I PROGETTI DI TRASFERIMENTO TECNOLOGICO ANALISI FLUIDODINAMICA PROCESSI DI RAFFREDDAMENTO NELLA PROGETTAZIONE DEGLI STAMPI PER TECNOLOGIE HOT-FORMING

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1 I PROGETTI DI TRASFERIMENTO TECNOLOGICO ANALISI FLUIDODINAMICA PROCESSI DI DEGLI STAMPI PER TECNOLOGIE HOT-FORMING 12 febbraio 2016

2 Obiettivi generali e specifici Obiettivi Realizzare un modello numerico per lo studio del processo di softzone, ovvero la possibilità di realizzare componenti con diverse caratteristiche meccaniche ottenute raffreddando e/o riscaldando in maniera differente parti dei tool di stampaggio PARTNER Consulenza attivata con Università Politecnica delle Marche, Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche BUDGET

3 Fasi dell attività Studio teorico del processo di stampaggio e definizione delle fasi di stampaggio Definizione delle fasi di riscaldamento e trasferimento Definizione della fase di convenzione termica, conduzione termica e irraggiamento dell ambiente Creazione dei canali di raffreddamento/riscaldamento Studio della geometria, generazione della mesh e completamento dei modelli FEM Simulazione delle fasi di stampaggio Simulazione delle fasi di tempra Simulazione delle fasi di raffreddamento in aria

4 Attività realizzate Studio teorico del processo di stampaggio e definizione delle fasi di stampaggio: il processo di stampaggio è stato suddiviso in 5 fasi e per ognuna è stato analizzato il processo di variazione metallografico del materiale Definizione delle fasi di riscaldamento e trasferimento La corretta determinazione dei parametri di scambio termico permette di: calcolare la distribuzione di temperatura all interno della lamiera durante l esecuzione del calcolo, associare al materiale opportuni parametri meccanici

5 Attività realizzate Definizione della fase di convenzione termica, conduzione termica e irraggiamento dell ambiente: Durante la fase di stampaggio la lamiera trasferisce calore per: convezione, irraggiamento con l ambiente circostante, con la strumentazione metallica conduzione dovuta al contatto con lo stampo, la matrice ed il premilamiera (al variare della temperatura, oltre al coefficiente di scambio termico conduttivo, cambia anche il coefficiente di attrito tra le superfici di contatto). Ricerca in letteratura della caratterizzazione della lamiera usata ed adattamento ai parametri di processo definiti.

6 Attività realizzate Creazione dei canali di raffreddamento/riscaldamento È stata analizzata la geometria del componente ed è stata eseguita una modellazione FEM dei tool (matrice, punzone e premilamiera). Nei tool sono stati ottimizzati i canali interni (per la successiva operazione di mesh)necessari per il raffreddamento e per il riscaldamento della parte calda.

7 Attività realizzate Studio della geometria, generazione della mesh e completamento dei modelli FEM: Partendo da una condizione iniziale di tool e lamiera a temperatura ambiente, sono stati realizzati e sviluppati i modelli necessari per arrivare ad analizzare una situazione di regime Simulazione delle fasi di stampaggio: Il processo di stampaggio è stato simulato controllando lo spostamento della matrice e dei premilamiera.

8 Attività realizzate Simulazione delle fasi di tempra: Successivamente alla fase di stampaggio viene realizzato un modello della fase di tempra (la lamiera viene mantenuta chiusa all interno dello stampo per un tempo di 14 secondi). È stata ottenuta la mappatura della temperatura alla fine dello stampaggio, della temperatura a inizio e fine tempra.

9 Attività realizzate Simulazione delle fasi di raffreddamento in aria: La lamiera a fine stampaggio è stata fatta raffreddare in aria per un tempo di 1800 s. I valori iniziali della temperatura in ogni nodo sono quelli di fine tempra e lo scambio termico avviene per irraggiamento e per convezione. Sono analizzati gli andamenti della temperatura in 3 diversi nodi della lamiera situati nella zona di transizione tra zona calda e zona fredda.

10 Principali risultati e ricadute Nei tool (matrice, punzone e premilamiera) sono stati realizzati dei canali interni necessari per il raffreddamento e per il riscaldamento della parte calda Partendo da una condizione iniziale di tool e lamiera a temperatura ambiente, sono stati realizzati e sviluppati modelli necessari per arrivare ad analizzare una situazione di regime È stata individuata la mappa della temperatura alla fine dello stampaggio e quella di inizio e fine tempra Realizzazione di un modello per la progettazione del sistema di raffreddamento dello stampo, analizzando il flusso dinamico del fluido circolante all interno delle cave progettate

11 Principali risultati e ricadute L attività di trasferimento tecnologico è stata utile ai fini dello sviluppo di uno stampo in fase di inserimento presso lo stabilimento del cliente.

12 Principali risultati e ricadute Analisi metallografica sul pezzo reale Hard Zone struttura martensitica

13 Principali risultati e ricadute Analisi metallografica sul pezzo reale Soft Zone struttura bainitica