Modelação e otimização de ferramentas de conformação plástica de chapa

Abstract

Atualmente, os programas de simulação pelo Método dos Elementos Finitos atingiram maturidade e confiança por parte das indústrias de conformação plástica de chapas metálicas para a previsão de defeitos durante os processos de deformação. Adicionalmente, para o desenvolvimento de ferramentas de estampagem, usam-se estes programas em metodologias do tipo tentativa-erro, o que se revela longo e moroso. Contudo, devido a utilização interligada do Método dos Elementos Finitos com algoritmos de otimização, é possível a resolução de problemas inversos, os quais obtêm a geometria inicial da ferramenta que leva à forma requerida da peça deformada. O objetivo principal desta dissertação é o estudo e desenvolvimento de uma metodologia automática para encontrar as ferramentas ideais de conformação plástica de chapas metálicas. Para tal, numa primeira parte estuda-se e apresenta-se um método de criação de uma simulação numérica, utilizando uma linguagem de programação que permitem a criação parametrizada de geometrias em problemas estruturais e tecnológicos. Também nesta fase surge a criação do acoplamento da simulação numérica a um algoritmo de otimização baseado no gradiente conjugado. Numa segunda fase, aplica-se a metodologia a problemas mais complexos. Estes consistem na criação das geometrias iniciais de ferramentas para obter peças com a forma requerida.

Currently, simulation programs by Finite Element Method (FEM) have reached the maturity and confidence of metal forming sheet metal industries for predicting defects during deformation processes. However, the development of stamping tools is still a trial-and-error methodology, which proves long and tedious. Considering the coupling of Finite Element Method with optimization algorithms, it is possible to solve geometry inverse problems, whose main goal is to obtain the initial geometry of the tool that leads to the required shape of the deformed part. The main objective of this thesis is the study and development of an automated methodology to develop tools for metal forming sheet in order to compensate phenomena such as springback. To this end, in a first part, a method of creating a numerical simulation using script in Python programming language that allows fully parameterized geometries is presented. Subsequently, a numerical optimization algorithm based on conjugate gradient is coupled with the FEM parameterized simulation. In a second phase, the presented methodology is applied to industrial problems. The solutions obtained, in the form of ideal tool shape, validate the presented methodologies.