Simulación de Procesos de Estampado y Ensamblado Metálico ...

Necesidades actuales de las
corporaciones
Simulación de Procesos de
Estampado y Ensamble Metálico
Por: Dr. Víctor Hiram Vázquez Lasso
19 de Mayo de 2011
VIII Reunión Internacional de Ingeniería Mecánica
Tel: +52 (81) 8989-7902, (81) 1403-0103
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www.consultorescpm.com.mx
• Aumentar la rentabilidad del negocio
• Producir con alta calidad (cero rechazos)
• Reaccionar rápido a los cambios de mercado
• Reducción de costos (aumento de utilidad)
• Eliminar desde el diseño posibles problemas de calidad (Diseño
para 6 sigma)
• Procedimiento de “Prueba y Error” para el diseño de productos
es muy costoso
• Competidores cuentan con tecnología de punta para el diseño y
fabricación de componentes
• El cliente determina los requerimientos que debe de cumplir
una “caja negra” y el proveedor diseña el producto que cumpla
con las especificaciones y requerimientos del cliente
• Disminuir las consecuencias legales de un error de
manufactura y de diseño
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¿Porqué Simulación
¿Porqué Simulación
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Ingeniería herramental instalación de herramientas pilotaje pruebas e inspección
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Ingeniería herramental instalación de herramientas pilotaje pruebas e inspección
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One Step – Calculo de Silueta
One Step-Anillado
Llenar
agujeros
Parte
Desdoblar
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One-Step – Evaluación estándard
One-Step- Anillado
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Análisis incremental
Simulación incremental
Paso I
First Form
Second Form
Paso II
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Diagrama de Formabilidad
Distribución de deformación plástica
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Distorsión después del corte
Distorsión después del corte
Antes
Después
Antes
Después
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Springback
Springback- Simulación vs. Referencia
CASO I – PROCESO ACTUAL
FUERZA DE PISADO 40 TON
CASO II – PROCESO REVISADO
FUERZA DE PISADO 120 TON
FRENO DE ESCALON DE 6mm
DE ALTURA EN CUATRO LADOS
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Ensambles mecánicos
Instalación de producto- Remache
• Desarrollo de la progresión
• Análisis de esfuerzos en las herramientas
• Desarrollo de herramienta de instalación
• Predicción de la fuerza de instalación
• Predicción de pruebas de estiramiento y corte
• Optimización del proceso
• La instalación de productos como remaches y sujetadores de
engrapado exhiben la complejidad de operaciones de formado con
múltiples equipos deformables. .
• La presente simulación de este remache de clave fue simulada en
1994, para probar la vialidad de la simulación de este proceso por
medio de elemento finito.
• Esta simulación requiere
múltiples cuerpos
deformables con capacidad
autodefinir contactos
arbitrarios
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Pernos auto-engrapables
Pernos auto-engrapables
Los sistemas para uniones por ensamble mecánico
son prácticos y rentables.
La simulación de la instalación es popular por su
habilidad para analizar con la habilidad de analizar
múltiples cuerpos deformables .
Durante el proceso de instalación en
frío , la historia de deformación
previa es muy importante.
Los contornos de deformación plástica se muestran durante el
formado, la instalación y la prueba de jalón para este perno
auto-engrapable por embutido.
La historia de deformación plástica afecta la resistencia y los
procesos de formado y métodos
de instalación subsecuentes.
En este caso la fuerza de la
prueba de tracción fue
predicha dentro de un 10%
de la medición realizada en
la prueba de prod|ucción.
Cortesía: Multifastener CCPM Division Proprietary of Information Fabristeel
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Encrespado de Tubo
Encrespado de Tubo
• Para modelar el proceso de encrespado de tubos es
necesario simular el proceso con un programa de
Elementos Finitos con capacidad de múltiples
cuerpos deformables .
• Esta aplicación médica fue simulada utilizando un
tubo rígido plástico y un inserto elástico plástico.
• Los contactos se muestran como puntos morados
en la sección del tubo.
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Los contactos del encrespado se muestran como puntos morados
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Instalación de tuerca de troquelado
Las simulaciones tridimensionales requieren
programas robustos de elementos finitos, generador
automático de malla y contacto entre múltiples
cuerpos deformables.
Esta simulación de tuerca de troquelado describe una
aplicación comercial popular
En esta aplicación automotriz común se requiere
tanto la deformación de la tuerca como la de la
lámina.
Instalación de tuerca de troquelado
Los contornos de deformación plástica se muestran en la
lámina durante la instalación (el rojo es el más alto) .
En este caso, la deformación en la tuerca es mucho
menor que en la lámina.
Cortesía: Multifastener CCPM Division Proprietary of Information Fabristeel
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Sujetador de punteo
Tuerca ciega de remachado
La simulación permite el desarrollo extensivo del producto
antes de que se fabriquen los prototipos.
Los contactos arbitrarios basados en objetos permite la
simulación de partes roscadas como esta tuerca de remache.
Este sujetador de punteo crea una unión de engrapado para
unir dos láminas deformables.
La deformación lineal de la tuerca elasto-plástica fue
impulsada por un tornillo rígido giratorio.
Los ingenieros simularon diferentes perfiles de engrapado,
materiales y tamaños de agujeros.
Condiciones de auto-contacto se modelaron en la zona
plegada de la burbuja.
Cortesía Penn Engineering
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Tornillo Auto-roscable
Resistencia a tracción de candado
El hilo de un tornillo auto-roscable corta la rosca dentro
de la lámina u otro material.
Dos láminas deformables se unieron usando un tornillo
rígido.
El tornillo fue impulsado por
una fuerza y un movimiento
rotacional.
La resistencia de las
roscas y la fuerza de la
unión puede ser evaluada.
Una compañía desarrollo un nuevo candado de aluminio de un
solo uso.
Una cierta resistencia al jalón es requerida para cumplir con
las especificaciones
El diámetro y material del grillete fue optimizado con
simulación en 3D para predecir el modo de falla y la
resistencia a la tracción.
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Cortesía: Hercules Industries
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Resistencia a la tracción del candado
Manufactura + Prototipo
Virtual = Competitividad
¡EL FUTURO YA
LLEGÓ!
Prototipo
Virtual
Manufactura
Virtual
Las iteraciones de diseño fueron desempeñadas usando como variables
de diseño el diámetro, material y tratamiento térmico del grillete. El diseño
de la derecha cumple con el requerimiento de la resistencia a la tracción.
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El sector Automotriz
Beneficios de los Ensayos Virtuales
Efectos de la Manufactura
PAM-STAMP
+
PAM-CRASH
Con Efectos de Estampado
Sin efectos de estampado
Efecto de la distribución de espesores de estampado en la
resistencia al impacto
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Beneficios Industriales más Importantes
Se ahorra tiempo y dinero con ensayos virtuales realista
Se mejora la calidad al unir el diseño del producto con la ingeniería de
procesos
Controla la compleja relación en el diseño colaborativo y la facilita el
compartir información con proveedores externos: sólo se comparte el
prototipo numérico.
Facilita el proceso de decisión usando un prototipo numérico integrado
para acelerar la evaluación de las soluciones disponibles.
La modelación ayuda a establecer las variables de proceso y diseño de
herramental más apropiadas para una aplicación dada
Los casos resueltos dentro de la compañían pueden utilizarse para el
entrenamiento de Ingenieros expertos y creatividad novatos
Estimula la innovación
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