Modellazione di fenomeni di ritorno elastico in processi di stampaggio di lamiere metalliche di interesse industriale

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Il fenomeno del ritorno elastico, nei processi di formatura della lamiera, rappresenta un problema rilevante. Se si considera un semplice routing per la realizzazione di un componente industriale ottenuto tramite un classico processo di stampaggio; esso comprende il taglio della lamiera iniziale, lo stampaggio della stessa ed infine almeno una operazione di tranciatura per eliminare la flangia in eccesso. Ovviamente già nella prima fase di stampaggio, non appena vengono rimossi gli utensili, si assiste ad una distorsione del semilavorato; infatti lo stato tensionale interno non risulta più equilibrato da azioni esterne , viene rilasciato lo stato tensionale elastico, ed il semilavorato quindi trova una nuova posizione di equilibrio. Inoltre bisogna considerare che il semilavorato sarà soggetto ad ulteriori distorsioni dovute alla procedura di taglio (trimming).
Un supporto alla progettazione può sicuramente arrivare dalla simulazione numerica; tale strumento pesantemente utilizzato anche in ambito industriale, presenta ancora alcune problematiche nella previsione del ritorno elastico.
I codici con formulazione esplicita ormai sono molto affidabili nella simulazione dei processi di formatura della lamiera. Nonostante ciò la simulazione del ritorno elastico, non risulta ancora efficace come la simulazione dei processi di formatura, e quindi ancora oggi la previsione e la correzione delle distorsioni elastiche a livello industriale è affidata all’abilità e all’esperienza dei progettisti, che adottano metodologie di trial and error, oppure adottano tecniche di compensazione manuale.
Le attività del presente progetto sono quindi rivolte al miglioramento dell’accuratezza degli strumenti di simulazione del ritorno elastico attraverso una scelta oculata dei parametri numerici utilizzati nella simulazione. In particolare verranno presi in considerazione il tipo di elementi shell impiegati nella simulazione (thin, thick, full integrated, reduced integration, il numero di punti di integrazione lungo lo spessore ecc), la superficie di plasticità scelta (Von Mises, Vegter, Barlat ’91 ecc), il modello di incrudimento (isotropico, cinematico, misto). La simulazione numerica verrà utilizzata per la previsione del ritorno elastico nella produzione di componenti di carattere industriale del settore automotive. Tali prodotti, per le caratteristiche legate ai materiali utilizzati, agli spessori delle lamiere abitualmente impiegate e per le loro stesse dimensioni rappresentano un perfetto benchmark per il presente progetto. I risultati ottenuti per via numerica saranno confrontati con risultati sperimentali ottenuti attraverso tecniche di reverse engineering per l’ottenimento delle superfici di componenti fisici ottenuti per via sperimentale. Nello svolgimento del progetto ci si avvarrà di collaborazioni industriali attualmente in essere con il Dipartimento di Tecnologia Meccanica, Produzione e Ingegneria Gestionale (Fontana Pietro S.p.A. ecc).

Layman's description

Il presente progetto si propone di affinare le metodologie numeriche per la simulazione del fenomeno del ritorno elastico nei cicli di produzione di componenti in lamiera di interesse industriale. In particolare si farà riferimento a prodotti del settore automotive.
Verranno investigati alcuni dei più rilevanti parametri numerici che influenzano il risultato finale delle simulazioni numeriche svolte con metodologia mista esplicita-implicita; di contro si terrà conto anche del tempo computazionale totale visto l’interesse industriale per la messa a punto di tali strumenti di progettazione.
L’obiettivo che ci si pone risulta duplice: la simulazione numerica del ritorno elastico, infatti, può inserirsi a diversi livelli nelle fasi di progettazione; un primo livello che possiamo definire in process, riguarda la possibilità di variare i parametri di processo al fine di ridurre il ritorno elastico di un componente già realizzato. Come è noto per ridurre la distorsione elastica in un processo di stampaggio di lamiera è necessario indurre fenomeni di stretching sul materiale al fine di aumentare la frazione di materiale plasticizzato. In pratica è necessario aumentare le restraining forces, in questo senso è possibile seguire varie strade; si può aumentare la penetrazione dei rompigrinze, aumentare il carico del premilamiera o cambiare la geometria della lamiera di partenza. Chiaramente verificare tali procedure tramite simulazione numerica ridurrebbe notevolmente i tempi ed i costi di produzione.
Oltre questo obiettivo, che comunque è ristretto a variazioni dei parametri di processo su uno stampo già realizzato, è possibile utilizzare la simulazione numerica già nelle prime fasi della progettazione. Infatti è possibile progettare gli stampi tenendo in considerazione non solo gli assottigliamenti o eventuali difetti di flusso , ma anche la minimizzazione della distorsione elastica.
Occorre trovare la giusta combinazione dei parametri sia di processo sia geometrici che soddisfino il miglior compromesso tra necessità di indurre lo stretching necessario per ridurre il ritorno elastico e l’esigenza di minimizzare gli assottigliamenti massimi.
L’ottimizzazione contemporanea di tali parametri di processo non è immediata e le tecniche basate sul trial and error risulterebbero inefficaci. Allo stato dell’arte l’efficacia delle simulazione numerica del ritorno elastico dipende fortemente dalle scelte dell’analista, infatti i risultati dipendono fortemente dai parametri numerici utilizzati come la formulazione dell’elemento shell impiegato, la funzione di plasticità utilizzata per modellizzare il materiale, il tipo di incrudimento etc, in particolare tali parametri dipendono dalla lavorazione e dal materiale utilizzato. Concludendo si può affermare che al giorno d’oggi risultano necessari ulteriori sforzi per standardizzare la simulazione numerica del ritorno elastico al fine di renderla uno strumento di ausilio alla progettazione.
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

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