO DOE NA OTIMIZAÇÃO DE ESTAMPAGEM E A IMPORTÂNCIA DE DEFINIR UMA JANELA ESTÁVEL DE PARÂMETROS DE PROCESSO Xiaojun Yang e Oswaldo Ravanini, C3P Engineering Software International Co., LTD e Autolens Engenharia e Consultoria Ltda, São Paulo - Brasil

E

m um desenvolvimento de um

novo processo de estampagem, após o try-out e aprovação

das primeiras peças, muitos fatores na

No processo de estampagem ou

fabricação de estampos, alguns fenômenos ruins geralmente ocorrem:

• O projeto e o processo do estampo

produção afetam os seus resultados reais

foram avaliados por simulação de CAE

intervalos, o que chamamos de “janela de

há alguns problemas, como rachaduras ou

. Esses fatores geralmente variam em produção” ou “janela de trabalho”.

Como existem tantas variáveis

no processo de estampagem, é muito

importante entender os seus efeitos na

conformabilidade, precisão dimensional e desempenho.

sem erros, mas na estampagem real sempre rugas.

• Alguns estampos na fase de try-out

têm resultados perfeitos, mas na linha de

produção, os produtos não são qualificados.

Uma simulação livre de defeitos nem

sempre resulta em um try-out ou produção

Região possível de processo

Simulação Única Fig. 1. Região possível do processo de estampagem e escopo de uma única simulação (a cor azul representa a janela de parâmetros livre de defeitos). Os eixos representam as variáveis de processo 16 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

Fig. 1. Peça estampada final

bem-sucedidos, devido aos seguintes motivos:

• Uma única simulação fornece um

ponto de processo;

• Um try-out ou produção bem-

sucedidos requerem boas janelas de processo.

Isso é devido à instabilidade da

janela de processo (representada na Fig.

1 pela área pontilhada), onde o escopo da

simulação era muito estreito (representada na Fig. 1 pelo ponto em vermelho).

Por exemplo, o coeficiente de atrito

ARTIGO depende das condições da superfície e

lubrificação, que podem variar durante o processo; a força no prensa-chapas

geralmente é uma faixa de valores do

que um valor fixo; as propriedades do

material, que também variam conforme

o lote em uma faixa; outros fatores, como posicionamento e tamanho do blank

também podem variar, com uma certa tolerância.

Fig. 2. Primeiro estágio da estampagem

Dessa forma, apenas a simulação

de um caso dentre todas as variantes

não é suficiente. O que precisamos é da

relação de influência de cada condição de

entrada no resultado final. A partir destas, devemos definir quais são os principais fatores e quais são os fatores menos

importantes, e também qual é a janela de trabalho correta para boa qualidade.

Estudo de Caso: Robustez de Processo Através do Uso do DOE (Design of Experiments) Fig. 3. Segundo estágio da estampagem

Em um caso típico de trinca na peça

Oferecemos uma gama abrangente e interdisciplinar de serviços de consultoria e treinamentos para empresas e instituições tecnológicas, com foco em processos de conformação de chapas, nos setores metal-mecânico e de mobilidade. Durante toda a fase operacional e além – por exemplo no caso de projetos já em operação - estamos ao lado de nossos clientes para garantir o uso ideal de seus recursos. Oferecemos suporte técnico em todas as fases do projeto.

Contato: +55 (55) 99977-2103 E-Mail: info@technnova.com.br

www.technnova.com.br ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 17

ARTIGO

LEIA ONLINE

Fig. 4. Análise feita por um software de simulação de estampagem “normal” (não detectou as trincas que ocorreram na prática)

Região possível de processo

Utilizando o Software AI-Form da C3P Software – Otimização Automática Usando o DOE Existem muitos parâmetros e fatores que afetam o resultado final da estampagem.

Devemos entender bem o problema físico

e encontrar uma estratégia para resolver os

defeitos. O DOE é útil para essa proposta e pode ser usado para pesquisar o espaço do Otimização com o AI-Form® Fig. 5. Escopo da otimização com o AI-Form® (dentro da região livre de defeitos de estampagem). Os eixos representam as variáveis de processo

modelo de solução (solution model space) e avaliar a influência das variáveis. O DOE também é uma função “built-in” do AI-

Método Taguchi - Matrizes Ortogonais

“normal” não mostrou qualquer problema,

envolve a redução da variação de um

um software de simulação de estampagem

O DOE, baseado no método Taguchi,

conforme Fig. 4. A comparação da simu-

processo através de um projeto robusto

questões: Esse é um problema de precisão

do software? Ou esse é um problema de seu uso?

Esse problema, geralmente, é causado

pelos parâmetros do projeto inicial, que não estão em uma faixa dentro da sua capabili-

dade, portanto, qualquer pequena alteração

no parâmetro causa uma grande instabilidade do resultado.

Usamos o DOE para estudar inicial-

mente os parâmetros e pesquisar a janela de trabalho estável.

18 DEZEMBRO 2020

de experimentos. Taguchi desenvolveu

um método para projetar experimentos para investigar como os parâmetros de

entrada afetam a média e a variância de uma característica de desempenho do

processo, que define quão bem o processo

está funcionando. Em vez de ter que testar todas as combinações possíveis, como o

planejamento fatorial, o método Taguchi testa pares de combinações.

DOE Para Estudar a Influência dos Parâmetros de Entrada e Pesquisar a Janela de trabalho Estável Como parâmetros de entrada, foram

ESTAMPAGEM

A revista Industrial Heating é disponibilizada gratuitamente na área de PUBLICAÇÕES no site Portal Aquecimento Industrial, junto dos Artigos e Colunas mais relevantes sobre a indústria no Brasil e no mundo.

Form para otimização.

estampada (Figs 1 a 3), a predição feita por

lação normal com o caso real prático leva a

E CONFIRA ÀS PUBLICAÇÕES

aquecimentoindustrial.com.br/publicacoes

ARTIGO Parametro Fator de atrito Força de retenção (KN) Material properties K (Mpa)

Valor inicial

Valor final

Passo

Números totais

0.1 210

0.3 370

0.05 40

5 5

0.514

0.7656

0.0638

5

Fig. 6. Intervalos de variações dos parâmetros para o estudo DOE

Fig. 8. Monitoramento dos resultados da otimização DOE no AI-Form®

analisados o coeficiente de atrito, a força no prensa-chapas e o coeficiente de

80%

encruamento do material, mostrados nas

90% 100%

Figs. 6 e 7.

100% 120%

K 80% 90%

0.5104 0.5742

100%

0.638

100%

0.7018

120%

0.7656

Fig. 7. Variação das propriedades do material para análise de DOE – K: coeficiente de encruamento

No estudo DOE, foram definidos

quatro sensores no modelo do AI-FORM® nas regiões críticas, para monitorar trincas e rugas, que serão estudados pelo sistema (Fig.8).

Os resultados da análise DOE

realizados no AI-Form® são mostrados na

Fig.10 , através do “parallel coordinate plot”

ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 19

ARTIGO

Fig. 9. Escopo da análise DOE do AI-Form® Fig. 11. Distribuição de espessuras - Simulação da condição da Fig. 4 no AI-Form® (denominada RUN 6 no estudo DOE), mostrando a detecção de trincas, que ocorreram na prática

Fig. 10. O “parallel coordinator plot” (gráfico de coordenadas paralelas) do total das 25 execuções

(gráfico de coordenadas paralelas. Foram rodadas 25 combinações

dos parâmetros, cobrindo todos os intervalos da janela de produção.

Como critérios de qualidade, foram utilizados: o diagrama FLD com

Fig. 12. Resultados do diagrama FLD e zonas por qualidade - Simulação da condição da Fig. 4 no AI-Form® (denominada RUN 6 no estudo DOE), mostrando a detecção de trincas, que ocorreram na prática

a curva limite de conformação do material, onde um valor acima da curva significa risco de trincas; uma faixa de espessuras (mínima e

máxima) nas posições críticas da peça, representando na primeira o afinamento máximo e na segunda o risco de rugas na chapa.

O número total de cálculos (jobs) devido às variações nos

parâmetros sem aplicação do método DOE (Taguchi) deveria ser

de 5 X 5 X5 = 125 cálculos (jobs). O método Taguchi DOE no AIFORM reduziu esse número de cálculos para 25.

Espaço de Soluções do Modelo Físico Como resultado, nesta análise preliminar DOE, ficou claro que no espaço de soluções do modelo físico há um grande risco de

existir tricas. Isso mostrou que nos intervalos reais dos parâmetros de estampagem, a ampla variação dos parâmetros de processo provocaram defeitos na peça estampada, que ficaram claros e puderam sem entendidos.

20 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

Fig. 13. Resultados do “parallel coordinator plot”, mostrando a condição da Fig. 4 (denominada RUN 6- linha em azul- no estudo DOE), havendo a detecção de trincas, que ocorreram na prática

Dentro do cojunto das iterações analisadas pelo estudo DOE,

também foi incluida a condição inicial da Fig. 4 (denominada RUN

ARTIGO

Fig. 14. Resultados no “parallel coordinator plot”, inlcuindo a iteração RUN 10 – linha azul

Fig. 15. Distribuição de espessuras – Resultados da iteração RUN 10 no AI-Form®, mostrando peça livre de defeitos

370 KN

3) propriedades do material K = 0,510 a

0,638, significa que um material com menor coeficiente de encruamento é melhor para a estampagem em questão.

Conclusão Pudemos apresentar um estudo de caso do Fig. 16. Resultados da iteração RUN 10 no AI-Form®, resultados do diagrama FLD e zonas por qualidade®, mostrando peça livre de defeitos

uso do DOE (Design of Experiments) na otimização da estampagem, mostrando a

importância de se estudar a influência dos parâmetros de processo reais que ocorrem na produção, e não apenas uma condição

única do try-out. O software de simulação AI-Form® da C3P software permite a

otimização utilizando o DOE para reduzir o número de combinações de parâmetros testados. Utilizando o AI-Form®, foi

mostrado como se definir uma janela de trabalho (intervalo dos parâmetros de

entrada), escolhendo os intervalos seguros Fig. 17. Resultados no “parallel coordinator plot”, filtrando os parâmetros dentro da melhor “janela de operação”

6), porém o AI-Form® conseguiu detectar as trincas que ocoreram na prática. Estes

resultados são mostrados nas Figs. 10 e 11.

A melhor Janela de Trabalho Ao ajustar os critérios objetivos, podemos encontrar o fator de influência de cada variável de entrada no resultado. O

coeficiente de atrito, força no prensa-chapas e coeficiente de encruamento do material afetam o resultado final em termos de

desses parâmetros que ocorrem na produção real, atingindo a qualidade requerida.

Xiaojun Yang é da C3P Engineering Software International Co., LTD, www.c3p-group.com

trincas e rugas.

O autor Oswaldo Ravanini é da Autolens

janela de operação deve ser:

Você pode contatá-lo pelo tel. (11) 3280-2503 ou

No resultado da análise DOE, a melhor

Engenharia e Consultoria Ltda., São Paulo - SP.

1) Coeficiente de atrito: cerca de 0,20

através do site www.autolens.com.br

2) Força no prensa-chapas: 290KN a

ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 21

PERFIL DA EMPRESA

Crédito da Foto: NLMK

RESISTENTE E PREPARADA PARA CRESCER AINDA MAIS Por Marcus Frediani

Nem mesmo o período mais duro da crise do novo coronavírus conseguiu arrefecer de maneira substancial o ritmo de evolução dos negócios da NLMK no Brasil. E o futuro da empresa por aqui promete ser bastante auspicioso.

N

o último dia 20 de agosto, o

a 50%. Mas, a partir de julho os negócios

anos de operação no Brasil. E

melhores do que o esperado. Tanto que,

NLMK Group comemorou seis

começaram a apresentar números um pouco

nesse curto período, os números relativos

em setembro e outubro, conseguimos bater

a vendas e faturamento, bem como de

nosso recorde de vendas no Brasil”, explica

investimentos da empresa no país vêm

Paulo Seabra, diretor geral da NLMK

crescendo de forma robusta e segura. E isso

South America.

mesmo diante dos duros cenários impostos pelos tempos da COVID-19, nos quais

Produção Verticalizada

siderúrgicas sofreram impactos imediatos.

deveu à estratégia global da NLMK, que se

os principais mercados se retraíram e as

Muito desse resultado surpreendente se

De origem russa, e considerada a maior

baseia na verticalização de sua produção. A empresa extrai a matéria-prima, enriquece

exportadora de lingotes de aço bruto do

e a transforma em produto final. Para

planeta, ela foi na contramão das reações

isso, conta com suas próprias minas de

do setor do aço diante da crise provocada

minério de ferro e carvão, tornando-a

pela pandemia.

investiu na ampliação de seus estoques

Fig. 1. PAULO SEABRA. Expectativa das vendas da NLMK para o ano que vem é de recuperação gradual entre 10 e 15%, ante aos resultados de 2020. Crédito da Foto: NLMK

autossuficiente nesse tipo de insumo, em

tendo registrado uma queda de 12% a 13%

sendo que, no mês de maio, a queda chegou

fábricas. Para se ter uma ideia, a capacidade

comparação ao primeiro semestre de 2019.

anterior à adoção das medidas de

De olho no mercado futuro, a empresa

no Brasil e na América Latina, mesmo

no volume de vendas no 1º semestre, em

“No comparativo entre os meses de abril

e maio de 2020, tivemos uma retração de 15% nas vendas na operação brasileira, 22 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

a 30%, tendo como base o movimento

isolamento social por conta da pandemia.

Ainda em junho, tínhamos estimativa de uma redução das vendas na faixa de 40%

quantidade capaz de atender à demanda

global por aço especial produzido em suas instalada é de 17 milhões de toneladas de

aço bruto produzidas por ano, e 17 milhões extraídos de minério de ferro. A empresa também gera aproximadamente 60% da

energia elétrica empregada nos processos

PERFIL DA EMPRESA e possui portos exclusivos em pontos estratégicos do globo, para escoar a produção para mais de 70 países.

“A NLMK não compra minério de ferro spot no mercado por

uma questão de padronização. Nossa mina fica na Rússia, em

uma área muito gelada e coberta por neve, o que garante que o

material tenha um grau de preservação de pureza muito grande – com alto teor de ferro e baixíssimo teor de enxofre –, comparado

com os melhores minérios de ferro que se tem no mundo e temos a nossa própria mina de carvão. E essa diferença se traduz em uniformidade de matéria-prima, qualidade e total controle de

processo, sem dúvida, uma boa tríade de competitividade. Somos, também, um dos maiores consumidores de nióbio do planeta, e, embora não tenhamos minas próprias desse elemento químico,

compramos muito do Brasil, que é o seu maior produtor mundial”, registra Seabra.

Fig. 2. Crédito da Foto: NLMK

Fonte Segura de Abastecimento Com efeito, trabalhando forte com mineração, alguns sinais – tais

como o preço internacional do minério de ferro em dólar nas altu-

ras, somado com o início da pandemia, e a subsequente paralisação dos altos-fornos das usinas brasileiras, embora a laminação não tenha parado de imediato –, a NLMK fez um exercício preciso

de antevisão. “Fizemos uma leitura do mercado e vimos que, mais

cedo ou mais tarde, ia faltar matéria-prima no 2º semestre. E mes-

mo sabendo que as importações de nossos aços iriam ser reduzidas,

caminhamos na contramão, e ampliamos nossos estoques no Brasil e dobramos nosso volume armazenado de chapas estruturais de

alta resistência. E isso deu certíssimo: batemos recordes de vendas em setembro e outubro, atendendo a muitos clientes que até não

compravam da gente, deixando uma espécie de legado ao mostrar a eles que a NLMK é uma fonte segura de fornecimento, mesmo em tempos de crise”, enfatiza Paulo Seabra.

Para que isso se tornasse realidade, um dos grandes diferenciais

Fig. 3. Crédito da Foto: NLMK

Características Ultra Diferenciadas

da empresa também é sua estrutura logística, que se alinha com

O foco da NLMK South America tem sido a distribuição de

ampliação e à constante manutenção de enormes estoques de aço,

agregado, do tipo aço Q&T (temperadas e revenidas), soluções

os claims de qualidade do produto e preços competitivos. Graças à em sua unidade de Itajaí/SC – naturalmente bem equilibrados e

adequados para o atendimento de suas demandas atuais –, o cliente não precisa se preocupar com delays dos navios vindos da Europa,

sua fonte de abastecimento. Com isso, os prazos de entrega variam de 24 a 48 horas paras as regiões Sudeste e Sul do país, e apenas um pouco mais para as outras. “E se o cliente precisar de algum

aço especial, com largura ou comprimento maior, por exemplo, que não tivermos em estoque, o prazo de produção de nossa fábrica na

Bélgica é de oito a dez semanas, mais uns 25 dias de transit time do

porto de Antuérpia até o Brasil”, pontua o diretor geral da NLMK.

aço plano em chapa grossa de alta resistência e com alto valor

amplamente reconhecidas pela sua qualidade na Europa, Esta-

dos Unidos, Ásia e América do Sul. Trata-se dos aços QUARD e QUEND, produzidos na usina da empresa em Clabecq, na

Bélgica. Seus principais consumidores são grandes empresas que

pertencem a setores como o da produção de equipamentos da linha amarela, além da construção civil e mineração, nos quais as chapas

são utilizadas na montagem e manutenção de equipamentos, como caminhões e escavadeiras, que sofrem um excessivo desgaste por abrasão e impacto por conta do uso pesado. Mas existem outros

setores que demandam a utilização de aço de alta qualidade, como ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 23

PERFIL DA EMPRESA equivalente a um aço 1.020 – tem, no máximo, apenas 0,20% de carbono. E o “segredo” do produto, por assim dizer, é a nossa

linha de têmpera de alta tecnologia, com volume e pressão de

água suficientes para conseguir transformar toda a austenita em martensita, por meio do aquecimento do minério de ferro”, dá a pista Paulo Seabra.

“Esse, aliás, foi tema de um trabalho de mestrado apresentado

no início deste ano por um aluno da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) com o qual colaboramos, fornecendo

amostras e informações técnicas necessárias, cuja síntese pode ser lida nesta edição da Revista Estampagem”, regista Paulo Seabra.

Chapas mais Finas e Resistentes E mais uma vez dando provas incontestáveis de visão empresarial Fig. 3. Crédito da Foto: NLMK

a agricultura florestal, que aproveita o produto em colheitadeiras e discos de corte, além de empresas que atuam no setor de montagem de peças automobilísticas.

Disponíveis em durezas de 400, 450, 500 e 550 brinell, as

chapas QUARD são entregues com garantia da dureza em toda a

– e, naturalmente, com vistas a ampliar sua presença no mercado global –, o NLMK Group acaba de anunciar o investimento de

aproximadamente 150 milhões de euros (cerca de R$ 944 milhões)

em sua fábrica de La Louviére, na Bélgica, com o objetivo de variar e complementar sua já grande oferta de soluções de aços de alta resistência mecânica.

Por conta dessa vigorosa injeção de recursos, a empresa passará

espessura, com tolerâncias dimensionais rigorosas, bordas apara-

a ter condições de fabricar também chapas com espessura a partir

planicidade excepcionais, todas acompanhadas de certificado de

permitirá à NLMK South America, no Brasil, atualmente focada

das, primer de proteção contra oxidação, acabamento superficial e qualidade. Já as chapas QUEND, por sua vez, estão disponíveis

na resistência de 700, 900 e 960 Mpa, e são fornecidas de forma a

garantir a resistência mecânica com limite de escoamento mínimo e com certificado individual de qualidade, sendo cada chapa

inspecionada por Ultrassom em linha. Seu método de laminação, composto por cinco rolos em sequência, garante que a QUEND

seja a chapa mais precisa em tolerância de espessura disponível no

mercado. E essa precisão em espessura também vale para as chapas

de 1,2mm, com limite de escoamento acima de 1.000 MPa. “Isso

na comercialização de chapas grossas de aço de alta resistência com valor agregado, a ampliação do atendimento a diversos segmentos

como o setor automotivo, construção civil, mineração e agroindústria. Assim, trabalhamos com a expectativa de que as chapas finas de bobina de alta resistência produzidas em nossa fábrica de La

Louviére ganharão o mercado”, projeta Redelvim Andrade, gerente nacional de Vendas da NLMK.

Na prática, Andrade sustenta sua argumentação afirmando

QUARD, que são laminadas na mesma linha de produção. E as

que, entre outras coisas, os clientes brasileiros irão se beneficiar

terísticas ultra diferenciadas para processamento e conformação,

Europa, permitindo-lhes a produção de equipamentos mais leves

excelentes propriedades mecânicas de ambas conferem a elas caractais como corte, dobra, usinagem, calandragem e furação.

Têmpera de Alta Tecnologia E como o QUARD e o QUEND conseguem essa performan-

com décadas de experiência da empresa na produção de aço na

e resistentes, o que, a um só tempo, aumentará a sua vida útil e

contribuirá para a economia de investimentos e o cumprimento de metas de sustentabilidade.

ce? Sem, obviamente, revelar segredos industriais, Paulo Seabra

Evolução com Inovação

conseguir integrar aspectos de alta dureza mecânica e resistência a

caminhão cuja caçamba seja fabricada com aço de altíssimo valor

explica que o grande desafio vencido pela NLMK foi, basicamente,

Tomando como exemplo o setor de implementos rodoviários, um

impactos numa única solução de produto. “Então, diferentemente

agregado pode se tornar muito mais leve. A redução que o emprego

do que muita gente pensa, nosso material não é um ‘aço ligado’, e,

sim, de baixíssima liga de carbono. Por exemplo, o nosso QUARD 450, que tem dureza a partir de 400 brinell – que é excelente e 24 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

desse tipo de aço especial pode trazer chega a 35% do peso total do equipamento, o que permitirá a cada caminhão carregar um

percentual equivalente a mais de toneladas de carga, além de lhe

PERFIL DA EMPRESA garantir uma maior vida útil.

Suporte Técnico e Perspectiva

“Além disso, ele irá gastar menos

combustível e promover até a redução dos

Só que nem com questões e problemas de

pneus, o que também gera a possibilidade

America precisa se preocupar, porque a

ordem técnica o cliente da NLMK South

custos de manutenção como o desgaste de

empresa não trabalha apenas com a venda

de se reduzir o impacto na natureza, pois

do aço que é produzido nas fábricas da

tanto manutenção quanto produção passa-

Europa. Sua equipe oferece todo o suporte

rão a ser otimizadas”, destaca Andrade. “O

e consultoria para que seus clientes tenham

uso dessas chapas mais finas nos cami-

condições de escolher o melhor tipo de aço

nhões poderá possibilitar, inclusive, uma

para suprir suas necessidades. E como o

diminuição da frota circulante, o que não é

mercado brasileiro oferece muitas possi-

negativo para as montadoras, como talvez

bilidades de crescimento no que se refere

se possa pensar. É o que faz, por exemplo,

ao estímulo da produção de equipamentos

a Scania hoje em dia, que está investin-

– hoje realizada com aço comum – como

do na fabricação de veículos mais leves.

aço de maior resistência, isso, por si só,

Então, não há discussão na adoção desses

representa uma excelente oportunidade

caminhos, porque, em última análise, o que está em xeque é a produtividade e a

competitividade brasileira, principalmente diante dos mercados internacionais”, enfatiza Paulo Seabra.

“O mote é ‘evolução com inovação’.

Hoje, a penetração do aço de alta resistên-

cia é ainda muito baixa em nosso País. Por aqui, esse percentual é ainda de apenas

2%, enquanto nos mercados mais desen-

volvidos do mundo – como o alemão, por

exemplo –, ele já é de 7%. Mas se o Brasil e o mundo têm espaço para a evolução

dos carros a combustão para os elétricos,

Fig. 2. REDELVIM ANDRADE. Embora a penetração dos aços de alta resistência ainda seja baixa no Brasil, a perspectiva de crescimento é muito boa. Crédito da Foto: NLMK*

tivo com o aço comercial. Mas, dentro da equação do custo aplicado para utilização do produto, e das já citadas vantagens –

entre elas, menor peso, menor consumo de combustível e pneus, maior capacidade de transporte de carga e maior vida útil –, a

diferença de preço é amortizada e praticamente desaparece.

“Outra vantagem bastante eloquente

por que não pode acontecer o mesmo com

é que o processo de migração de um tipo

Redelvim Andrade.

comercial para o de alta resistência – não

os aços de alta resistência?, complementa

Processo de Migração Tranquilo E como “virar a chave”, e efetivamente

mudar os paradigmas construtivos tradi-

de produto para o outro – ou seja, do aço exige adaptação ou modificação com-

plicada na linha de produção do cliente.

Quando muito, um ou outro simples ajuste de design. Na grande maioria das aplica-

cionais? Em primeiro lugar, os executivos

ções, é possível apenas reduzir a espessura

produtos dizendo que o aço é comprado

alta resistência, ele vai precisar de uma

da NLMK começam a defender seus

por tonelada. Assim, se, por exemplo, para se construir um implemento seriam necessárias três tonelada de aço comercial, com a compra do aço de alta resistência, esse

volume cairia para apenas duas. Sim, o aço

de alta resistência é mais caro no compara-

e aplicar. Claro, para dobrar um aço de

dobradeira com capacidade maior. Mas,

seguramente, problemas de soldabilidade

ele não vai ter, porque, independentemente do processo de solda que ele utilize, ele vai

conseguir resultados iguais ou até melhores do que ele costuma obter, garante Seabra.

de transformar o Brasil em um mercado à

altura do mercado europeu. Nesse sentido,

Seabra diz que a empresa prevê um aumento da demanda por aço de alta resistência

partindo de setores como o de elevação de cargas (guindastes e cestas aéreas), o de

implementos rodoviários (chassis, reboques e semirreboques), e o agrícola (colheitadeiras e pulverizadores).

Por conta de tudo isso, o NLMK

Group está bastante otimista “Nossa

previsão é de que, por conta da pandemia, encerraremos 2020 com uma queda nas vendas, em relação ao ano de 2019, na

casa dos 15%, o que, sim, terá um impacto bastante negativo nos nossos negócios,

uma vez que, nos últimos anos, vínhamos

registrando um crescimento anual que os-

cilava entre 15% a 20% em nossa operação brasileira. Por outro lado, a NLMK não sofreu perda de marketshare no período,

fato que também nos faz confiar na expec-

tativa de restauração desse percentual já em 2021, cuja previsão de recuperação gradual de nossa curva de crescimento é de 10% a

15% em relação a 2020”, finaliza, bastante confiante, Paulo Seabra.

Para mais informações acesse: www.nlmk.

com ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 25

ARTIGO

O USO DA SIMULAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DE ESTAMPAGEM NA INDÚSTRIA DE UTENSÍLIOS DOMÉSTICOS Oswaldo Ravanini, C3P Engineering Software International Co., LTD e Autolens Engenharia e Consultoria Ltda, São Paulo - Brasil

T

radicionalmente, o processo

softwares ou estampos protótipos,

e formas do blank inicial, limitando o

de utensílios domésticos exige

(Artificial Intelligence) na sua tecnologia.

dificultando um design mais arrojado ou

de estampagem na indústria

muitas tentativas para se chegar

utilizando a inteligência artificial

Por exemplo, no caso de um repuxo

ao projeto da ferramenta definitiva e

profundo de um utensílio de aço inox de

de novos estampos fica mais problemático

com a simulação chegou próximo dos

produzir peças livres de defeitos. O design

à medida que as geometrias se tornam

mais complexas e os materiais alternativos

podem apresentar menor estampabilidade.

Hoje, a simulação de estampagem é uma técnica eficaz para prever a

conformabilidade de utensílios domésticos.

Conforme o diretor técnico da

Tramontina Farroupilha S.A. Eduardo

desenvolvimento de novos produtos e novos materiais mais competitivos.

Conforme Portolan, “o software

0.6mm de espessura, a precisão obtida

AI-FORM® permite maior segurança

99%, comparando-se a forma final após o

onde o time de projetistas podem atingir

retorno elástico da peça simulada versus a

peça digitalizada, com erro menor que dois centésimos de milímetro.

Anteriormente ao uso da simulação,

devido ao prazo de desenvolvimento,

não era possível testar vários materiais

no desenvolvimento de novos produtos, rapidamente os objetivos, avaliando

diversas variantes de projeto e otimizando os parâmetros de processo em um tempo recorde”.

A introdução de novos materiais

sempre representou um desafio, devido

Portolan, “a simulação de estampagem se mostrou bastante eficaz na predição de defeitos e do retorno elástico em

utensílios de cozinha de aço inox. Desta forma é possível aumentar a qualidade nos processos e produtos, bem como

avaliar diferentes materiais”. Ferramentas como o AI-FORM® da C3P Software, representada no Brasil pela Autolens Engenharia, permitem a otimização

de processos de estampagem, repuxo

profundo, embutimento, em um prazo

bastante reduzido, comparado a outros 26 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

Fig. 1. Diagrama FLD com curva FLC do material aço inox e zonas por qualidade

ARTIGO era feita somente de forma indireta,

fazendo com que o desenvolvimento ficasse bastante lento, dependendo de testes práticos.

“O tempo de desenvolvimento pode

ser reduzido de forma acentuada com o

uso do AI-FORM®, proporcionando uma

redução drástica em ajustes no ferramental” de acordo com Portolan.

Comparada com métodos

convencionais, a simulação de estampagem

Fig. 2. Seção da peça em aço inoxidável – comparação antes e depois do retorno elástico

permite um aumento significativo no número de projetos que podem ser

testados antes da fabricação de estampos definitivos.

O uso de softwares avançados na

simulação permite a otimização de

parâmetros de processo em questão de horas.

A otimização automática, disponível

no AI-FORM®, faz seu uso ser ainda

mais eficaz, permitindo que os parâmetros Fig. 3. Distribuição de espessuras na peça estampada em aço inoxidável

de processos sejam otimizados, dentro de

ferramental. “O AI-FORM® permitiu

só em um caso teórico.

às alterações necessárias no processo e

de possibilidades de atender aos requisitos

uma melhor avaliação dos resultados com

“O fator chave do sucesso para a introdução

diferentes materiais, acelerando o time-tomarket”, diz Portolan.

A parceria com os fornecedores de

materiais, proporcionou uma gama maior

de qualidade com maior competitividade.

intervalos factíveis para a produção, e não A otimização dos parâmetros de

dos materiais passa pela simulação”,

processo no AI-FORM®, é executado por

da simulação, a análise de sensibilidade de

input”, onde os parâmetros a serem

confirma o diretor. Antes da introdução

parâmetros como anisotropia do material

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uma tecnologia única chamada “Equivalent otimizados são inseridos de uma forma

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ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 27

ARTIGO

Fig. 6. Diagrama FLD com curva FLC do material aço inox alternativo e zonas por qualidade

Fig. 4. Peça em aço inoxidável 0.7

K

0.65 0.6 0.55 0.5 80% 90% 100% 110% 120%

0.45 0.4 0.35 0.3 0.25

80%

0.5104

90%

0.5742

100%

0.638

110%

0.7018

120%

0.7656

Material properties for DOE analysis K was the working hardening factor

0.2 0.15 0.1

Fig. 7. Exemplo de propriedades de materiais para uma análise DOE (Design of Experiments) Interation. No Friction

HF

MATK

FLC01

FLC02

Thick 01

Thick 02

gráfica. Qualquer parâmetro e variável

pode ser otimizada. Esta inovação expande grandemente o campo de aplicações da Inteligência Artificial na estampagem e elimina as limitações dos softwares tradicionais em que apenas poucos

parâmetros podem ser otimizados.

Tempos utilizados em uma simulação

com otimização automática multi-objetivos no AI-FORM®:

• Conversão CAD e setup do primeiro

modelo: ~2 horas.

• Cálculo da primeira simulação: < ½

hora

• Setup da otimização multi-objetivos

no AI-FORM com DOE: ~1 hora • Cálculo do modelo DOE (25

variantes de projeto, modo paralelo de execução): 5 horas

• Análise dos resultados e relatórios: de

~1 hora.

O autor Oswaldo Ravanini é da Autolens Engenharia e Consultoria Ltda., São Paulo - SP. Você pode contatá-lo pelo tel. (11) 3280-2503 ou através do site www.autolens.com.br

Fig. 8. Exemplo dos resultados do “Parallel Plot” do AI-FORM®, após a otimização automáticas de parâmetros de estampagem (neste caso atrito, força do prensa-chapas, coeficiente K do material, espessuras em duas regiões da peça, entre outros) 28 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

ARTIGO

AVALIAÇÃO DO RAIO DE DOBRA PARA O AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA QUARD 500 Josimar Teixeira dos Santos, Fabiano da Silva Brites e Lírio Schaeffer, UFRGS, Rio Grande do Sul - Brasil

O surgimento recente na indústria de aços com maior resistência tem dado aos componentes maior vida útil e menor peso aos equipamentos, porém, ainda pouco se sabe a respeito da conformação deste tipo de material. Este trabalho tem por objetivo analisar o raio de dobra para o aço Quard 500, com dureza de 500 HB e espessura de 4,76 mm, de modo que não ocorra o surgimento de trincas superficiais durante o processo de conformação. Serão ainda analisadas equações teóricas apresentadas pela literatura para dar suporte aos projetos relacionados aos processos de dobramento de componentes, empregando aços de alta resistência mecânica. Para este experimento foram confeccionados três punções com diferentes Raios de Dobra, sendo eles de 16, 18 e 20 mm. A conformação foi realizada a frio e todas as amostras foram dobradas com o ângulo de 90° com auxílio de uma matriz V com abertura (W) de 50 mm. Em relação à direção de laminação as chapas foram dobradas transversalmente ao sentido de laminação. Os resultados obtidos comprovam ser possível a conformação deste material com um raio (mínimo) de 16 mm.

A

Tabela 1 indica alguns dos

a frio ou a quente.

em duas categorias: dobramento a frio e do-

mação empregados na indústria

1), destaca-se o Processo de Dobramento

usual na indústria, já o processo a quente

principais processos de confor-

Entre os processos indicados na (Tabela

atualmente. Em geral esses processos são

(Fig. 1), geralmente realizado por dobradei-

realizados através de forças de compressão

ras com auxílio de uma matriz e um punção,

e/ou tração, a conformação também pode

onde é preciso levar em conta alguns parâ-

ocorrer em temperatura ambiente ou a

metros: o raio de dobra ou curvatura (R) ,

quente. A Tabela 1, indica se o processo é

tração, assim como, se o mesmo é realizado

é indicado para chapas com espessuras

maiores que 4,76 mm ou para materiais com maior resistência [1].

a elasticidade do material, ângulo de dobra

Revisão Bibliográfica

processo de dobramento pode ser dividido

sendo aplicado na indústria há muitos anos,

(α), espessura da chapa (s) entre outros [1]. O

realizado através de forças de compressão ou

bramento a quente, sendo o primeiro mais

O Processo de Dobramento (Fig. 1) vem

trata-se de uma técnica comum, porém os

estudos realizados nessa área, voltados aos aços de alta resistência, são relativamente recentes [3].

O dobramento ocorre através da defor-

mação plástica que um determinado mate-

rial sofre. Entre os métodos de estampagem, este apresenta grande versatilidade podendo Tabela. 1. Processos de conformação mais comuns

[2]

obter peças com ângulos que variam de 180° ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 29

ARTIGO até o ângulo dimensionado para a abertura da matriz. Porém, com o desenvolvimento de novos materiais com maior resistência

e menor conformabilidade, se torna ainda

mais difícil a fabricação de peças dobradas a frio, principalmente quando se deseja obter um Raio de dobra (R) pequeno [5].

O processo de dobramento se caracte-

riza quando a chapa é dobrada através da

força exercida pela prensa em decorrência da

força empregada pelo punção, sendo a chapa pressionada contra a matriz, assumindo

Fig. 1. Processo de dobramento de uma chapa [4]

assim, a sua forma final [6], quando se

desconsidera o Retorno Elástico. Conhecer o raio mínimo de dobra (Rmin) é funda-

mental para realizar esse tipo de processo,

de modo que não ocorram trincas durante o Fig. 2. Área inicial do corpo de prova antes do ensaio de tração

dobramento.

[4]

Raio Mínimo de Dobra Para que se evite trincas na face externa o

Raio de Dobra (R) deverá possuir um valor

Tabela 2. Composição química do Quard 500 [10]

igual ou superior ao Raio Mínimo (Rmin).

O Raio Mínimo de dobramento nada

mais é do que o limite de conformação do

material, ou seja, o menor raio que a chapa

pode ser dobrada sem a ocorrência de trincas . Este, em geral, é apresentado como um

[7]

Tabela 3. Relação para dimensionamento do raio de dobra e abertura da matriz

[10]

valor múltiplo da espessura da chapa, como por exemplo, 3 x s (três vezes a espessura

da chapa) [7]. Por isso, é um dos principais

parâmetros visando o dobramento de uma

peça, sendo definido de acordo com o tipo de metal a ser dobrado assim como sua es-

pessura. Quanto maior a dureza do material, maior também deverá ser o raio mínimo de Tabela 4. Propriedades mecânicas [10]

dobra [8].

Para chapas de alta resistência com

espessuras finas, se recomenda que o Raio mínimo (Rmin) de dobramento seja igual

ou maior que 5 x s (cinco vezes a espessura

da chapa) [7]. O Raio mínimo não pode ser

considerado um parâmetro preciso, embora, existem equações que consideram até

mesmo a redução de área (q) encontrada no Fig. 3. Corpo de prova para o ensaio de tração 30 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

ensaio de tração. Caso (q), seja menor que

ARTIGO

Fig. 4. Corpo de prova para o dobramento

Fig. 3. Corpo de prova para o ensaio de tração

tração [mm²]; Af = Área final do corpo de prova após o ensaio de tração [mm²].

Além das equações citadas acima, o Raio mínimo de dobra pode

também ser encontrado pelas equações 4 e 5 [8], [3].

Onde:

Fig. 5. Processo de fabricação do ferramental

s = espessura da chapa [mm];

E = módulo de elasticidade

do material [GPa]; [-].

Fig. 7. (a) Tensão versus deformação relativa Corpo de prova 1; (b) Tensão versus deformação relativa Corpo de prova 2; (c) Tensão versus deformação relativa Corpo de prova 3

0,2 pode-se desprezar o deslocamento da linha neutra, desta forma o Raio mínimo (Rmin) de dobra será encontrado pela equação 1. No caso onde a redução de área (q) durante o ensaio de tração, é maior que 0,2, deverá ser considerado o deslocamento da linha neutra,

deste modo, o Raio mínimo (Rmin) para dobramento será dado pela

σe = tensão de escoamento [MPa]; Al = alongamento da chapa

Dimensionamento da Matriz V O dimensionamento da matriz se dá principalmente por dois fatores: a abertura da matriz (W) e o ângulo de abertura, ambos indicados

na Fig. 1. A largura (W) da matriz, pode variar entre quinze a vinte vezes a espessura do material, de acordo com a equação 6 [9]. Já a

equação 7, determina a abertura da matriz como 8 x s [8].

A empresa fabricante do material sugere na Tabela 3, a relação

equação 2. Para as equações 1 e 2, é necessário conhecer a espessura

da chapa (s). A redução de área (q) é obtida pela equação 3 através do ensaio de tração [7].

Onde:

A0 = Área inicial (Fig. 2) do corpo de prova antes do ensaio de

abaixo (equação 8), para dimensão da abertura da matriz quando

uma chapa com espessura inferior a 8 mm é dobrada transversalmente ao sentido de laminação [10].

ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 31

ARTIGO O aço utilizado neste trabalho a faixa de

dureza que a NLMK indica em seu catĂĄlogo

varia de 470 a 530 HB, ou seja, o Quard 500 possui uma tolerância quanto à dureza de +/30 HB. Na Tabela 3, a fabricante apresenta a relação para o raio mínimo de dobra

(Rmin), assim como, a abertura da matriz

(W) de acordo com a espessura (s), para que o mesmo seja conformado [10].

A NLMK atravĂŠs de seu catĂĄlogo ainda

Fig. 8. Amostras após os ensaios de tração

indica outras propriedades importantes a

respeito do Quard 500 conforme indicado na Tabela 5.

Materiais e MÊtodos Ensaio de Tração Os ensaios de tração foram realizados na

måquina universal de ensaios MTS Landmark, presente no Laboratório de Ensaios Mecânicos da Unisinos. Esta måquina

atinge uma força måxima de 190 kN, com

deslocamento de atÊ 150 mm. O ensaio de tração foi realizado para que fosse possível

Fig. 9. Amostras após os ensaios de tração

identificar o limite de escoamento real, as-

sim como, a redução de årea (q) do material.

Os corpos de prova para a realização

dos ensaios foram determinados atravĂŠs da

ABNT NBR ISO 6892-1, a velocidade para a realização do ensaio foi de 0,02 mm/s, e se manteve constante, conforme indicado

pela norma [12]. Para a fabricação, fez-se ne-

cessĂĄrio o desenho tĂŠcnico (Fig. 3) visando Ă manufatura destes componentes. Foram

realizados 3 ensaios a temperatura ambiente.

Fig. 10. (a) Amostras conformadas com Rp 20 mm; (b) Amostras conformadas com Rp 18 mm; (c) Amostras conformadas com Rp 16 mm

đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160; = 10. đ?&#x2018; đ?&#x2018;

Eq (8)

QUARD 500

A família de aço Quard Ê conhecida pela sua alta resistência ao desgaste, que proporciona ao produto um acrÊscimo relevante de sua

uso desse aço especial permite uma redução

Confecção dos Corpos de Prova para o Dobramento

Para este trabalho serĂĄ utilizado o Quard

com dimensĂŁo de 4,76 x 30 x 100 (espes-

significativa no peso final do componente.

A elaboração dos corpos de prova (Fig. 4)

500 fabricado pela NLMK, a Tabela 2

sura x largura x comprimento), seguiu os

apresenta a composição química deste material [10].

Quanto Ă dureza o fabricante informa

vida Ăştil, muito utilizado em equipamen-

que toda linha Quard possui um controle

carregadeiras, entre outros. AlĂŠm disso, o

zados ensaios a cada corrida de 40 toneladas.

tos de britagem e moagem, peneiras, pĂĄs 32 DEZEMBRO 2020

ESTAMPAGEM

apurado de sua faixa de dureza, sendo reali-

parâmetros determinados na ABNT NBR ISO 7438 [11]. Para que todas as dobras

pudessem ser efetuadas perpendiculares ao

sentido de laminação, foi inserido uma nota no desenho.

ARTIGO

Tabela. 5. Média dos resultados encontrados nos ensaios de tração

8. Isso pode ter ocorrido devido ao corte

das peças ter sido realizado por oxicorte, já que esse tipo de corte não possui um

acabamento superficial excelente. Logo, em virtude da mudança de seção somado com um acabamento pode ter deixado alguma imperfeição no material, o que resultou a Tabela. 6. Resultados para o raio mínimo de dobra

Projeto e Fabricação do Ferramental para o Processo de Dobramento em V A fabricação da matriz, assim como dos

punções, foram realizadas em maior parte

dentro da própria universidade. Todo pro-

cesso de usinagem e soldagem foi realizado no Laboratório de Usinagem da Unisinos.

A matéria prima utilizada para a fabricação destas ferramentas foi o SAE 1020.

Primeiro, foram usinados os blocos

acordo com a ABNT NBR ISO 7438, igual a 1mm/s. A matriz V foi fixada na mesma máquina utilizada no ensaio de tração,

dobrados três corpos de prova. A matriz foi

escoamento, assim como, a tensão máxima

na Fig. 6, para cada raio de dobra foram

Conhecida a redução de área (q), a tensão de

marcada com caneta permanente de modo

e o alongamento do material, pode-se então

que ajudasse a deixar as amostras centralizadas, e na mesma posição.

Resultados e Discussões

Após a usinagem dos blocos, foi realiza-

trabalho.

tados obtidos durante a realização deste

corte do ângulo de 90° e o raio de cada um

Ensaio de Tração

eletroerosão a fio. Na sequência, as peças

deformação relativa) obtidos para os ensaios

dos punções através de uma máquina de

A Fig. 7, mostra os resultados (tensão versus

foram usinadas, onde receberam um furo

com a temperatura ambiente. Como já

com 23,5 mm de diâmetro para a fixação

da haste. Por fim, foi usinada no torno uma haste com 23 mm de diâmetro e 70 mm

de comprimento, sendo a haste da matriz

fabricada com comprimento menor de 55 mm para aproveitamento do material. O

projeto do ferramental pode ser observado através da Fig. 6.

Dobramento das Amostras Todas as peças foram dobradas no sentido

perpendicular à laminação, sendo que a ve-

locidade de dobramento foi determinada de

raio de concordância.

Definição dos Raios de Dobramento

Neste capítulo são apresentados os resul-

do o corte em V na matriz, bem como, o

de todas as amostras romperem próximas ao

assim como, os punções conforme indicado

necessários para a fabricação dos punções,

tal como, o bloco para a obtenção da matriz.

fratura nesta região. O que explicaria o fato

mencionado foram realizados três ensaios, a fim de encontrar as tensões, o alongamento e a redução de área do material, a Tabela 5

apresenta a média dos resultados encontrados nos ensaios, para assim determinar o

raio mínimo de dobra através das equações sugeridas no tópico 2.1.

Com relação ao tipo de rompimento

ocorrido ao final do ensaio de tração, todas as amostras foram fraturadas na mesma

região próximo ao raio da seção maior com

a seção menor conforme evidenciado na Fig.

encontrar o raio de dobra pelas equações sugeridas no tópico

2.1. Os resultados para estas equações podem ser vistos na Tabela 6.

Nota-se que os resultados obtidos

pelas equações acima não se aproximam

uma das outras, pelo contrário, os valores encontrados se distanciam muito de uma

equação para outra. É importante ressaltar

que os autores de onde essas equações foram tiradas não deixam claro se elas servem para todo tipo de dobramento, no trabalho em

questão foi realizado o dobramento do tipo

V, e durante as pesquisas não foi encontrada uma equação para o raio mínimo de dobra própria para este tipo de dobramento.

Ferramental: Fabricação da Matriz V e Punções Para que fosse possível realizar todos os

dobramentos, necessitou-se a fabricação da matriz e dos punções conforme já descrito

no tópico 3.3. Os valores obtidos na Tabela 6 para as equações 2, 4 e 5 como já men-

cionado obtiveram valores bem distantes

do indicado pela NLMK, por isso para este ESTAMPAGEM

DEZEMBRO 2020 33

ARTIGO trabalho se optou em usar como parâmetro a indicação do fabricante

onde para a espessura de 4,76 mm conforme evidenciado na Tabela 6 o raio mínimo de dobra deve ser de 16,66 mm.

A partir disto, optou-se por fabricar os punções partindo de um

Rp (raio do punção) 16 mm, além de também ser testado outros dois raios maiores, sendo eles de 18 e 20 mm, sempre com intervalos de 2 mm devido ao custo e ao tempo para manufatura destes componentes.

A matriz utilizada neste trabalho foi fabricada seguindo a

relação indicada na Tabela 3, encontrando uma abertura da matriz

[1] MARCOS, F. Corte e dobragem de chapas. Ed Hemun 2007.

[2] FILHO, ETTORE BRESCIANI; DA SILVA , IRIS BENTO; BATALHA, GILMAR FERREIRA; BUTTON, SÉRGIO TONINI. CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS. 6. ed. São Paulo: Unicamp, 2011. 254 p. ISBN 978-85-86686-641. Disponível em: http://www.fem.unicamp.br/~sergio1/CONFORMACAOPLASTICADOSMETAIS.pdf. Acesso em: 15 jul.

2020. SCHAEFFER, Lirio. Manufatura por conformação mecânica. Porto Alegre: IMPRENSA LIVRE, 2016.

de 47,6 mm, optou-se então, por utilizar 50 mm, facilitando assim, a

[3] SSAB. HARDOX. DUREZA E RESISTÊNCIA, [s. l.], ca.

2019.

ção de 90°.

[4] FREES, MONIQUE VALENTIM DA SILVA. AVALIAÇÕES SOBRE O PROCESSO DE DOBRAMENTO DO AÇO NBR 6656 LNE 380. Orientador: Prof. Dr. Lirio Schaeffer. 2017. 100 f.

Dissertação (Mestrado) - Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2017. Disponível em: https://lume.ufrgs.br/handle/10183/163428. Acesso em: 19 ago. 2020.

fabricação do componente e o ângulo determinado para a conforma-

Dobramento das Amostras Os corpos de prova CP1, CP2 e CP3 dobrados com raio de 20 mm

não obtiveram trincas na superfície, conforme pode-se verificar na

[5] DIETER, GEORGE E. Metalurgia Mecânica, 2ª edição. Ed Guanabara, Rio de Janeiro, 1981.

conformadas através do punção com 18 mm de raio não apresen-

[6] PALMEIRA, Alexandre. PROCESSOS DE DOBRAMENTO & CALANDRAGEM. UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO: [s. n.], 2005. Disponível em: https://pt.slideshare. net/Thrunks/cap-7-dobramento. Acesso em: 15 maio 2019

Fig. 10(a). Da mesma forma, as amostras CP4, CP5 e CP6, ao serem taram fissuras na superficie, conforme Fig. 10(b). Por último, foi

utilizado o raio de 16 mm para dobramento a frio, foram dobradas as amostras CP7, CP8 e CP9, mas nenhuma das amostras apresentou trincas na superfície, conforme indicado na Fig. 10(c).

Conclusão A elaboração deste trabalho foi fundamental para aprimorar os co-

nhecimentos a respeito do processo de conformação de dobramento

em chapas de alta resistência ao desgaste, sendo possível concluir que o ferramental desenvolvido para este trabalho atendeu perfeitamente o objetivo. Viabilizando o dobramento com os variados punções.

Além disso, a matriz V com abertura de 50 mm e ângulo de 90°

[7] JUNIOR, Ivar; CAVERSAN, Elpidio. TECNOLOGIA DE ESTAMPAGEM 2. São Paulo, 2012. Disponível em: http://www. eterfs.com.br/material/mecanica/APOSTILA_DE_ESTAMPO_FATEC-220813-3.pdf. Acesso em: 2 jul. 2019.

[8] NLMK. Aços de alta resistência ao desgaste Quard 500, [s. l.], ca. 2019. Disponível em: https://innova.vix.br/wp- content/ uploads/2018/09/Ficha-tecnica_QUARD-500-1.pdf. Acesso em: 22 out. 2019.

mostrou ser eficaz.

[9] ABNT, NBR ISO. 7438.(2016). Materiais metálicos: Ensaio de Dobramento.

aço de alta resistência ao desgaste com 500 HB sem que houvesse

[10] ABNT, NBR ISO. 6892-1. (2013). Materiais metálicos: Ensaio de Tração-Parte, v. 1.

O Raio mínimo de dobra ideal, para o dobramento a frio de um

trincas na superfície durante o processo, foi o de 16 mm. O raio de

dobra indicado pelo fabricante mostrou-se adequado para este tipo de material quando dobrado a frio.

Quanto as equações utilizadas para se obter o raio mínimo de

dobra, não foi possível determinar uma equação ideal para o dobramento do tipo V para o material utilizado neste trabalho, visto que os valores obtidos não se aproximaram dos ensaios práticos.

Referências 34 DEZEMBRO 2020

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[11] SCHAEFFER, Lirio; NUNES, Rafael; BRITO, Alberto.

Tecnologia da estampagem de chapas metálicas. Porto Alegre: IMPRENSA LIVRE, 2017.

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