Integrazione processo-prodotto per lo studio del comportamento termo-meccanico di uno stampo per pressocolata

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Stefano Mattei
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1 Integrazione processo-prodotto per lo studio del comportamento termo-meccanico di uno stampo per pressocolata TREVISAN, Lorenzo GRAMEGNA, Nicola EnginSoft S.p.A. Padova Italia XXXI Assofond, Vicenza, Ottobre 2012

2 Approccio classico Vs snello Definizione preliminare stampo Definizione preliminare stampo CAD to CAM Stampo prototipio Campionatur a prototipale Aggius- -taggio NO Esportazione matematiche Definizione modello termofluidodinamico Parametri di processo CAD to FVM NO verifica ciclo, regime, qualità getto L approccio classico alla progettazione delle attrezzature fusorie comporta la realizzazione dello stampo prototipo sulla base della definizione preliminare che Vincoli e condizioni di carico Definizione modello strutturale CAD to FEM FVM to FEM viene perfezionato per aggiustaggio. Nell ambito HPDC ciò comporta un grande dispendio di risorse in termini di energia, tempo e denaro. NO Deformazione e fatica CAD to CAM 2

3 Integrazione dei codici CAE Sono state definite delle linee guida per pervenire efficientemente a questo risultato; in sintesi ciò significa capire: - Fino a dove conviene estendere il dominio di calcolo? Definizione preliminare stampo Esportazione matematiche Definizione modello termofluidodinamico Parametri di processo CAD to FVM - Quale è l approssimazione nel considerare condizioni al contorno semplificate? NO verifica ciclo, regime, qualità getto - Come integrare i risultati dell analisi di processo in quella strutturale? Vincoli e condizioni di carico Definizione modello strutturale CAD to FEM FVM to FEM NO Deformazione e fatica CAD to CAM 3

Analisi di processo: importazione delle matematiche E stato

industriale per il quale è stato simulato il processo su un

attrezzature fusorie, nonché i parametri di processo, i tempi

4 Analisi di processo: importazione delle matematiche E stato quindi preso in esame un componente automobilistico di interesse industriale per il quale è stato simulato il processo su un modello completo fino al portastampi (per gentile concessione della DIECASTING SERVICE S.r.l.). Abbiamo dunque avuto a disposizione le matematiche di tutte le attrezzature fusorie, nonché i parametri di processo, i tempi ciclo e di cui è stata verificata la termoregolazione reale. Parametri di processo Tempi ciclo Termoregolazione OK 4

- L eliminazione della camera di iniezione - E l eliminazione dei circuiti di termoregolazione in

5 Analisi di processo: definizione del modello modello completo Dal modello completo è stato ricavato il modello semplificato mediante: - Sostituzione del portastampi con un volume isotermo - L eliminazione della camera di iniezione - E l eliminazione dei circuiti di termoregolazione in essi contenuti modello semplificato Il modello semplificato ha permesso di abbattere i tempi di calcolo 5

Analisi di processo: confronto qualitativo completo semplificato Dal confronto qualitativo dei risultati in termini di: - evoluzione termica

6 Analisi di processo: confronto qualitativo completo semplificato Dal confronto qualitativo dei risultati in termini di: - evoluzione termica delle superficie stampanti, - del riempimento e - della solidificazione non emergono differenze tra il modello completo e quello semplificato. 6

7 Analisi di processo: confronto quantitativo Portastampo fisso L analisi termica puntuale all interno - dei portastampi, semplificato - delle matrici e - della cavità Matrice fissa ha confermato che le conseguenze termiche dell approssimazione introdotta sono trascurabili. Rami di colata 7

8 Analisi di processo: analisi termica Lega = sorgente di calore che riscalda la massa stampo Il più significativo è la lubrifica 8

Analisi strutturale: modello FEM Dalle matematiche CAD

giochi iniziali tra le superficie. * Gioco iniziale: 0.

9 Analisi strutturale: modello FEM Dalle matematiche CAD viene definita una mesh opportunamente infittita verso le matrici. Su di essa vengono imposte le condizioni vincolari ed i giochi iniziali tra le superficie. * Gioco iniziale: 0.05 mm * Total Elements Total Nodes * Immagini su gentile concessione di SAPP S.p.A. 9

10 Analisi strutturale: condizioni di carico L analisi del processo ha permesso di definire il ciclo di produzione. Vengono quindi individuate in un ciclo le combinazioni di carico più gravose sia dal punto di vista meccanico che termico. Ciclo Combinazioni di carico VERIFICA A B C D E TEMPO 1 X 0 2 X X 1 3 X X X 7 4 X X X X 9 5 X X X X X 30 10

11 Analisi strutturale: importazione termica stampo MAGMAlink Immagini su gentile concessione di SAPP S.p.A. 11

12 Conclusioni - Fino a dove conviene estendere il dominio di calcolo? - processo = matrici: Per l analisi di processo basta estendere il dominio di calcolo entro le matrici - strutturale = dettagliato e completo: mentre per quella strutturale è necessario considerare tutta l attrezzatura fusoria. - Quale è l approssimazione nel considerare condizioni al contorno semplificate? - accettabile vicino alla figura: l errore che si commette nel considerare le condizioni al contorno semplificate è trascurabile - Come integrare i risultati dell analisi di processo in quella strutturale? per svolgere all analisi strutturale, prima è necessario eseguire quella del processo, - individuando le condizioni di carico più gravose e - importando la distribuzione termica delle matrici Vantaggi: Riduzione costi industrializzazione Ridotto lead time Accuratezza Sviluppo strategie ottimizzazione 12

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