SIMULAZIONE DELLA COLATA DEI METALLI FERROSI: CONCATENAZIONE VIRTUALE FONDERIA-CALCOLO STRUTTURALE

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1 Via Zocco, Adro (BS) Italy Phone: Fax: SIMULAZIONE DELLA COLATA DEI METALLI FERROSI: CONCATENAZIONE VIRTUALE FONDERIA-CALCOLO STRUTTURALE

2 Streparava Footprint Chassis Systems Axles and Suspensions Testing Centre Powertrain & Driveline Systems Powertrain components 2

3 Streparava Technology & Know-How Research & Development Center Testing Center & Prototypes Process Engineering Manufacturing Capabilities Quality System New Technologies & Materials Road Simulator test bench Industrial layout studies Lean Manufacturing UNI ISO/TS 16949: 2009 Research Vehicle application engineering support New Products Design Mono-bi and tri-axial test benches On-vehicle field data acquisition Prototypes manufacturing Value Engineering Process Design Automation Design Machine tools Robots & Automation Machining Heat treatments Surface treatments UNI EN ISO 9001: 2008 UNI EN ISO 14001: 2004 Metrology lab Customer Technical Support Industrialization Assembly Painting Metallurgical lab Painting lab EOL test World Class Manufacturing (WCM)* * In progress 3

4 CASE STUDY SOSPENSIONE INDIPENDENTE NUOVO APPROCCIO PER IL PROGETTISTA DAL CONCEPT ATTRAVERSO IL PROGETTO Simulazioni di colata e stampaggio integrate nella fase di sviluppo CAD e CAE Maggiore qualità Minori Costi Design ottimizzato Riduzione time-to-market AL PRODOTTO FINALE 4

5 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO Dati generali e schema veicolo Calcolo elastocinematico (MSC Adams/Car) Modellazione 3D e FEA (MSC Nastran-Marc, Creo Simulate) Simulazione processo sul singolo pezzo (Pro-CAST) Caratterizzazione prototipi (durezze, radiografie ) Scelte di architettura Parametri handling&comfort Dimensionamento strutturale componenti Prevedere i difetti Acquisizioni estensimetriche durante test al banco Condizioni di carico principali Carichi sui singoli componenti Fattibilità tecnica ed economica Prevedere le caratteristiche meccaniche Confronto con simulazioni processo e strutturali FOCUS SU BRACCIO SOSPENSIONE GHISA GJS ANIMA INTERNA COMPONENTE STRUTTURALE COMPONENTE DI SICUREZZA 5

6 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO CALCOLO STRUTTURALE - FEA - Creo Simulate verifiche preliminari integrate nel processo CAD - MSC Patran/Nastran/Marc calcolo statico non lineare - Dimensionamento secondo condizioni dinamiche in esercizio attese CONDIZIONI TRADIZIONALI DI CALCOLO - Geometria nominale ed esente da difetti (es. cavità da ritiro) - Caratteristiche meccaniche nominali ed omogenee su tutto il pezzo - Tensioni residue derivanti dalla storia del materiale trascurate 6

7 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO IL NUOVO APPROCCIO PER IL PROGETTISTA Simulazione di processo integrata nella fase di progettazione Simulazione di colata o stampaggio direttamente sul pezzo Approccio Semplificato per il progettista NO modellazione dello stampo NO industrializzazione del processo Design ottimizzato del pezzo Prevenire difettosità legate al processo Progettare con le caratteristiche meccaniche attese Meno costi Più qualità Prodotti più affidabili e qualità costante Processo ottimizzato Riduzione time-to-market 7

8 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO PROGETTARE ANTICIPANDO LE PRESTAZIONI OUTPUT DALLA DIFETTI Porosità da ritiro Porosità da gas Deformazioni Cricche Ossidi, sfogliature, cali superficiali SIMULAZIONE DI PROCESSO CARATTERISTICHE MECCANICHE E, Rsn, Rr, A% Tensioni residue (VonMises, Max- Min Principal) Fasi, DAS, SDAS, durezza, caratt.eutettico CONCATENAZIONE «CAD» Esportazione modello grezzo ottenuto da simulazione PRO-Cast (con porosità, deformazioni ecc) verso ambiente CAD Applicazione delle feature di lavorazione per verificare rischio porosità affioranti CONCATENAZIONE «CAE» Esportazione modello grezzo ottenuto da simulazione PRO-Cast verso ambiente CAE Esecuzione calcoli strutturali FEA partendo da modello comprensivo della storia del materiale (caratteristiche meccaniche puntuali, tensioni residue, deformazioni ecc) 8

9 ECOTRE Footprint 9

10 ECOTRE Footprint Due tecnologie Differenze finite (FDM) Volumi di Controllo (CVM) Elementi Finiti (FEM) Realtà Dimensione 1.5mm Dimensione 2.5mm Due software CAD QuikCAST ProCAST 10

11 ECOTRE Footprint 1. Tecnologia Precisione ed allineamento con la realtà: Porosità da gas, porosità da ritiro, Differenze finite (FDM) Volumi di Controllo (CVM) Elementi Finiti (FEM) QuikCAST ProCAST 11

12 ECOTRE Footprint 2. Deformazioni, Stress ed Errori di forma Getto ed attrezzatura Affidabilità risultati, allineamento con la realtà Differenze finite (FDM) Volumi di Controllo (CVM) Elementi Finiti (FEM) getto Motta / Stampo Scorrimento non possibile Motta/stampo di deforma, il getto si deforma, i corpi interagiscono nella realtà, ma non in simulazione QuikCAST ProCAST 12

13 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO RIEMPIMENTO - TEMPERATURA 13

14 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO SOLIDIFICAZIONE FRAZIONE SOLIDA 14

15 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO DIFETTI: POROSITA DA RITIRO 15

16 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO DIFETTI: CRICCHE A CALDO 16

17 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO DIFETTI: DEFORMAZIONI (X5) 17

18 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO Snervamento Rottura Allungamento HB PROPRIETA MECCANICHE 18

19 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO Von Mises Max Principal Trazione e Compressione TENSIONI RESIDUE 19

20 Testing Center Streparava INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO Road Simulator test bench - Multiaxial dynamic road simulation test - Road data time history simulation for every kind of mission Mono-bi and tri-axial test benches - Mono-bi and tri-axial test on single component or subsystem - Component self-qualification test - Approval test for complete systems On-vehicle field data acquisition - Vehicle instrumentation with wheel force transducers, linear position sensors, strain gauges and accelerometers 20

21 Il processo di sviluppo del prodotto INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO STRUMENTAZIONE PEZZO - Da FEA valori e direzioni principali di sforzo in determinate condizioni di esercizio - Applicazione estensimetri coerentemente ad indicazioni FEA CONFRONTO STRESS ATTESI vs RILEVATI - Caratterizzazione sospensione complete (rigidezze) - Applicazione cicli di carico coerenti con condizioni di calcolo ipotizzate - Acquisizioni estensimetriche - Confronto tra stress attesi e stress rilevati RIFERIMENTO ESTENSIMETRO Rigidezza teorica Rigidezza rilevata LH Mpa SG1 Braccio superiore lato esterno SG2 Braccio superiore lato interno SG3 Braccio inferiore centrale 0 SG4 Braccio inferiore centrale 90 SG5 Braccio inferiore nervatura Rigidezza rilevata RH Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa VERTICALE FRENATA MISSIONE max rilevato max atteso max rilevato max atteso CURVA MISSIONE max rilevato max atteso

22 INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO Simulazione CAD Esportazione difetti dal simulatore di colata al CAD Realtà INTEGRAZIONE ProCAST \ CAD 22

23 INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO Caratteristiche attese Stress Residuo Carichi esterni Simulazione Colata Simulazione Strutturale Esportazione proprietà meccaniche e tensioni dal simulatore di colata FEM al simulatore strutturale FEM Rilievi estensimetrici INTEGRAZIONE ProCAST \ FEM STRUTTURALE 23

24 THANK YOU FOR YOUR ATTENTION! 24