Workshop sugli stampi Prodotti, innovazioni, tendenze. L ingegneria delle superfici per il settore della stampistica. Dott..

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1 Workshop sugli stampi Prodotti, innovazioni, tendenze. L ingegneria delle superfici per il settore della stampistica Dott.. Pietro Gimondo 1

2 Attività Tecnopolo/CSM Stampistica Progettazione (prototipi di stampi) Stampaggio Ingegneria (processo e prodotto) Forgiatura isotermica (processo, prodotto e utensili) 2

3 Attività Tecnopolo/CSM Progettazione di stampi Definizione delle caratteristiche costruttive Individuazione dei materiali Trattamenti termici Rivestimenti superficiali Stampistica Caratterizzazione funzionale Controllo e riduzione dei problemi di usura, corrosione, fatica termica, rugosità (attrito). 3

4 Attività Tecnopolo/CSM Ingegneria dello stampaggio Caratterizzazione di base Modellazione/simulazione (FEM) del processo Failure analisys Controllo di processo Controllo degli spessori Campi di deformazione Individuazione punti critici Ottimizzazione della geometria Scelta del materiale di stampaggio Regolazione dei parametri fondamentali Identificazione misure per controllo impianti Individuazione della tecnologia/processo di stampaggio più performante 4

5 Attività Tecnopolo/CSM Forgiatura isotermica Esempio di tecnologia fortemente innovativa sviluppata e messa a punto da CSM/Tecnopolo Tecnologia Deformazione del materiale mantenendolo a temperatura controllata sfruttando il fenomeno della superplasticità nelle condizioni di: 1) Stabilità microstrutturale durante la deformazione 2) Temperatura costante 3) Velocità di deformazione in un range specifico Ottimizzazione dei parametri di processo Miglioramento microstruttura del pezzo finito Miglioramento proprietà meccaniche Definizione materiali ottimali 5

6 Approccio del Tecnopolo alle problematiche industriali della PMI Diffusione dell innovazione e trasferimento tecnologico Ricerca applicata e sviluppo Problem Solving Caratterizzazione e Testing Chimica Tribologica Metallurgica Meccanica 6

7 Stampi Ingegneria delle superfici 1. Scelta dei materiali 2. Trattamento termico 3. Trattamento termochimico 4. Rivestimenti superficiali Grado di miglioramento 7

8 Stampi Caratteristiche richieste ai materiali resistenza all usura e alla corrosione elevata resistenza a compressione e tenacità lavorabilità all utensile stabilità dimensionale Inoltre per le materie plastiche è necessaria: capacità di dissipazione calore (conducibilità termica) elevatissima finitura superficiale resistenza abrasione Riduzione adesione 8

9 Stampi La soluzione tecnica deve tenere conto di: volumi di produzione severità delle operazioni di formatura materiale, spessore, finitura delle lamiere materiale plastico utilizzato (caricati, corrosivi ) durezza a specifica del materiale dello stampo geometria della superfici (incrementi( tasso usura fino a 20 volte) finitura superficiale dello stampo La resistenza all usura determina la vita utile dello stampo. 9

10 Ingegneria delle superfici al Tecnopolo/CSM 1. Valutazione del danneggiamento superficiale 2. Identificazione del fenomeno di superficie: tipo di usura, corrosione, conducibilità ecc. 3. Identificazione di una soluzione in termini di materiali, trattamento, rivestimento 4. Preparazione di simulacri 5. Definizione di prove di laboratorio per il testing del materiale simulando le condizioni di lavoro dell esercizio (secondo normativa es. ASTM o interna CSM) 6. Analisi dei risultati 7. Specifiche per il miglior impiego dei materiali, in termini di soluzioni s industriali 10

11 Tecniche di deposizione per rivestimenti spessi Deposizione termica Per combustione Arco elettrico Plasma Bassa velocità Alta velocità Arc Spraying In aria In camera Flame powder HVOF APS RPS Vuoto PTA Inerte (IPS) In acqua Alta/bassa pressione 11

12 PERCHE RIVESTIRE Minore usura adesiva e abrasiva prolungamento della vita utile riduzione degli interventi di manutenzione minori fermi di produzione possibilità di eseguire il rivestimento fino a 2 o 3 volte (recoating), recuperando la superficie usurata possibilità di utilizzare un materiale a costi inferiori quale substrato per lo stampo migliorata finitura superficiale del prodotto stampato Maggiore produttività Riduzione dei costi di gestione 12

13 Materiali per stampi a basso costo Legno Resina epossilica Lega di Zinco bassofondente Deposizione spray di Nichel 13

14 Tecniche di deposizione per rivestimenti sottili Deposizione di uno strato di materiale con caratteristiche di resistenza ad usura/corrosione Film sottili (fino a 10 µm) Tecniche di deposizione: PVD (Deposizione fisica da fase vapore) CVD (Deposizione chimica da fase vapore) 14

15 Vantaggi PVD: bassa temperatura di lavoro elevata finitura Tecniche di deposizione per rivestimenti sottili possibilità di eseguire molti tipi di riporto Vantaggi CVD: massima adesione rivestimento eseguibile, in alcuni casi, anche in fori profondi massima resistenza all usura abrasiva con film di diamante o DLC 15

16 Applicazione di rivestimenti su stampi: trance e camme per la produzione di ganci per chiusure di catene Esempi di rivestimenti PVD: stampi: TiN/MOST, TiNAlOx, CrN camma lineare: TiN/MOST, TiN/Movic maschio trancia: TiAlN, CrN stampi di cricchetto: TiNAlOx, CrN 16

17 Stampo MASCHIO 17

18 Stampo FEMMINA 18

19 Stampi del guscio rivestiti con MOST 19

20 Applicazione di rivestimenti per il miglioramento di guide cuneo in lega di Alluminio Esempi di rivestimenti su substrato in Alluminio e Ergal: Ergal + Ni Ergal + Anodizzato Al + Ni (Plasma Spray) Al + Anodizzato Ergal + Cu Ergal + NiCrBSi (HVOF) Ergal + Ni/Grafite (Plasma Spray) Ergal + Ni/Grafite + Molykote (Plasma Spray,impregnazione) 20

21 Applicazione di rivestimenti su utensili per stampaggio Punzone Bussola tranciatura Martello per macchina a fucinare 21

22 Applicazione di rivestimenti su stampi Stampo per applicazioni a caldo Inserto per stampaggio a caldo Stampo per imbutitura Stampo maschietto bocca bottiglia 22

23 Case study Squeeze casting di ghisa 1. Colaggio nello stampo inferiore 4. Apertura dello stampo 2. Chiusura dello stampo 3. Applicazione della pressione (squeezing) 5. Tempra 23

24 Case study Squeeze casting di ghisa: problematiche Temperatura di colaggio: ~1500 C Temperatura di estrazione: > 900 C Problematica principale reazione dello stampo col metallo fuso n di pezzi con uno stampo perché il processo sia economico:> Settore di applicazione: componentistica automobilistica (forcelle per sospensioni, ingranaggi) 24

25 Case study Squeeze casting di ghisa: obiettivo Rivestimento della parete dello stampo con un rivestimento antiaderenza permanente. 25

26 Case study VALUTAZIONE PROCESSO DI FORMATURA / ANALISI DI FATTIBILITA Geometria del particolare (cuffia motore) Formatura convenzionale: Particolare non realizzabile Idroformatura: Particolare realizzabile 26

27 Case study RILIEVO DELLE DEFORMAZIONI IN UNA ZONA CRITICA DI UNO STAMPATO 27

28 study: FORGIATURA ISOTERMICA DI PRECISIONE Case study Pressa servomeccanica (Computer asserved): 1) F max: 250Tons 2) Min Ram Speed: 0,1mm/min Definizione della geometria: 1) Forma di partenza 2) Progetto dello stampo Parametri di processo: 1) Temperatura 2) Velocità di deformazione 3) Microstruttura SUPERFORGE FEM model Output della simulazione: Geometria finale Forze di forgiatura Stati tensionali e deformativi Die-filling Materiali: AA AA2618