La simulación de fabricación va más allá de la mera simulación de soldadura. En la simulación de fabricación es necesario reproducir el proceso de ensamblaje.
Esto implica tener en cuenta la cinemática de sujeción, es decir, la simulación del proceso de sujeción, así como las imperfecciones de los componentes individuales y de los subconjuntos. Además, para el montaje debe realizarse una simulación en varias etapas, en la que, de una etapa a otra, se añaden más componentes al subconjunto calculado previamente. Asimismo, para la simulación de la fabricación también pueden ser relevantes los procesos de conformado, corte o tratamiento térmico previos o posteriores, que también deben representarse en la simulación.
En la fabricación de conjuntos de chapa soldada (carrocerías y componentes de vehículos, sistemas de escape, componentes de centrales eléctricas, electrodomésticos y muchos otros productos) se producen desviaciones geométricas. A ello contribuyen tanto la deformación térmica derivada del proceso de soldadura y la aparición de abolladuras, como la deformación que se produce al sujetar componentes individuales imperfectos. Con nuestro software podemos calcular estas desviaciones de forma ya en la fase de diseño y proponer medidas de compensación.
La empresa Dr. Loose GmbH se dedica a la simulación de procesos de unión térmica y de fabricación. La simulación de fabricación ayuda a diseñar de forma óptima los procesos de fabricación modernos y altamente tecnificados. De este modo, las empresas pueden, por un lado, ahorrar costes en la fabricación y, por otro, son capaces de llevar a cabo etapas de fabricación complejas.
En el pasado, la simulación de estructuras de soldadura para predecir deformaciones y tensiones residuales se aplicaba, en la mayoría de los casos, únicamente a componentes de pequeño tamaño. Los estudios y las validaciones se realizaban con pequeños ejemplos de prueba. Actualmente, esta metodología de simulación ha alcanzado un nivel que permite obtener resultados precisos con una excelente concordancia con la realidad. Sin embargo, los conjuntos pequeños revisten menor interés en la aplicación industrial, ya que los ensayos de soldadura pueden realizarse de forma más rápida y económica. La situación es diferente en el caso de estructuras grandes y ensamblajes de varias etapas. Las soldaduras de ensayo resultan cada vez más costosas, especialmente cuando es necesario modificar herramientas especiales de gran tamaño sin que exista una seguridad suficiente sobre la eficacia de la medida. En este sentido, la simulación contribuye enormemente a ahorrar costes en el desarrollo de la línea de producción y en el diseño de la misma.
En la fabricación de carrocerías, uno de los grandes retos consiste en mantener la desviación de la estructura fabricada respecto a la geometría objetivo (CAD) dentro de los límites deseados. El proceso de fabricación debe validarse en una fase muy temprana, de forma simultánea y paralela al desarrollo del producto. En algunos casos, las instalaciones de fabricación ya se diseñan antes de que se haya validado el proceso de fabricación en cuanto a viabilidad y tolerancias que deben alcanzarse. Así, por ejemplo, el número de estaciones de fabricación, los tiempos de ciclo y los robots con sus especificaciones de actuación ya están fijados. Si surgen problemas de precisión dimensional en el producto final en una fase tardía del desarrollo, las posibilidades de contrarrestarlos son limitadas debido a las condiciones marco ya establecidas. Esto puede evitarse mediante el uso de una herramienta de simulación eficaz para:
Hasta ahora, en las simulaciones, el material de aportación de soldadura se unía de forma fija a los componentes al inicio del cálculo, incluso en el caso de cordones de soldadura que aún no se habían realizado. Si bien es posible reducir la rigidez de estas uniones aún inexistentes mediante intervenciones en el material, este procedimiento distorsiona de todos modos considerablemente el resultado. El Dr. Loose ha desarrollado un método de simulación especial en el que no se produce este error, sino que los componentes aún sin soldar pueden moverse libremente. De este modo, el Dr. Loose es capaz de detectar la formación de huecos durante la soldadura. Los conceptos de sujeción o de soldadura de fijación pueden diseñarse de tal forma que no se produzcan huecos críticos. A la inversa, esta metodología también permite diseñar mejor los procesos, ya que permite determinar las ubicaciones de las soldaduras de fijación o de las herramientas de sujeción.
La sujeción de los componentes ejerce otra influencia significativa en la deformación durante el montaje. El cierre de los tensores induce un componente adicional de deformación y tensión, siempre que los componentes individuales o los subconjuntos ya presenten desviaciones geométricas respecto a la posición cero del CAD, derivadas de etapas de fabricación anteriores. Este tipo de deformaciones por sujeción quedan «congeladas» durante el ensamblaje. Además, las deformaciones previas provocadas por los tensores pueden diseñarse deliberadamente para compensar la deformación. FabWeld tiene en cuenta en la simulación el proceso de sujeción, incluidas las carreras de sujeción o las fuerzas de sujeción especificadas. El ensamblaje de una carrocería o de una estructura soldada se lleva a cabo habitualmente en varias estaciones. En primer lugar, se fabrican subconjuntos que, en pasos posteriores, se ensamblan para formar el conjunto principal. Este proceso en varias etapas se simula con FabWeld de forma fiel al proceso real. Para ello, las variables de estado —deformación, tensiones, contacto y temperaturas residuales— de la primera etapa de cálculo se transfieren a la siguiente como datos de entrada.
Con los métodos expuestos se puede calcular con precisión la deformación por ensamblaje de grandes estructuras de chapa. El cálculo del ensamblaje puede y debe realizarse ya en una fase temprana del diseño, ya que a partir de él se puede diseñar el concepto de compensación de la deformación.
La gestión de la deformación con FabWeld permite una planificación de la fabricación que, a diferencia de la práctica actual, apenas requiere correcciones posteriores de las herramientas en la línea de producción.
Pasos del proceso de montaje y componentes de deformación correspondientes
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