1. SOFT-TOOL FORMING 2. INCREMENTAL FORMING 3. UTILIZZO DELLA TEMPERATURA COME PARAMETRO DI PROCESSO IDROFORMATURA DI LAMIERE

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1 Tecnologie innovative di formatura delle lamiere Le tradizionali tecnologie di stampaggio appaiono in stridente contrasto con i nuovi target richiesti dal mercato, caratterizzati da volumi di produzione molto piu contenuti e da una continua innovazione di prodotto volta a soddisfare le richieste del cliente. Tecnologie mirate alla lavorazione dei light-weight materials 1. SOFT-TOOL FORMING 2. INCREMENTAL FORMING 3. UTILIZZO DELLA TEMPERATURA COME PARAMETRO DI PROCESSO IDROFORMATURA DI LAMIERE Idroformatura a punzone d acqua Idroformatura a matrice d acqua 1

2 (LDR) anche pari a 3,2 In un processo di imbutitura classico La forza necessaria per deformare il materiale non è applicata dal punzone esclusivamente sul fondo dell imbutito e da lì trasmessa attraverso la parete laterale: al contrario la pressione con cui la lamiera viene spinta contro la parete del punzone fa sì che la forza di imbutitura venga applicata in larga misura per attrito su questa superficie con una conseguente minor sollecitazione del materiale della lamiera. Inoltre la pressione del fluido sovra-impone uno stato tensionale idrostatico di compressione che favorisce la formabilità del materiale. un aumento di pressione è necessario sia per fare aderire la lamiera al punzone ed evitare errori di forma nel pezzo finito sia per gli effetti benefici sulla formabilità prima discussi, d altra parte un aumento eccessivo della pressione potrebbe bloccare il flusso radiale della lamiera. Si innescherebbero allora condizioni di stretching e si andrebbe verso la frattura duttile del materiale. hydromechanical deep drawing RUOLO ATTIVO DEL PREMILAMIERA Formed square cups using (A) steel, drawing ratio = 3.53 and (B) aluminum, drawing ratio =

3 aquadraw process scompare la valvola di controllo della pressione, non e prevista la presenza di una pompa e nemmeno la guarnizione ad anello che realizzava la tenuta. drawing with hydraulic counter pressure Flusso centripeto aiutati Forze di attrito annullato LDR pari a 3,6 su lamiere in lega di alluminio Idroformatura di bilamiera condizioni di stretching. Idroformatura di bilamiera con piatto intermedio. 3

4 Vantaggi Riduzione del 50% del costo complessivo degli stampi Riduzione costo connessi all installazione degli stampi sulla pressa e al loro perfetto posizionamento reciproco Svantaggi Elevato costo attrezzature addizionali Tempo di ciclo elevato Dstribuzione dello spessore piu uniforme e meno soggette a fenomeni di ritorno elastico e stati tensionali residui. A ciò si aggiunge che il rapporto limite di mbutitura cresce in misura rilevante rispetto allo stampaggio convenzionale Riduzione passaggi di imbutitura IDROFORMATURA DI TUBI Idroformatura a bassa pressione calibratura Idroformatura ad alta pressione espansione 4

5 Idroformatura ad alta pressione finestre di lavorabilità nell idroformatura di tubi 5

6 Il fluido sotto pressione ha pertanto una funzione di controllo e stabilizzazione del meccanismo di deformazione; esso inoltre svolge un azione di calibratura, permettendo di dare al tubo esattamente la forma della cavit`a degli stampi e raggiungendo raggi di curvatura anche piuttosto piccoli. I processi di idroformatura a bassa pressione hanno trovato una notevole vastita di applicazioni nell industria automobilistica, soprattutto relative a elementi del tubolari del telaio, della struttura di supporto del motore e del sistema di scarico. Questi processi offrono infatti notevoli vantaggi rispetto alla metodologia di produzione tradizionale che comprende processi di stampaggio e di saldatura: il ciclo produttivo richiede un minor numero di operazioni e i prodotti ottenuti sono Piu leggeri e posseggono una migliore resistenza e rigidezza strutturale. 6

7 PROCESSI DI FORMATURA INCREMENTALE Processi di spinning Spinning puro Lo spessore delle pareti del componente finito è uguale allo spessore del blank di partenza e non vi è riduzione dello spessore. L azione dell utensile determina di fatto una progressiva piegatura della lamiera, sino a far adagiare quest ultima sulla matrice 7

8 la traiettoria assegnata all utensile è tale da determinare una riduzione dello spessore della lamiera, mentre il diametro del componente finito rimane uguale a quello del blank iniziale. Shear spinning (fluotornitura) s 1 =s 0 sinβ semi-lavorato iniziale di forma cilindrica,è sottoposto all azione di rulli (in genere tre, disposti a 120 ), che ne riduconolo spessore e ne aumentano la lunghezza. I componenti cosi ottenuti sono caratterizzati da una elevatissima precisione dimensionale e un ottima finiturasuperficiale. Tube spinning Most symmetric sheet metal parts can be made by spinning: musical instruments kitchen utensils lamp accessories nose cones LIMITE: ASSIAL-SIMMETIRA 8

9 Processi incremental forming su fresatrici a controllo numerico Attrezzatura sperimentale Utensile Centro di lavoro verticale a controllo numerico Premilamie ra Supporto per la lamiera 9

10 ESEMPI Di componenti ottenuti mediante incremental forming SPIF: TPIF: with partial dies, TPIF: Mild Steel (t = 0,77 mm) Stainless Steel (t = 1,0 mm) Titanium (t = 1,5 mm) Incremental Forming FLD - Micari Material: : AA 1050-O σ=111 ε 0.14 Thickness: : 1mm Tool diameter: : 12mm φ D 0 10 mm H FLC incremental forming Major strain, ε max FLC for conventional forming cone Forming limits are higher; A straight line FLC Minor strain, ε min La deformazione plastica viene applicata in modo graduale ed incrementaele forze in gioco e il livello di sollecitazione sulla lamiera sono molto contenuti. Stato tensionale di compresstione sotto l utensile 10

11 Several shapes can be combined to develop a complete FLD 1. Cone 2. Hyperbola 3. Hemisphere 4. Pyramid 5. Flower In testing dome shapes failure occurs just before 380% strain. Example of a failure cicli di produzione per la realizzazione di prodotti di nicchia 11

12 chopper 1 CAD file 2 Tool path generation 3 Part made from carbon steel sheet metal Tank manufacture details Dieless forming : Create a drawing Manufactured part 12

13 INCREMENTAL FORMING VANTAGGI SVANTAGGI Elevata flessibilità del processo (forma finale dipende solo dal percorso utensile) Costi ridotti rispetto ai processi di formatura classica (non è presente alcuno stampo) Aumento della formabilità del materiale Minore accuratezza dimensionale Elevata durata del processo 5/28 13