DOMINARE GLI ELEMENTI IN PRESSOCOLATA GRAZIE AI PROGRAMMI DI SIMULAZIONE

DOMINARE GLI ELEMENTI IN PRESSOCOLATA GRAZIE AI PROGRAMMI DI SIMULAZIONE

• Uno strumento di progettazione.

• Un metodo di lavoro.

• Uno strumento di verifica.

COSA E’ LA SIMULAZIONE SECONDO PIQ2

QUALI SONO I PUNTI CRITICI DELLA SIMULAZIONE?

Da un’analisi e valutazione dei limiti dei prodotti concorrenti pre-esistenti:

• COSTO ELEVATO DI ACQUISTO E MANUTENZIONE:• COSTO ELEVATO DI UTILIZZO (COMPETENZE E DIFFICOLTA’):

Collo di bottiglia nel workflow di un ufficio tecnico

• TEMPISTICA DI ANALISI:

• RISULTATI DELL’ANALISI:

Tipicamente la simulazione può essere effettuata

solo a valle della progettazione dello stampo.

La simulazione non può prevedere e tener conto di tutte

le condizioni di processo.

La simulazione non tiene conto di alcuni fenomeni

ben noti che avvengono durante il processo.

PRE-OTTIMIZZAZIONE

1° STEP: Pensare, prima di disegnare…

• Effettuare una valutazione dell’impostazione globale a monte della progettazione

• Calcolare e prevedere con precisione il funzionamento dello stampo sulla macchina

• Valutare la geometria del getto, definire i requisiti qualitativi ed ottimizzare il sistema stampo-macchina

Si differenzia da un semplice foglio di calcolo perché incorpora un SISTEMA ESPERTO INTELLIGENTE che valuta i risultati numerici dei calcoli sulla base di criteri derivati dall’esperienza fornisce un’interpretazione in linguaggio naturale completa di suggerimenti .

• Geometria (3D o virtuale)

• Macchina, pistone , contenitore.

• Lega e materiali stampo e getto

• Parametri di processo.

• Obbiettivi qualitativi (finitura/porosità)

ANALISI E DEFINIZIONE DEL

GETTO E DEL PROCESSO

• Parametri di processo ottimizzati

• Verifica del DIAGRAMMA PQ2

• Dimensionamento attacchi di colata

• Suggerimenti in linguaggio naturale

OUTPUT DI OTTIMIZZAZIONE DELLO STAMPO E

DEL PROCESSO

CANALI

2° STEP: Ottimizzare i canali, prima di simulare…

• I canali di colata sono molte volte l’unico grado di libertà concesso allo stampista.

• Errori di geometria ed impostazione del sistema di colata si ripercuotono sicuramente sulla qualità del getto.

• Ottimizza la geometria a monte degli attacchi per evitare problemi nel getto.• Valuta il reale «comportamento» dei canali• Valuta diverse soluzioni di canali/attacchi di colata in qualche minuto

RIEMPIMENTO E SOLIDIFICAZIONE

3° STEP: Simulare la realtà…

SIMULAZIONE DEL RIEMPIMENTO• Strumento specifico per la pressocolata• Ridurre al massimo il tempo/uomo• Interfaccia intuitiva• Superare i limiti degli attuali software

LA SIMULAZIONE REALISTICA DEL RIEMPIMENTO DELLO STAMPO

OBIETTIVO: modellare correttamente l’interazione metallo-aria• Simulare l’effetto di polverizzazione del metallo causato dalla

velocità e dall’impatto del fluido con l’aria• Considerare sia il flusso il metallo che dell’aria• Simulare fisicamente l’effetto del vuoto e delle tirate d’aria e

valutarne le prestazioni.

LA SIMULAZIONE REALISTICA DEL RIEMPIMENTO DELLO STAMPO

OBIETTIVO: simulare correttamente il comportamento del liquido• Simulare realisticamente il flusso del metallo• Tener conto delle caratteristiche dei fluidi

LA SIMULAZIONE REALISTICA DEL RIEMPIMENTO DELLO STAMPO

OBIETTIVO: modellare correttamente il comportamento del liquido

• Simulare realisticamente il flusso del metallo• Tener conto delle caratteristiche dei fluidi

PRINCIPALMENTE

• STAMPO

• CONTENITORE

•RIEMPIMENTI INCOMPLETI

•SOFFIATURE

•POROSITA’ DIFFUSA

L’ARIA NEI GETTI

•RIEMPIMENTI INCOMPLETI

•SOFFIATURE

•POROSITA’ DIFFUSA

L’ARIA NEI GETTI

ESEMPIO: 2,7Kg Peso stampata di alluminio (1 litro)

50% Riempimento del contenitore

Circa 1 litro di ARIA nel CONTENITORE

Circa 1 litro di ARIA nella CAVITA’ DELLO STAMPO

2 litri DI ARIA vengono COMPRESSI a 1000 bar

1 LITRO DI METALLO LIQUIDO + 2 LITRI DI ARIA

2cm3 di porosità

QUANTA ARIA INTRAPPOLIAMO IN UN GETTO?

ESEMPIO: 2,7Kg Peso stampata di alluminio (1 litro)

50% Riempimento del contenitore

Circa 1 litro di ARIA nel CONTENITORE

Circa 1 litro di ARIA nella CAVITA’ DELLO STAMPO

2 litri DI ARIA vengono COMPRESSI a 1000 bar

1 LITRO DI METALLO LIQUIDO + 2 LITRI DI ARIA

2cm3 di porosità

QUANTA ARIA INTRAPPOLIAMO IN UN GETTO?

I SOFTWARE TRADIZIONALI:

1. I software tradizionali sono «single phase». Non simulano mai l’ariacome se fosse un fluido

2. L’aria che mostrano è solo «una cella vuota» dove non c’è metallo. Unacella della mesh può contenere metallo o «nulla».

3. Il movimento dell’aria non può essere calcolato e mostrato: l’aria èferma nello stampo e non si muove quando viene spostata dal metallo.

4. Qualche software effettua un calcolo della pressione dell’aria nellacavità: l’aria non può fuoriuscire dalla cavità ed è compressa dal metalloentrante.

COSA ACCADE REALMENTE:

1. Il FRONTE DI METALLO all’interno dello stampo non è così compattocome molte simulazioni ci mostrano: alle alte velocità raggiunte (oltre 40m/s), il flusso si frammenta in moltissime minuscole goccioline edingloba aria

2. La situazione sopra descritta è particolarmente evidente nellapressocolata sotto vuoto dove il flusso è polverizzato a causa dellamancanza di contropressione sul fronte.

3. L’aria è sovrariscaldata dal metallo liquido, è compressa e si muovetentando di uscire dai canali di ventilazione fino a quando non liostruisce.

Non c’è separazione netta tra metallo e aria: ogni cella della mesh può essereparzialmente riempita da entrambi i fluidi simulando così la presenza dipiccole goccioline o piccole bolle d’aria.

Il risultato è un’elevatissima precisione nella determinazione dell’ INTRAPPOLAMENTO D’ARIA.

Il riempimento della cavità è effettuato da DUE FLUIDI:

• ARIA: fluido comprimibile

• METALLO: fluido incomprimibile

LA SOLUZIONE: SIMULAZIONE BIFASICA

L’aria può essere:

• Dispersa, emulsionata e trasportata dal flusso di metallo

• Compressa al termine del riempimento e formare porosità

Cosa è possibile fare con questa tecnologia:Calcolare il movimento dell’aria e verificare la funzionalità delle tirate d’aria e del vuoto:

La simulazione può mostrare la differenza fra:• Nessuna tirata d’aria• Evacuazione attiva con

vuoto• Evacuazione passiva con

chill vents

Quando il metallo liquido raggiunge le tirate d’aria, le occlude e l’aria non può uscire.

Cosa è possibile fare con questa tecnologia:Calcolare il movimento dell’aria e verificare la funzionalità delle tirate d’aria e del vuoto:

Utilizzo estremo della simulazione: ottimizzazione della geometria dei chill vents e dei condotti del vuoto.

Cosa è possibile fare con questa tecnologia:Calcolare il movimento dell’aria e verificare la funzionalità delle tirate d’aria e del vuoto:

Cosa è possibile fare con questa tecnologia:Calcolare il movimento dell’aria e verificare la funzionalità delle tirate d’aria e del vuoto:

Courtesy of Co.Stamp. ITALY

Rheinfelden © AlSi9MgMn Silafont© 36 Alloy

Cosa è possibile fare con questa tecnologia:Ovviamente individuare dove l’aria è stata intrappolata:

Tre set di simulazioni comparative:

Evacuazione passiva mediante chill vents

Evacuazione attiva mediante suzione a vuoto tra 80 e 380 mbar.

Nessuna tirata d’aria, vuoto disattivato.

Profilo di iniezione ricavato da macchina durante la campionatura:

• Prima fase 0,25 m/s• Seconda fase 4,9 m/s• Pressione statica di seconda fase 480 bar• Terza fase disattivata

THE FILLING:

Effetto della pressione sul fronte fluido:

Ventilazione passiva

Nessuna tirata d’aria aperta

THE FILLING:

Vuoto 380 mbar Vuoto 80 mbar

Il vuoto tende a polverizzare il fronte fluido:

Effetto della pressione sul fronte fluido:

THE FILLING:

Nessuna tirata d’aria aperta

Vuoto 80 mbar

Effetto della pressione sul fronte fluido:

THE FILLING:

Come si muove l’aria?

Chill vents passiviVuoto 80 mbar

THE FILLING:

Vuoto 80 mbar

Come si muove l’aria?

THE FILLING:

Chill vents passivi

Threshold 99,5%

Vuoto a 380 mbar

Threshold 99,5%

Quanta aria viene intrappolata?

THE FILLING:

Vuoto a 380 mbar

Threshold 99,5%

Vuoto a 80 mbar

Threshold 99,5%

Quanta aria viene intrappolata?

Software benchmark n°1 Software benchmark n°2

Benchmark

THE FILLING:

Confronto con il getto reale

Threshold 99,0%

THE FILLING:

Confronto con il getto reale

THE FILLING:

Confronto con il getto reale

THE FILLING:

BLISTERS

Confronto con il getto reale

THE FILLING:

Porosità da gas, CIRCA nella stessa posizione indicata dalla simulazione

Confronto con il getto reale

GRAZIE DELL’ATTENZIONE