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 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
PERFIL DA EMPRESA: NLMK RESISTENTE E PREPARADA PARA CRESCER AINDA MAIS
INDUSTRIAL Conheça 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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19 Na Capa: Autolens Pág. 9
CONTEÚDO
15
22 DEZEMBRO 2020 - NÚMERO 4
ARTIGOS 9
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”.
15
Resistente e Preparada Para Crescer Ainda Mais
19
O Uso da Simulação e Otimização de Estampagem na Indústria de Utensílios Domésticos
22
Avaliação do Raio de Dobra Para o Aço de Alta Resistência Quard 500
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.
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
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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 Mariana Rodrigues Diagramação - Revisão, marianar205@gmail.com • (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
www.autoform.com
Portal Aquecimento Industrial
Capa 2ª, 08, 11, 12, 20, Capa 3ª www.aquecimentoindustrial.com.br
Metalurgia
29
www.metalurgia.com.br
Technova
10
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
PHS Work Force Team O Desafio do Corte de Aços de Alta Resistência
7
BrDDRG Um Ano de Evolução!
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.
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 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. Muitas estavam retomando
seu dia-a-dia e iniciando sua produção tradicional. Algumas
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
já estavam até planejando a retomada de 2021 considerando
usando o material QUARD 500 para uma geometria em forma
Em setembro vivemos empresas encaminhando técnicos e
suporte, a nivel de projeto, para um simples processo de dobra
novos mercados e até modernização de seus equipamentos.
engenheiros para treinamentos presenciais e remotos, empresas solicitando auxílios para soluções de problemas, etc... em
uma nítida demonstração que iríamos vencer esta batalha. No momento estamos até vendo o Índice Bovespa no seu
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.
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
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:
Autolens:
Neste trabalho o Eng Oswaldo Ravanini discute um
software empregando a técnica do DOE para casos práticos de processos de Estampagem, principalmente para avaliar a importância do feito das inúmeras variáveis que existem no processo.
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
Professor Lirio Scheffer da UFRGS e os membros da comissão técnica,
estamos já nos preparando para um ano
melhor e nos organizando para realizar o nosso congresso em 2021, de 13 a 15 de outubro. Fique ligado em www.brddrg.
Group desejam um Abençoado e Feliz superação e realizações.
Dr.-Ing. João Henrique Corrêa de Souza é secretário nacional da BrDDRG, professor visitante na FURG - Universidade Federal de Rio Grande. Technnova Consultoria em Engenharia e Inovação. Para saber mais acesse o site: www. technnova.com.br ou o perfil no Linkedin www. 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
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
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
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
Fig. 1. Peça estampada final ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 9
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 10 DEZEMBRO 2020
ESTAMPAGEM
www.technnova.com.br
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.
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
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.
aquecimentoindustrial.com.br/publicacoes
DOE Para Estudar a Influência dos Parâmetros de Entrada e Pesquisar a Janela de trabalho Estável Como parâmetros de entrada, foram ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 11
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
12 DEZEMBRO 2020
ESTAMPAGEM
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”
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.
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 ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 13
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 14 DEZEMBRO 2020
ESTAMPAGEM
coeficiente de atrito, força no prensa-chapas e coeficiente de encruamento do material afetam o resultado final em termos de trincas e rugas.
No resultado da análise DOE, a melhor
janela de operação deve ser:
1) Coeficiente de atrito: cerca de 0,20 2) Força no prensa-chapas: 290KN a
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 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
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
exportadora de lingotes de aço bruto do
empresa extrai a matéria-prima, enriquece
planeta, ela foi na contramão das reações
e a transforma em produto final. Para
do setor do aço diante da crise provocada
isso, conta com suas próprias minas de
pela pandemia.
De olho no mercado futuro, a empresa
minério de ferro e carvão, tornando-a
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
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,
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 ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 15
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. 16 DEZEMBRO 2020
ESTAMPAGEM
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
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
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 ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 17
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
custos de manutenção como o desgaste de
ordem técnica o cliente da NLMK South
de se reduzir o impacto na natureza, pois
empresa não trabalha apenas com a venda
tanto manutenção quanto produção passa-
do aço que é produzido nas fábricas da
rão a ser otimizadas”, destaca Andrade. “O
Europa. Sua equipe oferece todo o suporte
uso dessas chapas mais finas nos cami-
e consultoria para que seus clientes tenham
nhões poderá possibilitar, inclusive, uma
condições de escolher o melhor tipo de aço
diminuição da frota circulante, o que não é
para suprir suas necessidades. E como o
negativo para as montadoras, como talvez
mercado brasileiro oferece muitas possi-
se possa pensar. É o que faz, por exemplo,
bilidades de crescimento no que se refere
a Scania hoje em dia, que está investin-
ao estímulo da produção de equipamentos
do na fabricação de veículos mais leves.
– hoje realizada com aço comum – como
Então, não há discussão na adoção desses
aço de maior resistência, isso, por si só,
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,
representa uma excelente oportunidade 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-
cionais? Em primeiro lugar, os executivos da NLMK começam a defender seus
produtos dizendo que o aço é comprado
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 compara18 DEZEMBRO 2020
ESTAMPAGEM
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-
ções, é possível apenas reduzir a espessura e aplicar. Claro, para dobrar um aço de alta resistência, ele vai precisar de uma
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
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
Fig. 1. Diagrama FLD com curva FLC do material aço inox e zonas por qualidade ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 19
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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20 DEZEMBRO 2020
ESTAMPAGEM
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) ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 21
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
realizado através de forças de compressão ou
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
tração, assim como, se o mesmo é realizado
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 22 DEZEMBRO 2020
ESTAMPAGEM
[2]
obter peças com ângulos que variam de 180°
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
ensaio de tração. Caso (q), seja menor que ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 23
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 24 DEZEMBRO 2020
ESTAMPAGEM
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].
ARTIGO O aço utilizado neste trabalho a faixa de
dureza que a NLMK indica em seu catálogo
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 através de seu catálogo 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 Métodos Ensaio de Tração Os ensaios de tração foram realizados na
máquina universal de ensaios MTS Landmark, presente no Laboratório de Ensaios Mecânicos da Unisinos. Esta máquina
atinge uma força máxima de 190 kN, com
deslocamento de até 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 área (q) do material. Os corpos de prova para a realização
dos ensaios foram determinados através 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 necessário o desenho técnico (Fig. 3) visando à 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
𝑊𝑊 = 10. 𝑠𝑠
Eq (8)
QUARD 500
A família de aço Quard é conhecida pela sua alta resistência ao desgaste, que proporciona ao produto um acréscimo relevante de sua
uso desse aço especial permite uma redução
Confecção dos Corpos de Prova para o Dobramento
Para este trabalho será utilizado o Quard
com dimensão 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 à dureza o fabricante informa
vida útil, muito utilizado em equipamen-
que toda linha Quard possui um controle
carregadeiras, entre outros. Além disso, o
zados ensaios a cada corrida de 40 toneladas.
tos de britagem e moagem, peneiras, pás
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.
ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 25
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 26 DEZEMBRO 2020
ESTAMPAGEM
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
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 dobra-
[11] SCHAEFFER, Lirio; NUNES, Rafael; BRITO, Alberto. Tecnologia da estampagem de chapas metálicas. Porto Alegre: IMPRENSA LIVRE, 2017.
mento do tipo V para o material utilizado neste trabalho, visto que os valores obtidos não se aproximaram dos ensaios práticos.
Referências ESTAMPAGEM
DEZEMBRO 2020 27
3ºANO
REVISTA ESTAMPAGEM ESTAMPAGEM &
CONFORMAÇÃO
BRASIL
Stamping & Forming Magazine Brazil Revista de Corte, Estampagem e Conformação de Chapas, Arames e Tubos
Maio 2019
Estudo Virtual de Processos de Conformação
ESTAMPAGEM &
CONFORMAÇÃO
BRASIL
Stamping & Forming Magazine Brazil Revista de Corte, Estampagem e Conformação de Chapas, Arames e Tubos
Agosto 2019
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TUBOTECH E WIRE 2019 - DESTAQUE EXPOSITORES
2022 o lh u J e d 8 a 5
2022
