Corso di Studi di Fabbricazione

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1 Corso di Studi di Fabbricazione 3d Richiami dei processi tecnologici di trasformazione SHEET INCREMENTAL FORMING 1 Stato dell arte Introdotto agli inizi degli anni novanta con l obiettivo di sviluppare un alternativa tecnologica altamente flessibile che consentisse la produzione di particolari dalla forma complessa eliminando la presenza di uno stampo dedicato. IDEA DI BASE: L idea è quella di ottenere la forma desiderata attraverso il movimento progressivo di un utensile deformatore. 2

2 Stato dell arte Flexible Stretch Forming Machine (IFUM) Sheet Dieless Forming (AMINO) 3 Stato dell arte 4

3 Esempi di prodotti ottenuti 5 Meccanica della deformazione Ridotta zona di contatto che varia col procedere della lavorazione Deformazione di puro stretching e/o flessione Deformazione localizzata 6

4 Meccanica della deformazione Alti valori di deformazioni possono essere raggiunti prima che la lamiera si rompa. Nel caso di prove che riproducono la geometria tipica del Dome test è stato osservato che la frattura corrisponde a valori di deformazione proporzionali al 400% 7 Stato dell arte - FLC 8

5 Process set-up Il limite di formabilità è strettamente influenzato dalla scelta dei parametri operativi, in particolare Angolo di discesa della parete: L0 t = t0 sen a L a La riduzione dello spessore è direttamente proporzionale al seno dell angolo di conicità 9 Process set-up Il limite di formabilità è strettamente influenzato dalla scelta dei parametri operativi, in particolare Depth step: p=1mm p p=0.5mm All aumentare del passo di discesa ad ogni spira aumentano le sollecitazioni a sui risulta sottoposta ogni singola porzione di materiale e, allo stesso tempo peggiora la qualità superficiale finale. 10

6 Process set-up Il limite di formabilità è strettamente influenzato dalla scelta dei parametri operativi, in particolare Diametro del punzone: All aumentare di tale parametro il processo perde le peculiarità di meccanismo di deformazione incrementale tendendo verso lo stampaggio tradizionale. 11 Process set-up Il limite di formabilità è strettamente influenzato dalla scelta dei parametri operativi, in particolare Velocità di rotazione del punzone: Un effetto positivo dipende dalla velocità di rotazione del punzone a causa dell aumento del riscaldamento localizzato per attrito. S 12

7 Materiali L IF è applicabile su qualsiasi materiale di valenza industriale, consentendo la realizzazione di geometrie complesse. 13 Rapid Prototyping 14

8 Rapid Forming of an Automotive Light reflector surface 15 Rapid Forming of an Automotive Heat Shield CAD File Inside Part 16

9 Pezzo studiato 17 18

10 Cu DHP 1 mm Prima prova Sfere metalliche Ricottura 19 Preformatura AISI

11 Schema del dispositivo La tecnica di formatura adottata prevede l impiego di 3 elementi fondamentali: uno stampo rigido, che riproduce la geometria del pezzo finito; un utensile formatore; un premilamiera, che sorregge il foglio di lamiera e lo vincola alla matrice. 21 Scelta della geometria dello stampo Figura semplice e simmetrica con presenza di raggi di raccordo Sono state eseguite varie tasche a profondità diversa da 9 mm fino a 25 mm che presentano sul fondo un quadrato di lato pari a 40 mm e raggi di raccordo di 20 mm 22

12 Il punzone Il punzone presenta un gambo cilindrico con una testa sferica alla sommità. Sono stati creati diversi punzoni con diametri diversi (20, 30, 40 e 50 mm) per testare l influenza della geometria sul prodotto finito. 23 Composizione del percorso utensile Sono stati definiti quattro percorsi utensile: Un primo percorso che esercita una pressione nel centro dello stampo seguito da una sequenza di spirali che appoggia il materiale sul fondo; I successivi 3 percorsi utensile presentano la stessa composizione, costituita da una serie di spirali quadrate di varie dimensioni (2x2, 4x4 e 8x8 mm) nella fase di discesa e un allargamento sul fondo come nel percorso precedente. 24

13 Prove preliminari di formatura su rame Cu DHP Obiettivo: approfondire il comportamento dei materiali metallici e individuare i principali parametri di processo Ricalcature fedeli dello stampo con rame Cu DHP 25 Prove preliminari di formatura su acciaio AISI 304 da 0.5 mm Prova lungo un bordo inclinato di 45 per valutare il fenomeno del ritorno elastico Non perfetta ricalcatura dello spigolo superiore Recupero della deformazione impressa 26

14 Programmazione degli esperimenti Variabili d indagine: velocità di lavorazione: 200 e 400 mm/min; distanza di passata: 0.1, 0.25, 0.5 e 0.75 mm; 4 percorsi utensile. I principali risultati ottenuti su lamiera in acciaio AISI 304 sono: il cambio di velocità tra i 200 mm/min e i 400 mm/min non ha evidenziato influenze sul prodotto finito in termini di rugosità ed estetica; rugosità teorica R a costante nelle prove con un valore medio di 0.33 mm; minimo spessore delle lamiere raggiunto sul fondo del provino: 0.25 mm. 27 Risultati: spessore Direction B Direction A Grafici ottenuti per diversi valori dei parametri di lavoro e del tipo di percorso seguito. 28

15 Risultati: rugosità Grafici ottenuti per diversi valori dei parametri di lavoro e del tipo di percorso seguito. 29 Valutazione ritorno elastico Rilevazione del fenomeno grazie alla macchina di misurazione a coordinate Il materiale viene deformato plasticamente senza un minimo recupero elastico. Lo stesso non può dirsi per le operazioni di piegatura. Il ritorno elastico sarà da valutare e prevedere in maniera adeguata. 30

16 Simulazioni con software Deform 3D 31 Simulazioni 3D 32

17 Gestione del movimento tramite immissione ed interpretazione diretta del part program scritto per la macchina CNC

18 Richiamo del materiale Simmetria del modello 35 Progettazione della macchina di formatura Telaio costituito da profili ad L di acciaio Fe510 Regolazione puntuale del serraggio tramite grani filettati Sistema di movimentazione costituito da vite filettata e 3 alberi rettificati con i corrispondenti manicotti 36

19 Possibili impieghi 37 Possibili impieghi 38

20 Possibili impieghi 39 Possibili impieghi 40

21 Possibili impieghi 41 Possibili impieghi 42

22 Sviluppi futuri sviluppo della macchina di formatura; sviluppo di un modello FEM tridimensionale completo (Deform 3D e Pam Stamp 2G) e confronto con i dati sperimentali; studio approfondito dei parametri di processo non ancora analizzati (lubrificazione ed attrito); nuovi materiali; analisi delle deformazioni e valutazione del limite di formabilità; ottimizzazione dei movimenti per il richiamo del materiale. 43 Esempio di movimento per richiamo del materiale 44