La corretta impostazione della simulazione per la previsione dei difetti. Andrea Panvini PiQ 2 s.r.l. Brescia, ITALY

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1 La corretta impostazione della simulazione per la previsione dei difetti Andrea Panvini PiQ 2 s.r.l. Brescia, ITALY a.panvini@piq2.com

2 FILOSOFIA DA FONDERIA Uno stampo in produzione produce il 10% di scarto: 1 pezzo su 10 presenta un difetto che lo rende non conforme. Effettuo un controllo RX al 100% dei pezzi prodotti

3 FILOSOFIA DA FONDERIA Uno stampo in produzione produce il 10% di scarto: 1 pezzo su 10 presenta un difetto che lo rende non conforme. Effettuo un controllo RX al 100% dei pezzi prodotti

4 FILOSOFIA DA FONDERIA Uno stampo in produzione produce il 10% di scarto: 1 pezzo su 10 presenta un difetto che lo rende non conforme. Effettuo un controllo RX al 100% dei pezzi prodotti

5 FILOSOFIA DA FONDERIA Uno stampo in produzione produce il 10% di scarto: 1 pezzo su 10 presenta un difetto che lo rende non conforme. Effettuo un controllo RX al 100% dei pezzi prodotti

6 FILOSOFIA DA FONDERIA Effettuo una simulazione utilizzando i reali parametri di produzione: temperature, curve iniezione

7 FILOSOFIA DA FONDERIA

8 FILOSOFIA DA FONDERIA DOMANDA: La simulazione è corretta?

9 FILOSOFIA DA FONDERIA DOMANDA: La simulazione è corretta?

10 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione.

11 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione.

12 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione.

13 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione.

14 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione.

15 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione.

16 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione.

17 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione.

18 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione.

19 FILOSOFIA DA FONDERIA Lancio la stessa simulazione altre 9 volte con gli stessi parametri: altre 9 volte la simulazione mi farà vedere il difetto nello stesso identico punto e dimensione. 100% Se dovessi stare a quanto mi dice la simulazione, avrei il 100% di pezzi difettosi. Ma nella realtà della fonderia solo 1 getto su 10 ha il difetto: gli altri 9 non lo hanno. RIFACCIO LA DOMANDA: La simulazione è corretta?

20 E ragionevole quindi dire che la simulazione: E in grado di approssimare il processo purché venga impostata correttamente Può dare indicazioni di quanto un processo possa essere critico Può dare indicazioni di una tendenza alla formazione di difetti Può dare indicazioni su quali siano le cause di un difetto Permettere di capire se eventuali modifiche possano ridurre/aumentare o spostare il difetto.

21 COME SI IMPOSTA CORRETTAMENTE UNA SIMULAZIONE? Prima di tutto: che tipo di simulazione sto facendo? Simulazione preventiva: sto progettando uno stampo e voglio capire come disegnarlo. Non conosco ancora i reali parametri operativi, quindi per impostare la simulazione ci si deve basare sul calcolo (CastleMind), sul buon senso e sull esperienza derivante da casi analoghi. Frequentemente devo comparare diverse soluzioni

22 COME SI IMPOSTA CORRETTAMENTE UNA SIMULAZIONE? Simulazione consuntiva: ho uno stampo in produzione che da problemi e voglio capire come risolverli. Devo essere in grado di recuperare dalla fonderia i parametri di processo (curve di iniezione, termografie ), elaborarli e capire come utilizzarli.? E inutile simulare un processo che non è sotto controllo a meno che non si sia disposti a simulare le condizioni fuori controllo.

23 POROSITA Le porosità riscontrabili nei getti pressocolati sono fondamentalmente riconducibili a 2 tipologie. DA RITIRO DA GAS E quindi le si deve cercare nei risultati della simulazione in maniera differente

24 POROSITÀ DA GAS: Sono causate generalmente dall inglobamento di aria o altri gas durante la fase di riempimento dello stampo. Il gas intrappolato viene compresso e forma piccole bolle che vengono congelate durante la solidificazione. Le porosità da gas hanno quasi sempre una forma tondeggiante con pareti lisce. L aspetto delle pareti può essere lucente o scuro, a seconda dell origine del gas. La porosità da gas generalmente è dispersa, ma tendenzialmente localizzata in zone particolari del getto.

25 POROSITÀ DA GAS: Quando il problema è la porosità da gas, la prima azione è quella di individuarne la causa. ARIA INTRAPPOLATA: è sicuramente la sorgente predominante di porosità ed è legata al flusso turbolento sviluppato durante il riempimento dello stampo. PARAMETRI MACCHINA PER LA SIMULAZIONE Attenzione al profilo di iniezione! Prestare attenzione sia alla velocità di prima che di seconda fase Calcolare ed impostare correttamente il punto di commutazione tra 1^ e 2^ fase Analizzare cosa succede nel contenitore Cercare di capire da dove arriva l aria Valutare l influenza della velocità

26 POROSITÀ DA GAS: Il contenitore è la sorgente principale di aria

27 POROSITÀ DA GAS: Il contenitore è la sorgente principale di aria

28 POROSITÀ DA GAS: Il contenitore è la sorgente principale di aria Intervenire sui parametri di iniezione in prima fase

29 POROSITÀ DA GAS: Determinare la posizione dell aria e verificare il funzionamento corretto di pozzetti e sfoghi d aria. Abbassare gradualmente la soglia per capire le zone a maggior quantità di aria inglobata

30 POROSITÀ DA GAS: Determinare la posizione dell aria e verificare il funzionamento corretto di pozzetti e sfoghi d aria. Abbassare gradualmente la soglia per capire le zone a maggior quantità di aria inglobata

31 BLISTERS Sono dovuti all espansione dei gas compressi nel getto durante la colata. Si manifestano quando il getto è riscaldato ad una temperatura per cui i gas tendono ad espandersi e contemporaneamente le caratteristiche meccaniche del metallo sono basse in quanto il getto è ancora caldo. Cosa c è sotto un blister? Porosità immediatamente sotto la superficie.

32 BLISTERS

33 BLISTERS Visualizzazione dell aria prossima alla superficie: scala ristretta 0,99-1

34 BLISTERS Visualizzazione dell aria prossima alla superficie: scala ristretta 0,99-1

35 BLISTERS Visualizzazione dell aria prossima alla superficie: scala ristretta 0,99-1

36 BLISTERS Visualizzazione dell aria prossima alla superficie: scala ristretta 0,99-1

37 BLISTERS Con una discreta dose di fortuna

38 BLISTERS Con una discreta dose di fortuna BLISTERS

39 ATTENZIONE! LUBRIFICANTE: Porosità generalmente con superficie scura, maleodorante al taglio. Eccessiva lubrificazione dello stampo Eccessiva lubrificazione del pistone Prodotti smetallizzanti Gli idrocarburi presenti nei lubrificanti, a contatto con il metallo fuso degradano, vaporizzano e bruciano formando grosse quantità di gas. Agli RX vengono visti come porosità, ma non lo sono in senso stretto!

40 ATTENZIONE! Un aspetto secondario dell eccessiva lubrificazione dello stampo è lo sviluppo di vapore acqueo causato da una non completa asciugatura delle matrici. Porosità da vapore hanno solitamente aspetto brillante e tondeggiante. VAPORE Effettuare asciugatura con aria compressa Ridurre la lubrificazione sulle aree fredde delle matrici Prevedere canalini di drenaggio dell acqua in eccesso (su carrelli) Perdite del circuito di raffreddamento: solitamente porosità localizzate Agli RX vengono visti come porosità, ma non lo sono in senso stretto!

41 POROSITÀ DA RITIRO: Solidificazione ritiro dimensionale Causato dal passaggio da liquido a solido In pressocolata si forma per primo un guscio esterno solido all interno si localizza il ritiro e si formano delle cavità. La forma delle cavità è spesso allungata e di grosse dimensioni. Il bordo della porosità è frastagliato e si possono notare chiaramente le dendriti che affiorano. Frequentemente la superficie è brillante e non ossidata.

42 POROSITÀ DA RITIRO: LIQUID FRACTION : consente di visualizzare la percentuale di frazione liquida presente nello stampo durante i vari step di solidificazione. Portarsi alla fine della solidificazione e procedere a ritroso per individuare progressivamente le aree del getto che solidificano per ultime e che quindi saranno maggiormente soggette alla formazione di porosità da ritiro.

43 POROSITÀ MISTE: È da tener presente che porosità da gas e da ritiro quasi sempre sono presenti contemporaneamente e le une tendono a sferoidizzare le altre. Ritiro puro Gas puro Mista Mista

44 POROSITÀ MISTE: Aria residua+solidificazione Permette di identificare le zone critiche dove i due tipi di porosità sono concomitanti

45 Aria residua+solidificazione POROSITÀ MISTE:

46 Aria residua+solidificazione POROSITÀ MISTE:

47 GIUNZIONI FREDDE Sono, insieme alle porosità di vario tipo, i difetti più diffusi in fonderia, anche perché immediatamente riconoscibili ed individuabili. Questi difetti sono solitamente correlabili ad un flusso di metallo non regolare e freddo: L entità può variare da cattiva finitura superficiale a getto incompleto

48 GIUNZIONI FREDDE Il metallo perde calore ed inizia a solidificare anche durante la fase di riempimento. Si forma sul fronte di avanzamento uno strato di ossido che impedisce la ricongiunzione con un altro fronte. ultime parti riempite parti più fredde

49 GIUNZIONI FREDDE Visualizzazione in temperatura: importante la scala utilizzata Full range

50 GIUNZIONI FREDDE Visualizzazione in temperatura: importante la scala utilizzata Ristretta

51 GIUNZIONI FREDDE Visualizzazione in temperatura: importante la scala utilizzata Solidus-Liquidus

52 GIUNZIONI FREDDE Visualizzazione in temperatura: cut-off Liquidus

53 GIUNZIONI FREDDE Visualizzazione in temperatura: cut-off Solidus

54 GIUNZIONI FREDDE Visualizzazione in temperatura: cut-off medio

55 GIUNZIONI FREDDE-OSSIDI Molto frequentemente nelle zone dove si trovano giunzioni fredde è possibile che si vada a collassare il fronte ossidato.

56 GIUNZIONI FREDDE-ARIA Non è detto che dove c è giunzione fredda si trovi aria.

57 METALLIZZAZIONE DELLO STAMPO Causata dall elevata velocità e temperatura del flusso di metallo. Bisogna porsi in un istante compreso tra l inizio riempimento e il momento in cui iniziano a riempirsi gli attacchi di colata

58 METALLIZZAZIONE DELLO STAMPO Attenzione alla scala: max a 50m/s

59 METALLIZZAZIONE DELLO STAMPO Attenzione alla scala: max a 50m/s

60 METALLIZZAZIONE DELLO STAMPO Attenzione alla scala: min 40 m/s max a 70m/s

61 METALLIZZAZIONE DELLO STAMPO Attenzione alla scala: min 40 m/s max a 70m/s

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