Control de la distorsión en el ensamblado de la carrocería - BIW

Cuando se optimiza un producto, es fácil olvidar como el proceso de fabricación puede afectar al comportamiento del diseño. Por lo tanto, para optimizar adecuadamente el diseño de un producto, los ingenieros necesitan conocer cómo se fabricará y será ensamblado, y cómo estos procesos pueden ocasionar distorsiones inesperadas en el producto final.

“El prototipado virtual facilita a los ingenieros de diseño y de procesos fabricar y ensamblar componente virtualmente mucho antes de que se fabriquen y prueben los prototipos físicos” dice Yannick Vincent, Solution Manager en ESI Group. “Facilita la creación de medidas preventivas para controlar las distorsiones y las tensiones residuales en el proceso de soldadura de la carrocería. Esto ayuda a reducir la puesta a punto, facilita la validación de las preseries y acorta los tiempos de lanzamiento al mercado”

La solución de Virtual Welding & Assembly de ESI Group es una plataforma CAE que estudia los efectos de las distorsiones de la estampación, la soldadura y el ensamblado de la carrocería durante en el desarrollo de producto. La solución ayuda a los ingenieros a simular y mitigar las tensiones residuales, distorsiones y defectos modelando toda la cadena de procesos de fabricación.

“El objetivo es asegurar la precisión dimensional del ensamblado del BIW durante el desarrollo de producto. Identificar las uniones críticas, realizar la puesta a punto virtual, optimizando las ubicaciones de las mordazas, la secuencia de amarre y de soldadura, mientras reducimos los costes y el tiempo en la planificación de la fabricación y validación de las preseries” Explica Saurabh Aggarwal, Manager of Market Strategy and Business Development at ESI Group.

Puede ser un periplo largo, difícil y caro diseñar un producto y toda su cadena de producción. Los ingenieros deberán ajustar varias veces los componentes y los procesos de soldadura hasta conseguir controlar las tensiones residuales y las distorsiones.

“Durante el proceso de estampación, la plastificación induce el endurecimiento y adelgazamiento del material. Y en la descarga aparece la recuperación elástica o springback. Todos esto conduce a una pieza con tensiones residuales y distorsiones” explica Saurabh. “En el caso de la estampación en caliente de aleaciones de acero se produce transformaciones de fase. Todos estos efectos, tienen una influencia significativa sobre en el comportamiento del ensamblado de las piezas, durante el proceso de unión en frio y en caliente, en el taller de soldadura y de ensamblaje”

“En otras palabras, la carga mecánica y los efectos del calor de los procesos de soldadura, modifican las características del material, e introducen tensiones residuales, lo que lleva a desviaciones dimensionales de los ensamblajes soldados” clarifica Saurabh.

Tradicionalmente, esta influencia estructural en el producto era mitigada con correcciones “intuitivas” de fabricación y de ingeniería, pero este sistema de prueba y error no es eficiente ni da garantías.

“La optimización de los sistemas de sujeción o amarre sin simulación es una tarea muy difícil; más amarres significa que se conservaran en la estructura más tensiones, que es justo lo contrario de lo que queremos conseguir” dice Yannick. “Cuanto menor número de mordazas, más distorsión se produce, pero deben seguir asegurándose las tolerancias. La solución de soldadura y ensamblado de ESI Group, ayuda a los ingenieros de procesos a encontrar rápidamente el mejor compromiso”

Con las herramientas CAE, como Virtual Welding & Assembly Solution, se pueden realizar distintas iteraciones para corregir los problemas de producción de una forma más rápida y sin los costes de la fase prototipos y de puesta a punto. De esta manera permite a los ingenieros predecir y corregir mejor las deformaciones. La simulación hace que sea mucho más fácil definir la secuencia de soldadura, y aplicar pre-deformaciones durante el amarre para que así, una vez se complete la soldadura, el conjunto soldado se ajuste a las especificaciones.

Cómo modelar virtualmente un Proceso de Producción con la tecnología CAE de ESI Group

Primeramente, los ingenieros usan ESI PAM-STAMP para simular el estampado de las piezas de chapa. El resultado de la simulación es la distribución de la deformación plástica, las tensiones y adelgazamiento, junto con la malla deformada (con springback). Toda esta información, se importa luego a la solución de soldadura y ensamblado de ESI.

“Si se encuentra en la fase de fabricación de las preseries, cuando ya se disponen de piezas estampadas, en la puesta a punto de los procesos de ensamblaje y para controlar las distorsiones” dice Saurabh. “Puedes usar, En este caso también, la geometría escaneada de la pieza estampada como punto de partida para la simulación de soldadura y ensamblado”

“A veces las distorsiones no se pueden reducidas como se espera y entonces es necesario compensar la geometría. En estos casos, los ingenieros deben intentar compensar la deformación en el mismo conjunto soldado, aplicar la compensación a las piezas estampadas suele ser muy costoso o muy poco práctico” explica Saurabh.

“ESI SYSWELD (link is external) importa la malla deformada después de la estampación” dice Vincent. “Se mapean los resultados de los datos clave, como la deformación plástica, las tensiones y la variación de espesor. A continuación, se simula el posicionamiento, la sujeción y el proceso de unión. Para encadenar simulaciones, los datos clave y los resultados deben transferirse y mapearse desde la estampación hasta el pre-posicionamiento, la sujeción y finalmente se obtiene el modelo de simulación de la soldadura. Con el objetivo de reducir el tiempo necesario para realizar estas operaciones se dispone del método CAT (Control Adapt Transport).

ESI SYSWELD proporciona un flujo de trabajo que incluyen todas las características de diseño de un proceso de soldadura (preposicionamiento, sujeción y encadenamiento de la soldadura)

El asistente para el preposicionado ayuda al ingeniero a definir los puntos de referencia (RPS) mediante la creación de centradores, amarres y el resto de los accesorios. El asistente define como los amarres sujetarán y eliminarán la distancia inicial entre las piezas, antes de que se suelden. Los ingenieros pueden acceder a varios parámetros para definir el tipo, la forma, la posición, el desplazamiento, y la secuencia de los amarres. Además, pueden corregir estos parámetros hasta que estén optimizados para limitar las tensiones y deformaciones del producto.

“Finalmente el usuario puede exportar la malla deformada, las tensiones residuales y las deformaciones plásticas del proceso de estampación, del preposicionado y la sujeción para simular la operación de soldadura con las propiedades de la soldadura definidas” dice Vincent. “Se tienen en cuenta los efectos de la soldadura dependiendo del tipo de unión, cordón (soldadura por láser y arco) y soldadura por puntos”. Esta simulación determina las distorsiones finales y las tensiones residuales del encadenamiento de los procesos de estampación, soldadura y ensamblado.

Después de evaluar la fabricación del producto, el usuario puede seguir explorando la resistencia y el comportamiento del producto con más simulaciones .

“En pocas palabras, con el encadenado de los procesos de fabricación se predicen la distorsión estructural, las tensiones residuales, la plastificación, y la transformación de fase de los conjuntos con uniones en caliente y en frío” aclaró Saurabh.

“Se analizan en profundidad el cambio de las propiedades térmicas, metalúrgicas y mecánicas en una estructura durante el encadenamiento de la fabricación y se toman contramedidas para controlar las distorsiones y las tensiones residuales,” añadió. “Los beneficios incluyen reducir costes, tanto en diseño como en fabricación, ya que se reduce drásticamente la necesidad de prototipos físicos y de ensayos”

Artículo original por Shawn Wasserman for engineering.com(link is external)

Para más información visita: ESI's Virtual Welding & Assembly Solution(link is external)