Ruolo dello stampaggio lamiera nel ciclo di sviluppo prodotto nell industria dell automobile

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1 Ruolo dello stampaggio lamiera nel ciclo di sviluppo prodotto nell industria dell automobile Engineering GEA S.r.l Via Pavia, Cascine Vica - Rivoli (Torino) 27/03/02 Diapositiva 1

2 Ciclo di sviluppo prodotto 27/03/02 Diapositiva 2

3 Specifiche prodotto (costo, prestazioni, valore) Disegno prodotto (elemento / sottogruppo / sistema) 27/03/02 Diapositiva 3

4 Ciclo prodotto generico Costo e impiego risorse tempo Concept: definizione primo disegno Progettazione: ingegnerizzazione e sviluppo prodotto Produzione: fabbricazione e collaudo 27/03/02 Diapositiva 4

5 Confronto con ciclo ridotto Costo e impiego risorse Concept Progettazione Produzione tempo La conseguenza diretta di una spesa maggiore nelle prime fasi del ciclo prodotto è l anticipazione delle fasi successive. La riduzione della spesa globale è espressa nel grafico dalla differenza fra l area in blu e l area in rosso. 27/03/02 Diapositiva 5

6 Da dove nasce, come si evolve e cosa produce il concept di prodotto Target setting integrato costi, contenuti, prestazioni V.O.C. (Voice Of Customer) Strumenti e metodologie di cost & value management Concept prodotto Survey innovazione su materiali e tecnologie Dimostratore: Costruzione prototipo Strumenti e metodologie di disegno e di calcolo 27/03/02 Diapositiva 6

7 Target setting integrato costi, contenuti, prestazioni Costi + Contenuti Il target di costo è il principale obiettivo da raggiungere e rappresenta l elemento di controllo delle fasi successive (dal disegno a CAD alla scelta delle tecnologie e dei materiali). Non può e non deve tuttavia essere considerato separatamente dagli altri elementi, per non rischiare di allontanarsi dalla realtà. Contenuti di prodotto intesi come valore aggiunto alla progettazione. + Prestazioni = Con questa voce si intendono i requisiti di peso, geometrici (tolleranze dimensionali, aspetto estetico) e meccanici (resistenza, rigidezza, vibrazioni,...), che il prodotto deve rispettare e che in questa fase devono già essere considerati a pieno titolo per una corretta impostazione dell attività di sviluppo. NOTA. Quando i tre elementi sono definiti separatamente l uno dall altro e/o in momenti diversi si può rischiare di definire un impostazione Definizione di una base per dell attività non corretta o non ottimale. Eventuali l impostazione dell attività modifiche dell impostazione in fasi successive può risultare difficile o impossibile, se non rinunciando a contenuti importanti, a riduzione di costi, o a prestazioni. 27/03/02 Diapositiva 7

8 Strumenti e metodologie di cost & value management Analisi costi le metodologie per i processi di Cost Estimation, che permettono la valutazione di tutte le componenti del costo pieno di prodotto, e per la gestione dell informazione di costo. + Value Engineering = Processo di gestione di valore e di costo la metodologia di supporto alla progettazione per l ottimizzazione del valore delle funzioni del prodotto, inteso come rapporto tra prestazioni e costo delle stesse. NOTA. Le due attività hanno la funzione di gestione e controllo degli obiettivi espressi nella fase precedente, di costo e di prestazione. Attività correlate riguardano il value setting (l individuazione del valore per il cliente del prodotto, attraverso anche ricerche di mercato) e il cost targeting (l integrazione del costo prestazioni come guida nella scelta del processo di definizione degli obiettivi). 27/03/02 Diapositiva 8

9 Survey innovazione su materiali e tecnologie Materiali + Tecnologie Oggi portare innovazione nell automobile non può prescindere dalla ricerca di nuovi materiali. Esiste una sempre più ampia gamma di lamiere con caratteristiche di grande interesse industriale (ad esempio con buon comportamento allo stampaggio e grande resistenza meccanica). Talvolta è non soltanto strategico ma anche necessario considerare processi produttivi non tradizionali, come l idroformatura, la saldatura laser, il tailored blank,... = Arricchimento idea con proposte innovative NOTA. I due filoni di ricerca (materiali e tecnologie di fabbricazione) sono strettamente legate fra loro. La decisione di proporre nuovi materiali è legata a specifiche sul prodotto (peso, resistenza,...) ma è inscindibile da considerazioni di processo. Dal punto di vista del produttore, la valutazione di costo legato alla scelta di un particolare materiale deve essere comprensiva della necessità di adattamento di attrezzature esistenti o di realizzazione di attrezzature adeguate. 27/03/02 Diapositiva 9

10 Strumenti e metodologie di disegno e di calcolo Disegno CAD + Verifica prestazionale + Simulazione processo = Sono qui considerati tutti i vincoli prestazionali e tecnologici che guidano il disegno geometrico. In particolare: devono essere verificati gli ingombri; devono essere considerati i vincoli strutturali e di processo (stampaggio ed assemblaggio). Il metodo di calcolo FEM o altri metodi di calcolo strutturale per la valutazione delle prestazioni della parte, in termini di rigidezza, resistenza, comportamento dinamico,... Se si tratta di stampaggio lamiera, si tratta di valutare in modo rapido e sufficientemente accurato i rischi di grinze e di rotture e di apportare eventualmente miglioramenti sia alla geometria della parte sia al processo di stampaggio. Definizione disegno nel rispetto delle specifiche 27/03/02 Diapositiva 10

11 Fase 1 TARGET SETTING Fase 2 IPOTESI MATERIALI Fase 3 MODELLAZIONE CAD Pianificazione sviluppo prodotto Fase 4 VERIFICHE STRUTTURALI Fase 5 ANALISI COST & VALUE Fase 6 PROVE DI STAMPAGGIO Fase 7 VALIDAZIONE SOLUZIONE 27/03/02 Diapositiva 11

12 Esempio: sviluppo traversa sacrificale = caratteristica richiesta per materiale traversa 27/03/02 Diapositiva 12

13 Esempio: sviluppo traversa sacrificale Criteri di alleggerimento : Componenti strutturali possono essere alleggeriti, con opportune scelte di materiali, in funzione di criteri di alleggerimento, come ad esempio: Rigidezza membranale E / ρ Resistenza a trazione e a compressione R p / ρ Resistenza a crash e a buckling R p / ρ dove : E = modulo elastico R p = tensione a rottura del materiale ρ = densità del materiale 27/03/02 Diapositiva 13

14 Esempio: sviluppo traversa sacrificale Verifica di resistenza: Urto tipo Allianz: Veicolo impattante a 16 km/h contro muro rigido con copertura del 40 %. Deformazione a 0.02 s (Energia assorbita 6.5 kj) Spostamento parete anteriore assorbitore: 90.3 mm 27/03/02 Diapositiva 14

15 Disegno Elemento / Sottogruppo / Sistema Progetto Stampi 27/03/02 Diapositiva 15

16 Capitolato Tecnico Stampi 1. Premessa generale 2. Norme di progettazione 3. Norme antinfortunistiche 4. Targhette e stampigliatura 5. Verniciatura 6. Supporti tecnici forniti 7. Tempistiche 8. Condizioni di fornitura 9. Allegati 27/03/02 Diapositiva 16

17 Capitolato Tecnico Stampi NORME DI PROGETTAZIONE 1. Stampi di imbutitura 2. Stampi di rifilatura e foratura 3. Stampi di assestamento e trafilatura 27/03/02 Diapositiva 17

18 Progettazione Stampi 27/03/02 Diapositiva 18

19 Progettazione Stampi 27/03/02 Diapositiva 19

20 FMEA di Processo :KDW FDQ )DLOXUH 0RGH DQG (IIHFWV $QDO\VLV GR IRU \RX" )0($ LV D V\VWHPL]HG JURXS RI DFWLYLWLHV LQWHQGHG WR 5HFRJQL]H DQG HYDOXDWH WKH SRWHQWLDO IDLOXUH PRGHV DQG FDXVHV DVVRFLDWHG ZLWK WKH GHVLJQLQJ DQG PDQXIDFWXULQJ RI D SURGXFW,GHQWLI\ DFWLRQV ZKLFK FRXOG HOLPLQDWH RU UHGXFH WKH FKDQFH RI WKH SRWHQWLDO IDLOXUH RFFXUULQJ 'RFXPHQW WKH DERYH SURFHVV 27/03/02 Diapositiva 20

21 Metodologie CAE di processo Simulazione stampaggio lamiera Una metodologia integrata basata essenzialmente su due approcci sperimentalmente validati e tra di loro assolutamente complementari: 1) Analisi inversa 2) Simulazione incrementale 27/03/02 Diapositiva 21

22 Metodologie CAE di processo Analisi preliminare di imbutibilità. Viene effettuata con codici di simulazione inversa (one-step) che danno risultati di prima approssimazione in tempi brevi 27/03/02 Diapositiva 22

23 Metodologie CAE di processo Simulazione di imbutitura. Viene effettuata con codici di simulazione incrementale (espliciti) che danno risultati accurati in tempi medio-lunghi. 27/03/02 Diapositiva 23

24 Metodologie CAE di processo Ottimizzazione dei parametri di processo e geometrica per determinare la migliore configurazione di stampaggio (direzione di imbutitura, bordini rompigrinza, forma del premilamiera, ecc.). 27/03/02 Diapositiva 24

25 Metodologie CAE innovative Analisi strutturale. Viene effettuata con codici strutturali lineari ed hanno lo scopo di verifica strutturale di stampi per processi di stampaggio lamiera; può essere integrata con la simulazione di processo per la determinazione delle distribuzioni dei carichi sulla struttura nelle condizioni di funzionamento nominale e/o di malfunzionamento. 27/03/02 Diapositiva 25

26 Metodologie CAE innovative Ottimizzazione strutturale. Vengono eseguite ottimizzazioni strutturali degli stampi, mediante strumenti software specifici che realizzano una funzione obiettivo (ad esempio massima rigidezza, minore sollecitazione e minore volume) tramite l ottimizzazione del layout di materiale disponibile. 27/03/02 Diapositiva 26

27 Metodologie innovative CAE - sviluppi - Simulazioni di imbutitura di maggiore qualità, attraverso l uso di modelli FEM con maggiore raffinamento e in minor tempo, così da rispondere tempestivamente alle esigenze dei settori produttivi. - Calcolo del ritorno elastico e previsione delle correzioni superfici. È una metodologia iterativa di previsione delle correzioni da apportare alle superfici degli stampi, per fare fronte ai difetti di forma dovuti al ritorno elastico dei componenti stampati. In un futuro potrebbe essere effettuato con tempi e accuratezza accettabili per applicazioni di interesse industriale. - Simulazione dell intero ciclo di stampaggio. Attualmente la simulazione si limita ad individuare le criticità collegate alle operazioni di imbutitura; la simulazione delle operazioni successive è possibile ma con tempi che rendono raramente conveniente l analisi. Una maggiore potenza di calcolo consentirebbe da una parte di abbattere il tempo richiesto per l analisi, dall altra di avere risultati più accurati così da minimizzare l errore del risultato di ciascuno step, punto di partenza per lo step successivo. 27/03/02 Diapositiva 27

28 Alcuni siti internet di interesse nel campo dello stampaggio lamiera per l automobile (http://www.lamiera.it/) /03/02 Diapositiva 28

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