POLITECNICO DI MILANO

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1 POLITECNICO DI MILANO Facoltà di Ingegneria Industriale Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Realizzazione di un riflettore tramite un processo di stampaggio e di idroformatura Relatore: prof. Matteo Strano Tesi di laurea di: Alessandro Donghi Matr: Anno accademico 2011/2012

2 INDICE INDICE: Capitolo 1. INTRODUZIONE... 1 Capitolo 2. IL PRODOTTO E IL PROCESSO Il processo di realizzazione del riflettore I materiali Descrizione del riflettore oggetto di studio... 8 Capitolo 3. CONFRONTO TRA IDROFORMATURA E IMBUTITURA Idroformatura della lamiera Hydromechanical drawing Flexforming a punzone fluido Imbutitura della lamiera Vantaggi e svantaggi dell idroformatura rispetto allo stampaggio Capitolo 4. CONFRONTO TRA IMBUTITURA E IDROFORMATURA: caso di studio Lo stampo prototipale Idroformatura La macchina Anello di tenuta Processo Imbutitura La macchina Processo... 41

3 INDICE Capitolo 5. PROBLEMATICHE GENERALI Problematiche in idroformatura Problema relativo allo scorrimento della lamiera: Matrice con raggi di raccordo troppo piccoli Rotture per spessori troppo sottili Problematiche nello stampaggio Formazione di grinze sulle fiancate del riflettore Formazione di bolle sulla superficie del riflettore Capitolo 6. LE PROVE Processo di idroformatura Lamiera Prova HF Prova HF Prova HF Prova HF Prova HF Prova HF Grafico di Hydroforming Prova HF 7 (miglioramento estetico) Andamento della pressione nel tempo Processo di imbutitura Lamiera Prova DD

4 INDICE Prova DD Prova DD Le differenze Differenze dimensionali tra il riflettore idroformato e imbutito Differenze spessore tra il riflettore idroformato e imbutito Differenze di rugosità tra il riflettore idroformato e imbutito Capitolo 7. CONCLUSIONE Capitolo 8. BIBLIOGRAFIA APPENDICE APPENDICE

5 Desidero ringraziare il prof. Matteo Strano, relatore di questa tesi, per la grande disponibilità e cortesia dimostratemi e per l aiuto fornito durante la stesura. Ringrazio i miei genitori che con il loro sostegno morale ed economico, mi hanno permesso di raggiungere questo traguardo. Desidero inoltre ringraziare le aziende Almeco Spa, in particolare Dott. Daniele Repossi e tutti i ragazzi del reparto attrezzeria con cui ho lavorato durante il periodo di stage e la D.A.L.F. srl, in particolare Luigi che mi ha affiancato con tanta pazienza durante le operazioni di idroformatura. Un ultimo ringraziamento anche a Marco e a Raffaella per avermi aiutato durante la stesura della tesi.

6 Capitolo 1 INTRODUZIONE 1 Capitolo 1. INTRODUZIONE L attività di tirocinio è stata svolta presso due aziende che operano nel settore metalmeccanico: Almeco S.p.a. Dalf s.r.l. Almeco S.p.a., fondata nel 1960, lega la propria attività e la propria storia alla lavorazione dell alluminio. Tale specializzazione ha portato il Gruppo ad essere uno dei principali produttori al mondo di componenti semilavorati per l industria illuminotecnica e dell energia solare. Oltre all illuminazione, settore storico di appartenenza, Almeco opera nel campo delle energie rinnovabili, con la produzione e la fornitura di superfici metalliche selettive per la realizzazione di impianti e di pannelli solari. A partire dal 2005, inoltre, offre al mercato del settore decorativo laminati realizzati in alluminio anodizzato. Almeco concentra l attività produttiva del Gruppo in 5 stabilimenti nel mondo: Almeco Spa Milano Italia Almeco Gmbh Bernburg Germania Almeco-TiNOX Gmbh Monaco Germania Almeco S.A.S. Goncelin Francia Almeco USA Inc. Atlanta Usa Nello stabilimento di Milano vengono progettati e realizzati, in due distinti complessi, ottiche riflettenti per l illuminazione e la produzione di alluminio anodizzato. L attività di tirocinio è stata svolta nel reparto Attrezzeria, del suddetto stabilimento, dove vengono creati i prototipi e gli stampi necessari alla realizzazione di nuovi riflettori ordinati su commissione.

7 Capitolo 1 INTRODUZIONE 2 Il reparto Attrezzeria è composto da un ufficio di progettazione e da un area industriale. Nell ufficio di progettazione vengono rielaborati i disegni dei futuri campioni e creati i codici di programmazione delle macchine CNC grazie all ausilio di Hypermill, un software CAD/CAM. Nell area industriale, invece, sono presenti tre fresatrici CNC a 3 assi, tre fresatrici manuali, una macchina di elettroerosione a tuffo, una rettifica, un tornio meccanico manuale e una pressa idrodinamica necessari per la creazione degli stampi e per effettuare le prove di campionatura dei nuovi prodotti. La Dalf s.r.l., fondata nel 1982, è un azienda metalmeccanica specializzata nella tornitura e stampaggio a freddo dei metalli con produzione conto terzi. Opera in diversi settori quali: Articoli da regalo Alimentari Illuminazione Oggettistica Arredamento per interni ed esterni Componenti per caldaie Quest azienda possiede una pressa idroformatrice con la quale ho potuto effettuare le prove necessarie a sostenere le argomentazioni trattate in questa tesi.

8 Capitolo 2 IL PRODOTTO E IL PROCESSO 3 Capitolo 2. IL PRODOTTO E IL PROCESSO 2.1 Il processo di realizzazione del riflettore Almeco realizza, per un mercato internazionale, ottiche e componenti in alluminio per illuminazione stradale, industriale, arredo urbano e illuminazione di interni. Con il software di lavoro IRP (Integrated Reflector Program) i laboratori Almeco sono in grado di progettare ottiche riflettenti di qualsiasi natura. Il programma IRP prevede due fasi importanti: lo studio di fattibilità economica, organizzativa e tecnica del progetto. Partendo dal tipo di materiale e dalla geometrica del riflettore si fa una stima indicativa del costo d investimento, del tempo necessario per realizzarlo e della qualità di riflessione necessaria in base al suo utilizzo futuro. sviluppo di un modello virtuale attraverso programmi CAD come OptisWork come mostrato in Figura 2.1 e Figura 2.2.

9 Capitolo 2 IL PRODOTTO E IL PROCESSO 4 Figura 2.1 Immagine raffigurante il modello virtuale di un riflettore [1] Figura 2.2 Studio di riflessione di un riflettore attraverso il software OptisWork [1]

10 Capitolo 2 IL PRODOTTO E IL PROCESSO 5 Successivamente, utilizzando un software di simulazione e di modellazione grafica, viene analizzato il comportamento fotometrico del riflettore, progettato con un elevato grado di affidabilità e rispondenza alla realtà. Si passa quindi alla realizzazione del prototipo in alluminio, identico per proprietà a quelli che saranno in futuro realizzati in serie attraverso l utilizzo di particolari stampi in resina, meno costosi e di più facile modifica rispetto a quelli in acciaio temprato. Il prototipo, inoltre, consentirà tutte le verifiche fotometriche, termiche, strutturali e di ingombro prima della realizzazione definitiva delle attrezzature, riducendo conseguentemente i rischi economici e ottimizzando i costi d investimento. I prototipi e le attrezzature vengono realizzate in uno specifico reparto, l Attrezzeria. Una volta approvato il prototipo, ha quindi avvio il processo di industrializzazione del prodotto che consiste in una imbutitura tramite presse idrauliche e l ausilio dalla tornitura in lastra del laminato metallico per la realizzazione dei pezzi preimbutiti.