EnginSoft - ColdForm2006

Il settore dello stampaggio a freddo risente in questi ultimi anni della concorrenza sempre più esasperata di produttori provenienti dall’Estremo Oriente e dei prezzi delle materie prime in costante aumento. La chiave per ottenere dei miglioramenti sostanziali e concretamente apprezzabili sui propri prodotti è investire in tecnologie innovative, efficienti e facilmente introducibili in azienda. Tra queste nuove tecnologie la simulazione numerica del processo di stampaggio consente di ottenere l’ottimizzazione del prodotto e del processo ed il risparmio sulle materie prime, riducendo quindi i costi di fabbricazione ed accelerando i tempi di sviluppo di nuovi progetti. ColdForm2006® il nuovo strumento di analisi dedicato allo stampaggio a freddo Nel panorama degli strumenti di simulazione dei processi di stampaggio massivo dei materiali metallici FORGE®, Prodotto da Transvalor S.A. e distribuito in Italia da EnginSoft S.p.A., è riconosciuto come uno dei software più precisi, affidabili e facili da utilizzare. La flessibilità d’impostazione delle configurazioni geometriche e cinematiche permette infatti di affrontare processi di stampaggio anche molto complessi, con diverse parti in movimento simultaneo. Un’analisi delle caratteristiche dei processi di stampaggio a freddo dei metalli, ha consentito a Transvalor di delineare quali degli strumenti inclusi in FORGE® fossero necessari per gli stampatori a freddo. È nato così ColdForm2006®, che consente la simulazione dei processi di stampaggio a freddo dei materiali metallici, sia in 2D, che in 3D, con presse meccaniche multistazione, a ginocchiera o idrauliche. ColdForm2006® si può quindi considerare come il fratello minore di FORGE®, del quale mantiene comunque la facilità di impostazione e la completezza di funzioni e risultati, ma è limitato alla simulazione dei processi di stampaggio a freddo. Risulta quindi lo strumento ideale per la simulazione dei processi di stampaggio a freddo di viteria e bulloneria e di minuteria metallica. DA-Tor S.p.A. e ColdForm2006® - una storia di successo Da-Tor S.p.A., azienda con stabilimento produttivo a Beverate di Brivio (LC), è una realtà produttiva caratterizzata da flessibilità e dinamismo e si occupa della fabbricazione di elementi di fissaggio di piccole dimensioni prevalentemente per l’industria automobilistica: dadi autofrenanti normali e flangiati al nylon, dadi ciechi fresati, raccordi, particolari a disegno. Da-Tor S.p.A. ha scelto ColdForm2006® dopo aver confrontato in alcuni test condotti con EnginSoft la rispondenza dei risultati ottenuti dalla simulazione con quanto ottenuto in linea per particolari attualmente in produzione. Il corso di formazione di una settimana ha consentito ai tecnici di acquisire manualità sul programma e di affrontare quindi rapidamente delle problematiche di produzione. Nel presente articolo si presentano e commentano alcuni dei risultati ottenuti nelle prime settimane di utilizzo del programma.
	Raccordo in acciaio – motivazioni dell’analisi e definizione del problema Il primo particolare oggetto di studio è un raccordo M26 chiave 32 in acciaio, che si ottiene per stampaggio alla pressa automatica multistazione in 4 operazioni (in Fig. 1 lo spezzone di partenza ed il pezzo finale). Gli obiettivi di questo lavoro erano quelli di verificare la modalità di riempimento degli stampi nelle singole operazioni e la valutazione della qualità del pezzo stampato: garantire il rispetto delle tolleranze richieste dal committente, ma anche ottenere un pezzo privo dei difetti di stampaggio comuni per questo tipo di componenti, quali lucidature delle facce e mancanze sul piano di spigolo. Le matematiche degli stampi per le 4 operazioni sono state realizzate da Da-Tor S.p.A. utilizzando il proprio CAD 3D AutoCAD Inventor e poi trasferite in ColdForm2006® in formato STEP. Per lo spezzone iniziale, è stato scelto uno spezzone di circa 0.07 kg di acciaio CB4FF, le cui caratteristiche sono state estratte dal database FPD di ColdForm®. In questo archivio sono presenti le curve di deformazione a freddo di oltre 200 leghe ferrose e non: la definizione di tutti i materiali, sensibile alle variazioni, anche puntuali, di temperatura, consente una corretta previsione della deformazione del materiale. Per il movimento degli stampi, sono stati impostati nell’apposito modello di ColdForm2006® i parametri della pressa meccanica automatica a 4 stazioni, secondo le specifiche del costruttore. Per ogni operazione sono stati valutati la deformazione del materiale tra gli stampi, gli effetti termici di riscaldamento per pressione ed attrito e di raffreddamento per contatto con gli stampi, il ritorno elastico nel passaggio tra una stazione e la successiva: il risultato di ogni fase (distribuzione di temperature e di sforzi residui) è stato utilizzato come condizione iniziale per la fase successiva, in modo da ottenere un risultato finale che tenga conto di tutta la storia deformativa conseguente al processo di stampaggio. Raccordo in acciaio - i risultati ottenuti con ColdForm2006® La sequenza di stampaggio ottenuta con ColdForm2006® (in Fig. 2 lo spezzone di partenza ed il pezzo finale) mostra come il software sia in grado di riprodurre con precisione il processo. L’analisi dei contatti (Fig. 3) – in rosso le mancanze – consente di valutare con precisione il flusso di materiale e di comprendere le motivazioni della formazione dei difetti superficiali riscontrati nel processo reale al termine della quarta operazione. Il primo difetto riguarda delle mancanze sul “piano di spigolo”: oltre alla ben nota mancanza in prossimità dello spigolo, legata alla forma esagonale, si evidenziano delle scavature poco all’interno che compromettono la qualità del pezzo. L’analisi con ColdForm2006® (Fig. 4) ha permesso di comprendere che queste mancanze sono legate ad un distacco di materiale nella parte finale dell’estrusione, legata ad un angolo troppo ampio tra piano e spigolo. Sempre sulla stessa faccia, poco all’interno delle mancanze, sono presenti delle “lucidature” (Fig. 5). L’analisi del riempimento mostra che sulla faccia inferiore si crea una sacca isolata, nella quale si va a concentrare il lubrificante. Il flusso di materiale va quindi a spostare questo lubrificante sulla superficie: l’utilizzo delle marking-grid consente di seguire questo spostamento ed evidenziare la posizione del difetto. Per risolvere questo problema sono stati testati differenti ipotesi di preformato (Fig. 6), ottenute modificando l’operazione precedente, individuando infine quella più idonea, che ricalchi meglio la forma finale da ottenere. Nello stesso modo (analisi dei contatti + uso delle marking-grid) sono stati analizzati altri difetti di lucidature presenti sulle facce dell’esagono e la presenza di leggere corrugazioni presenti sulla superficie interna, legate al distacco del materiale al passaggio del punzone (Fig. 7). Risolti tutti i problemi di stampaggio ed ottenuto quindi il particolare della qualità richiesta, è stata condotta una analisi della fase di tranciatura del foro (Fig. 8): è stato simulato il procedere della rottura all’avanzare del punzone di trancia. I risultati ottenuti hanno mostrato una buona corrispondenza con quanto succede nella realtà produttiva. Concludendo, per questo particolare erano presenti tutta una serie di difetti superficiali e mancanze, la cui origine non era stata in precedenza individuata con precisione. La simulazione effettuata con ColdForm2006® ha consentito di individuare i motivi di formazione dei difetti ed in quale fase essi si originano: la modifica della terza operazione ha consentito l’eliminazione di questi difetti e l’ottenimento del pezzo della qualità desiderata. Inserto in nylon – motivazioni dell’analisi e risultati ottenuti Il secondo problema investigato è l’inserimento di una rondella in nylon per piegatura del bordino superiore del pezzo (Fig. 9). Le motivazioni di questo studio erano quelle di comprendere come il bordino va a chiudere la rondella ed individuare la migliore forma dello stampo di chiusura per garantire il corretto contatto del bordino sulla rondella. Le analisi effettuate hanno riguardato differenti configurazioni della superficie dello stampo superiore (Fig. 10), che hanno comportato una piegatura via via più efficiente, in grado di garantire il corretto contatto di tenuta tra pezzo e rondella in nylon necessario per la funzione autobloccante della stessa. È stata anche condotta, mediante l’utilizzo dei sensori, una verifica dello spostamento verticale della rondella di nylon per effetto della chiusura del bordino (Fig. 11): il confronto con le misure effettuate sul pezzo reale ha mostrato un’ottima corrispondenza. Concludendo, quest’operazione in precedenza veniva effettuata tarando la corsa della macchina per ottenere il dado dell’altezza richiesta, trascurando la corretta chiusura del bordino sulla rondella. L’analisi condotta con ColdForm2006® ha consentito di verificare diverse configurazioni, per ottenere il miglior contatto e quindi la migliore tenuta alla torsione legata all’inserimento della vite in utilizzo. Conclusioni – i vantaggi dell’approccio ColdForm2006® in Da-Tor S.p.A. L’esperienza che i tecnici di Da-Tor S.p.A. stanno acquisendo nell’uso della simulazione numerica con ColdForm2006® sta avendo delle sensibili ricadute sulla qualità del processo produttivo. Grazie all’uso della simulazione. Giovanni Rocca, Amministra-tore Delegato di Da-Tor S.p.A., ha individuato i seguenti vantaggi di ColdForm2006®: possibilità di analizzare il flusso di materiale tramite l’analisi dei contatti e valutare quindi le modalità di riempimento della forma, individuando possibili mancanze o difetti; possibilità di testare in modo virtuale differenti configurazioni, risparmiando tempo e costi di creazione/rifacimento di stampi, limitando al minimo le operazioni di campionatura; possibilità di proporre la nuova configurazione ottenuta con ColdForm2006® al committente prima della campionatura in modo da poter concordare possibili modifiche migliorative; possibilità di verificare delle soluzioni innovative e migliorative, i cui risultati sulla qualità del pezzo consentano un risparmio nelle eventuali fasi di ripresa alla macchina utensile successive allo stampaggio; analisi della potenza totale necessaria per lo stampaggio e la quota parte necessaria in ogni singola operazione, in modo da scegliere correttamente la pressa ed evitare un’eccessiva concentrazione di carico in una particolare stazione; limitazione di usure anomali o precoci degli stampi nelle varie posizioni, in modo da avere un deterioramento bilanciato degli stampi e non dover sostituire delle particolari posizioni prima delle altre. L’applicazione dell’approccio di simulazione con ColdForm2006® a tutti i particolari attualmente in produzione consentirà inoltre a Da-Tor S.p.A. di costruire un archivio di problematiche risolte per famiglie di prodotti, limitando al minimo il tempo di campionatura sulla pressa e le operazioni di ripresa alla macchina utensile con una più rapida messa in produzione ed una sensibile riduzione dei costi unitari di produzione. Davide Longhi, Giovanni Rocca; Da-Tor S.p.A. Marcello Gabrielli, Piero Parona; EnginSoft S.p.A.
Fig. 1 - Raccordo pezzo reale

Fig. 2 - Raccordo pezzo simulato

Fig. 3 - Raccordo pezzo contatti

Fig. 4 - Raccordo mancanze su piano di spigolo

Fig. 5 - Raccordo lucidature inferiori

Fig. 6 - Raccordo varie ipotesi preformato

Fig. 7 - Raccordo lucidature su facce esagono e distacco interno

Fig. 8 - Raccordo tranciatura

Fig. 9 - Piegatura bordino reale e simulato

Fig. 10 - Piegatura bordino - varie ipotesi

Fig. 11 - Piegatura bordino - analisi spostamenti

ColdForm2006: un nuovo strumento per la simulazione FEM del processo di stampaggio a freddo: casi applicativi in Da-Tor S.p.A.