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Desafios na construção de ferramentas de conformação de chapa
Interação perfeita entre o mundo virtual e o mundo real
As soluções CAD/CAM da Tebis estabeleceram-se no processo de construção de ferramentas há mais de 30 anos. Para além da automatização dos processos de produção, a digitalização desempenha hoje um papel particularmente importante. Esta inclui também a fotogrametria 3D para a garantia da qualidade dos componentes em chapa metálica e ferramentas. Isto requer uma interação perfeita entre o mundo virtual e o mundo real.
Desafios na construção de ferramentas
Um dos maiores desafios na construção de ferramentas de conformação é a elevada percentagem de acabamento manual na ferramenta. Muitas vezes passam-se semanas e meses desde a maquinação por fresagem até à primeira instalação na prensa de conformação - com retificações parcialmente incalculáveis.
Os motivos para esta situação podem ser resumidos em 4 aspetos:
- Efeitos do retorno elástico na chapa
- Desbaste e espessamento da chapa durante a conformação
- Precisão e qualidade das superfícies das ferramentas
- Rigidez de ferramentas e prensas
Nos últimos anos foi estabelecida uma simulação constante do retorno elástico. No entanto, os efeitos do retorno elástico na chapa só podem ser previstos de forma limitada. Os resultados reais na ferramenta são necessários para a criação de medidas de correção, nomeadamente em componentes de alumínio e na deformação a quente. Também a simulação e compensação do desbaste da chapa são importantes. Até à data, os respetivos efeitos eram "alisados" manualmente pelo ferramenteiro e, em parte, na prensa de conformação. Muitas vezes os problemas não se devem tanto à tecnologia, mas mais à precisão e à qualidade das superfícies fresadas. Estas nem sempre são suficientes para permitir que as ferramentas sejam instaladas diretamente na prensa. As superfícies têm de ser retificadas de forma morosa e os raios, p. ex., têm de ser posteriormente temperados. Mesmo com uma qualidade de superfície perfeita, o acabamento na ferramenta não pode ser reduzida, caso a flexão da ferramenta e da prensa não seja tida em conta.
Papel central da digitalização
Os processos de digitalização são extremamente utilizados na construção de máquinas. A digitalização de ferramentas e de peças de ferramentas ajuda a prevenir quebras de produção devido a desgaste ou rutura da ferramenta.
Digitalização de peças fundidasSuperfícies CAD 3D - por exemplo, de aplicações de ferramentas - podem ser rápida e facilmente preparadas e depois manufaturadas com base nos dados digitalizados (nuvens de pontos). A elevada precisão garante a troca das aplicações, sem necessidade de uma nova fase de incorporação da ferramenta. Do mesmo modo, as ferramentas incorporadas são digitalizadas e, por exemplo, os raios alisados de componentes são retificados em CAD.
Medidas de compensação podem ser definidas e implementadas no componente individual ou no conjunto, com base nos dados digitalizados, através de uma comparação nominal/real no processo CAD/CAM. Isto permite a implementação eficaz e rápida das duas correções dimensionais, bem como otimizações na superfície. Alterações na ferramenta ou diversas condições dos componentes podem ser comparadas no ecrã. Pode ser depois decidido se as alterações deverão ser implementadas diretamente na oficina ou no design. Os dados digitalizados podem ser utilizados à escala de 1:1 para a criação dos dados de correção nas alterações de design, assegurando assim um elevado nível de precisão.
A digitalização também desempenha um papel no processo de produção. Neste caso, a maquinação de desbaste, em particular, continua a ser extremamente morosa. Na construção de ferramentas são produzidos modelos fundidos, nomeadamente para componentes grandes. O problema é quando os componentes fundidos e os designs não correspondem. Se as peças fundidas forem digitalizadas imediatamente após a entrada da mercadoria, o resultado é um processo CAD/CAM seguro e totalmente automatizado. Para além disso, o tempo de maquinação na máquina pode ser reduzido. Opcionalmente: a digitalização também é vantajosa para peças de ferramenta maquinadas e prontas: Para controlar o funcionamento da ferramenta, após a maquinação são digitalizadas peças individuais e "montadas" virtualmente no sistema CAD/CAM, sendo também verificada a existência de eventuais colisões. As ferramentas só são disponibilizadas para montagem e incorporação após ter sido excluída a existência de erros.
Soluções processuais Tebis
A Tebis permite a maquinação de desbaste eficaz com base em peças fundidas digitalizadas. Tecnologias integradas, por exemplo, para prevenção de secções totais, otimização do avanço e blanks, retrações otimizadas da máquina, bem como estratégias de fresagem adaptativas constituem a base para o desbaste eficaz. Opcionalmente: a Tebis representa exatamente as novas tecnologias de ferramentas HFC (High Feed Cutter) e HPC (High Performance Cutter), e reduz o tempo de maquinação na máquina.
Precisão e qualidade perfeita na maquinação de superfícies 3D
As tecnologias Tebis, por exemplo, para a distribuição constante da trajetória 3D e estratégias para a distribuição de pontos HSC permitem uma qualidade perfeita e reduzem o acabamento na ferramenta.
Martelagem após a fresagem reduz a aspereza e consolida a superfície. Raios sujeitos a uma tensão muito elevada, arestas de corte e maxilas de "post molding" na ferramenta são, por norma, temperados. Os dois passos processuais estão totalmente integrados no Tebis.
Superfície da ferramenta com superfícies de impressão e superfícies livres contínuas
Simulação da martelagem no TebisProcesso inovador de superfícies efetivas
A criação de superfícies efetivas desempenha um papel central no processo de produção de ferramentas. Através desta determina-se a qualidade e uniformidade das peças de chapa. Sistemas baseados em FEM calculam o retorno elástico com muita precisão. Uma estratégia de compensação baseada nestes resultados é determinada como recomendação de dobragem para todas as ferramentas e é transferida para o processo CAD/CAM Tebis sob a forma de nuvens de pontos. Os dados de simulação, p. ex., em peças estruturais, podem ser utilizados para a dobragem. O mesmo aplica-se a chapas digitalizadas, por exemplo, em processos de deformação a quente. Regras abstratas sobre superfícies são particularmente úteis em caso de peças de película exterior, sendo mantidas as curvaturas originais das superfícies da classe A. O Tebis disponibiliza funções de análise da classe A, bem como poderosas funções de otimização da superfície para a deteção atempada de erros nas superfícies visíveis dos componentes.
A preparação de superfícies efetivas Tebis inclui a compensação do desbaste da chapa, a incorporação de superfícies de pressão e o design livre de raios negativos. Funções especializadas permitem programar sem espessuras de parede virtuais, fazendo com que cantos e passagens visíveis na superfície da ferramenta desapareçam. A compensação da flexão da prensa e a deformação da ferramenta podem ser facilmente integradas com as respetivas regras de dobragem.
O processo CAD/CAM completo é simplificado pela programação numa superfície, em vez dos atributos de espessura da parede. Trabalhar com templates Tebis permite um elevado grau de automatização na programação NC e reduz o tempo de programação. Superfícies efetivas preparadas de forma homogénea formam a base para a utilização de ferramentas de fresagem HFC. Adicionalmente, os tempos de cálculo também podem ser reduzidos, nomeadamente em caso de material residual. Benefícios no processo de retoque: o acabamento reduzido na ferramenta permite a instalação direta das ferramentas na prensa de conformação.
Este artigo por Stephan Galozy, gestor de produto na Tebis AG, foi publicado, pela primeira vez, por ocasião do evento da Quality Engineering 2016 na topometric GmbH. O tema deste evento foi "Garantia da qualidade na maquinação de chapa – soluções inovadoras para a indústria automóvel".
