Por Ajay Yadav e Taylan Altan*

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

 

As variações da qualidade da chapa recebida, temperaturas de ferramental, deflexão da prensa e do ferramental, e desempenho do lubrificante, resultam em desvios da qualidade da peça conformada. Portanto, além dos testes iniciais, são feitos ajustes rotineiros durante a produção para manter a sua qualidade. A monitoração do processo de estampagem em tempo real tornou-se essencial para melhorar a qualidade da peça estampada e evitar interrupções na produção.

 

 

Fig. 1 – Um sistema de medição óptica comercialmente disponível pode ser usado para obter dados sobre a deformação de um componente estampado

 

 

 

Controle de processo em tempo real

 

Pode ser usado um sistema de medição óptica disponível comercialmente para obter dados sobre a deformação de um componente estampado. As variações da qualidade da chapa recebida, temperaturas de ferramental, deflexão da prensa e ferramental e desempenho do lubrificante resultam em problemas da qualidade da peça conformada.

 

As falhas nas peças interrompem a produção e podem causar danos ao ferramental. Portanto, além dos testes iniciais, são feitos ajustes rotineiros durante a produção para manter a qualidade da peça conformada. A monitoração em tempo real ou online do processo de estampagem se tornou essencial para melhorar a qualidade da peça estampada e evitar interrupções na produção.

 

 

Fig. 2 – A monitoração em tempo real do fluxo de material em um processo de estampagem profunda pode ser feita usando sensores de posição. O sensor de posição da inserção do flange (à esquerda) consiste em uma fina lingueta de metal que toca a borda exterior do blanque na abertura entre a matriz e o prensa-chapas durante todo o processo

 

 

Muitos tipos de sensores são usados na produção para monitorar condições de processo, tais como carga e movimento de deslizamento da prensa, condição e alinhamento do ferramental, quantidade de lubrificante e fluxo de chapas ⁽¹⁾.

 

 

Tecnologia para medição óptica

 

A tecnologia de medição óptica está encontrando cada vez mais aplicações na indústria de conformação de chapas. A figura 1 mostra um sistema óptico comercialmente disponível usado para obter as deformações de um componente estampado. Antes da deformação, a chapa é marcada com uma malha de pontos, usando-se ataque químico, marcação a laser ou de outro tipo.

 

Para viabilizar a medição, uma ou duas barras em escala ou algum tipo de marcador codificado são posicionados diretamente sobre a peça ou em suas proximidades. Usa-se então uma câmera digital de alta resolução para tirar fotografias a partir de diferentes posições. Após a tomada das imagens o sistema óptico define em cada imagem o ponto central exato de todos os pontos marcados.

 

A seguir as imagens são montadas virtualmente usando técnicas fotogramétricas para representar o objeto como um modelo virtual tridimensional. A partir dessa montagem virtual são calculadas as coordenadas tridimensionais reais do centro de cada ponto marcado sobre o objeto. Os pontos tridimensionais calculados definem o formato exato da peça estampada.

 

A deformação (tensões e deformações) introduzida pelo processo de estampagem pode ser facilmente calculada a partir da distorção local do padrão regular do reticulado sobre a superfície da chapa ⁽²⁾.

 

As principais aplicações da tecnologia óptica em estampagem são:

 

• digitalização dos protótipos de peças estampadas e ferramental;

 

• análise da conformação de chapas e tubos metálicos;

 

• determinação das propriedades do material.

 

Dependendo da aplicação, há programas computacionais comerciais especializados no processamento de imagens digitais. O uso desta tecnologia também pode aferir e otimizar os programas de simulação numérica para processos de conformação. Essas tecnologias de medição estão sendo usadas de forma crescente em atividades que envolvem inspeção automatizada por meio da integração ao processo de sistemas de visão automática. Essas câmeras podem, por exemplo, estar localizadas na saída da prensa de estampagem para se tomar fotos em tempo real da peça deformada.

 

 

Controle durante o processo de estampagem profunda

 

A figura 2 mostra um exemplo da monitoração em tempo real do fluxo de material em um processo de estampagem profunda com o uso de sensores de posição. O sensor de posicionamento da inserção do flange (à esquerda) consiste em uma fina lingueta de metal que toca a borda exterior de um blanque na abertura entre a matriz e o prensa-chapas durante todo o processo. Este sensor e outros que possuem designs diferentes mas funções similares detectam o movimento do flange durante a estampagem profunda.

 

O movimento medido do flange ou blanque arrastado pelo embutimento (drawin) versus a profundidade de embutimento podem indicar a qualidade da peça. Qualquer desvio em relação a uma faixa estabelecida de tolerâncias pode ser usado para descrever a falha potencial. O lado direito da figura 2 mostra um conceito similar usado para monitorar em tempo real o surgimento de rugas durante o processo de estampagem profunda.

 

Foram instalados dois sensores de posição, sendo um na matriz e outro no prensa-chapas. Quando ocorre uma ruga, a abertura entre a matriz e o prensa-chapas aumenta. Dessa forma, os dois sensores podem detectar e registrar a altura da ruga. O monitoramento em tempo real da altura da ruga e do movimento do flange permite que a força do prensa-chapas seja aumentada ou diminuída por meio de um sistema de controle em laço fechado ⁽³⁾.

 

A partir deste princípio, pesquisadores da Universidade de Hannover (Alemanha) projetaram e construíram um sistema de controle em laço fechado para a estampagem profunda de bandejas retangulares usando um sistema de almofada com múltiplos pontos. Sensores ópticos isentos de contato foram posicionados em múltiplos locais ao redor da periferia do flange para detectar o fluxo de material (rugas e movimento do flange). O sistema de laço fechado assim desenvolvido foi testado por meio da variação do formato inicial do blanque, obtendo-se bons resultados ⁽⁴⁾.

 

Esta é a última parte de uma série de três artigos sobre defeitos de qualidade normalmente observados em peças estampadas, assim como variáveis de processo que afetam a qualidade das peças conformadas. As partes I e II podem ser conferidas na seção Tecnologia em conformação.

 

Referências

 

1) Doege et al.: Metal Forming, Sensors in Manufacturing. Ed. H. K. Tonshoff and I. Inasaki, New York, Wiley-VCH, 2001, p. 172-190.

 

2) Galanulis, K.: Optical Measuring Technologies in Sheet Metal Processing. Sheet Metal 2005, Advanced Materials Research, Vols. 6-8, Gesellschaft für Optische Messtechnik mbH, p. 19-34.

 

3) Doege et al.: Metal Forming, Sensors in Manufacturing.

 

4) Behrens et al.: Closed-Loop-Control of Deep-Drawing Processes by Means of Contact-free Measurement of the Material Flow. Annals of the German Academic Society for Production Engineering, 2005, XII /1, p. 45.

 

 

*Este estudo foi preparado por Ajay D. Yadav, pesquisador graduado associado do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF), vinculado ao Centro de Pesquisa em Engenharia para Manufatura Próxima do Formato Final (Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing, ERCNSM) da Ohio State University (EUA), e por Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor da instituição. Este artigo foi publicado originalmente na seção “R&D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de agosto de 2009 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

 

Tecnologia em conformação

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