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Simulação de Processos de Fabrico: como acelerar projetos de fundição, economizando tempo e recursos

10 fevereiro 2021
Artigo de José Miguel Silva, engenheiro de desenvolvimento, e Diogo Fula responsável pelo desenvolvimento de negócio na área das tecnologias avançadas de fabrico do INEGI. 


Os modelos de simulação são hoje utilizados em todas as fases do ciclo de vida da criação de um produto, desde a sua conceção à sua produção. É viável fabricar o produto com base neste projeto? Que zonas da peça são mais suscetíveis a defeitos? A resposta a esta e inúmeras outras perguntas, pode ser determinada com a simulação do processo em ambiente digital, aportando um largo espectro de vantagens quando comparada com os métodos convencionais de tentativa e erro. 

Durante a projeção de moldes para produção por fundição, em particular, a utilização de softwares de simulação permite à equipa de engenharia identificar problemas no projeto do molde que primitivamente só eram possíveis validar após a construção, montagem e afinação de dispendiosos protótipos.  

Assim, é possível realizar um conjunto de iterações de forma expedita e sem a necessidade de construção de ferramentas ou protótipos, permitindo na maior parte dos casos, economizar tempo, dinheiro e recursos no processo de desenvolvimento de processos para fabrico de novas peças. 

Estes softwares são, no entanto, dispendiosos, e requerem mão de obra especializada e computadores com alta capacidade de processamento. Razão pela qual poucas empresas investem nestas ferramentas. Apesar das potenciais poupanças, com a otimização do desenvolvimento de processos de fabrico, torna-se, por vezes, difícil justificar custos diretos que podem facilmente ascender às dezenas de milhares de euros por ano. 

Nestes casos, em empresas onde o binómio de custo/benefício não justifique o investimento nestes softwares, o INEGI tem vindo a contribuir no apoio de projetos, pois encontra-se capacitado com mais diversas ferramentas de simulação numérica, e as competências para as operar. 

Simulação de processos economiza tempo, dinheiro e recursos 

As simulações para fundição aproximam-se bastante da realidade, sendo possível configurar parâmetros como geometria, material, temperatura, interface entre os materiais, parâmetros do processo como velocidade de enchimento, radiação, transferência térmica entre o molde e o ar, e parâmetros adequados ao processo que se está a simular. 
 
A utilização de softwares de simulação em fundição acarreta inúmeras vantagens. É possível, por exemplo, observar o enchimento da peça, um apoio importante no projeto do sistema de gitagem, e a identificação de potenciais zonas com defeitos. Também a visualização da a evolução da temperatura na peça e no molde é uma importante vantagem, já que auxilia a definição da temperatura de vazamento do metal. Determinar tempos de enchimento, prever a porosidade ou micro porosidade, e zonas da peça poderão estar sujeitas a porosidade gasosa, são também algumas das capacidades destas ferramentas.  

Alcançar resultados precisos pode demorar um tempo considerável. Porém, o grau de precisão é ajustado com base na exigência da aplicação da peça. No caso de um componente para o sector aeroespacial, por exemplo, a precisão dos resultados é de extrema importância e apesar de o tempo de computação ser elevado (podendo chegar a semanas), não se pode abdicar deste princípio. Já simulações para os setores automóvel, naval, equipamentos domésticos, entre outros, por regra não é necessária uma precisão tão elevada.  

A variável tempo de cálculo é importante, pois as empresas do setor metalúrgico são geralmente muito dinâmicas. Assim, nos projetos realizados no INEGI para este setor, procuramos partir de iterações iniciais com malhas mais grosseiras, diminuindo o tempo de computação, até aperfeiçoar o sistema de gitagem da peça e numa fase mais avançada do projeto, onde podemos aumentar a precisão da malha com o intuito de se obter um modelo mais próximo do real.  

Ferramentas de simulação também estão ao alcance das PMEs 

Estas capacidades permitem corrigir problemas associados ao processo de conceção dos moldes, mesmo antes de estes serem produzidos, permitindo economizar significativamente o custo de produção

Para tal, o INEGI dispõe das ferramentas necessárias para auxiliar empresas que procuram utilizar métodos de elementos finitos no desenvolvimento dos seus produtos e processos, como o Procast, por exemplo, que cobre os mais diversos processos de fundição industriais. Trabalhamos com os principais softwares e formatos CAD no mercado (Solidworks, Inventor, STEP, entre outros), conseguindo assim prestar um apoio completo, desde a determinação das estratégias de alimentação e ligas, até à otimização e afinação do processo.  

Para ir ainda mais longe, e afinar e validar os modelos numéricos desenvolvidos, é ainda possível alimentar as simulações com dados retirados dos equipamentos industriais, ou inclusive sensorizar sistemas "no terreno", nomeadamente a nível de tempos de enchimento, velocidades de pistão (recorrendo a câmaras de alta velocidade) e variações de temperatura. 

Num mundo cada vez mais global e competitivo, que desafia os fabricantes a otimizarem ativos e a reduzir ao máximo o time to market, a simulação está a tornar-se uma metodologia indispensável, e, por isso, pretendemos colocá-la ao alcance de todas as empresas. 


 
Este artigo foi desenvolvido no âmbito do projeto com a referência POCI-01-0145-FEDER-032460 – GRIS: Refinamento de Grão Induzido por Agitação Eletromagnética: Desenvolvimento de uma Abordagem Preditiva para Implantes Médicos em Co-Cr, cofinanciado pelo Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (COMPETE 2020), através do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) e por Fundos Nacionais através da Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT).”