A QUALCUNO PIACE CALDO: IL NUOVO MODULO DI SIMULAZIONE TERMICA

DELLO STAMPO

A QUALCUNO PIACE CALDO: IL NUOVO MODULO DI SIMULAZIONE TERMICA DELLO STAMPO

A QUALCUNO PIACE CALDO: IL NUOVO MODULO DI SIMULAZIONE TERMICA DELLO STAMPO

Cosa è la simulazione termica dello stampo

• Simulazione con stampo «implicito» o virtuale (solo stampata)

• Simulazione con stampo reale (modellando le parti stampanti)

Le tipologie di simulazione che si possono effettuare sono di due tipi:

La lega rilascia calore durante il RIEMPIMENTO

Inizia la SOLIDIFICAZIONE per cessione di calore

Lo stampo si APRE

Il getto viene ESTRATTO dallo stampo

Lo stampo viene LUBRIFICATO

Lo stampo si CHIUDE

QUALI FENOMENI DI SCAMBIO TERMICO INTERVENGONO DURANTE TALI FASI?

Scambi termici INTERNI• All’interno dello stampo• Tra lega e stampo

• Con l’ambiente• Raffreddamenti interni• Per Spruzzatura

Scambi termici ESTERNI

CRITICITA’ DEI PRODOTTI ATTUALMENTE SUL MERCATO

A LIVELLO UTENTE:

• Tempo operatore elevato

• Richieste competenze tecnico-scientifiche elevate

• Necessità di definire parametri sconosciuti alla fonderia

A LIVELLO TECNICO:

• Modellazione dello scambio termico nei canali

• Modellazione dell’estrazione di calore mediante lubrifica

• Modellazione corretta delle tempistiche del ciclo

Filosofia di sviluppo di Piq2:

• Il software deve «parlare» linguaggio pratico ed ogni input deve essere un

numero che la fonderia deve essere in grado di fornire.

• Il lavoro dell’operatore nella fase di definizione della geometria e dei

parametri di simulazione deve essere ridotto al minimo necessario: è il

software che deve lavorare, non l’uomo.

• Il software deve simulare e prevedere quello che accade realmente

durante il processo, non quello che «si pensa» che succeda.

• L’interfaccia utente deve essere minimale e richiedere SOLO i dati che

servono per modellare il processo HPDC, non altro.

La definizione del modello geometrico avviene importando da solido 3d:

• Parti stampo

• Canali di raffreddamento

• Getto

MESH 3D

MULTIPROCESSORE

Come per altre applicazioni Piq2, interfaccia SINGLE WINDOW:

Definizione del ciclo:

Il ciclo è suddiviso in 5 MACRO FASI di base

1. Chiusura post iniezione (Riempimento e solidificazione)

2. Apertura pre-lubrifica (Estrazione ed attesa lubrifica)

3. Lubrifica (Spruzzatura)

4. Attesa post lubrifica (Asciugatura e attesa chiusura)

5. Chiusura in attesa iniezione (Chiusura ed attesa iniezione)

Ogni MACRO FASE di base può essere ulteriormente definita per rispecchiare

quanto accade nel ciclo reale.

Possibile considerare un riempimento a temperatura uniforme oppure considerare

il reale apporto termico di una mappa termica derivante da un riempimento

effettuato precedentemente:

Maggiore accuratezza nella definizione del carico termico entrante nello

stampo

Scopo della simulazione è la valutazione del corretto dimensionamento e

gestione della termoregolazione: è FONDAMENTALE LA MASSIMA

ATTENZIONE NELLA MODELLAZIONE di quanto accade nei canali.

COME VENGONO CONSIDERATI OGGI NEI SOFTWARE:

• Lo scambio termico nei canali di termoregolazione è imposto virtualmente

attraverso l’imposizione di coefficienti di scambio termico

• I coefficienti di scambio termico sono imposti su tutta la parete del

canale

• I coefficienti di scambio, nel migliore dei casi, sono calcolati in funzione

della portata di fluido entrante nel canale

• La temperatura del fluido di scambio è costante ed uniforme

LA TERMOREGOLAZIONE

L’IMPORTANZA DEL FLUSSO DI FLUIDO NEL CANALE:

• Lo scambio termico nei canali di termoregolazione dipende dal flusso del

fluido che si instaura nel canale stesso e può cambiare da punto a punto

del canale. Dove le velocità e la turbolenza sono maggiori, scambia di più.

Dove il flusso è stagnante, scambia di meno.

• La forma del canale può quindi avere localmente un’influenza notevole

sull’asportazione del calore.

LA TERMOREGOLAZIONE

• Lo scambio termico avviene in funzione del flusso che si instaura

localmente

• Non c’è più necessità di definire il coefficiente di scambio termico

CastleThermo: Il flusso reale che si instaura nei circuiti viene calcolato e

modellato nei minimi dettagli: lo scambio termico viene automaticamente

calcolato dipendentemente dalle condizioni di flusso locali (campo di velocità e

di temperatura)

L’IMPORTANZA DELLA

TEMPERATURA DEL FLUIDO:

• Il fluido che entra in un canale

di termoregolazione cede

calore o lo acquista dallo

stampo e quindi cambia la

propria temperatura da punto

a punto. Il fluido entra ad una

temperatura ed esce ad

un’altra temperatura.

• Lo scambio termico nel canale

cambia nel tempo e lungo il

percorso in quanto è possibile

che la portata e la temperatura

del fluido cambino.

• Invertire entrata ed uscita di

un canale può cambiare

drasticamente il

comportamento termico.

Termoregolazione OLIO 250°C

L’IMPORTANZA DELLA

TEMPERATURA DEL FLUIDO:

• Il fluido che entra in un canale

di termoregolazione cede

calore o lo acquista dallo

stampo e quindi cambia la

propria temperatura da punto

a punto. Il fluido entra ad una

temperatura ed esce ad

un’altra temperatura.

• Lo scambio termico nel canale

cambia nel tempo e lungo il

percorso in quanto è possibile

che la portata e la temperatura

del fluido cambino.

• Invertire entrata ed uscita di

un canale può cambiare

drasticamente il

comportamento termico.

Termoregolazione OLIO 250°C

L’IMPORTANZA DELLA

TEMPERATURA DEL FLUIDO:

• Il fluido che entra in un canale

di termoregolazione cede

calore o lo acquista dallo

stampo e quindi cambia la

propria temperatura da punto

a punto. Il fluido entra ad una

temperatura ed esce ad

un’altra temperatura.

• Lo scambio termico nel canale

cambia nel tempo e lungo il

percorso in quanto è possibile

che la portata e la temperatura

del fluido cambino.

• Invertire entrata ed uscita di

un canale può cambiare

drasticamente il

comportamento termico.

Termoregolazione OLIO 250°C

Raffreddamento acqua 20°CL’IMPORTANZA DELLA

TEMPERATURA DEL FLUIDO:

• Il fluido che entra in un canale

di termoregolazione cede

calore o lo acquista dallo

stampo e quindi cambia la

propria temperatura da punto

a punto. Il fluido entra ad una

temperatura ed esce ad

un’altra temperatura.

• Lo scambio termico nel canale

cambia nel tempo e lungo il

percorso in quanto è possibile

che la portata e la temperatura

del fluido cambino.

• Invertire entrata ed uscita di

un canale può cambiare

drasticamente il

comportamento termico.

L’IMPORTANZA DELLA CONFIGURAZIONE DEI CIRCUITI:

L’IMPORTANZA DELLA CONFIGURAZIONE DEI CIRCUITI:

• Molto frequentemente i canali sono collegati tra di loro esternamente

mediante distributori o tubi flessibili creando un circuito: il fluido uscente da un

canale entra in un altro.

• Progettare la sequenza di collegamento dei canali permette agevolmente di

spostare calore all’interno di uno stampo per scaldare le zone fredde

raffreddando quelle calde.

• Le portate vengono suddivise tra diversi canali in funzione di come sono

collegati tra loro (in serie, in parallelo…)

• Alcuni canali possono essere temporizzati in funzione del tempo ciclo.

APPROCCIO INNOVATIVO: è possibile simulare l’interconnessione

esterna tra i diversi circuiti. Il fluido uscente da un canale può essere

inviato ad un altro canale. La temperatura del fluido entrante nel

secondo circuito è quella in uscita dal primo.

IN

OUT

OUTIN

CALCOLO PORTATA

Per ogni canale:• Impostare un fluido

differente• Una portata specifica• Una temperatura diversa• E’ possibile collegarlo

virtualmente ad un altro canale

• Possibile temporizzarlo o parzializzarlo.

Nel caso si conosca solo la pressione del circuito e non la portata di fluido, un assistente aiuta a calcolare la portata massima che può attraversare quel circuito.

CONFIGURAZIONE AVANZATA DEI CANALI DI TERMOREGOLAZIONE:

LA LUBRIFICA• La lubrifica di uno stampo è sicuramente la fase più «nebbiosa» di tutto il

ciclo. Sia in senso pratico che figurativo.

• Il tempo di lubrifica comunemente indicato sulle carte di processo è quasi

sempre riferito all’intervallo di tempo tra inizio fase di lubrifica e fine fase di

lubrifica.

• Nella maggior parte dei casi, in quel tempo, la testa di lubrifica si muove

con percorsi dedicati al singolo stampo soprattutto quando viene effettuata

con teste robotizzate

• Frequentemente la lubrifica si ferma su alcune zone più che su altre per

risolvere problematiche di sovrariscaldo e/o difficoltà di estrazione localizzate.

• E’ impensabile modellarla, come spesso si fa, con un coefficiente di

scambio termico imposto su tutta la superficie per tutta la durata

dell’operazione.

La lubrifica delle superfici (così come anche l’asciugatura) può essere

facilmente personalizzata per riprodurre il ciclo effettivo:

Filmato

reale

Possibilità di suddividere la

superficie di lubrifica in zone e

definire sequenze temporali di

lubrifica personalizzate CHE

SCHEMATIZZANO la realtà.

Filmato

reale

La lubrifica delle superfici (così come anche l’asciugatura) può essere

facilmente personalizzata per schematizzare il ciclo effettivo:

Possibilità di suddividere la superficie di lubrifica in zone e definire

sequenze temporali di lubrifica personalizzate CHE SCHEMATIZZANO la

realtà.

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LUBRIFICA

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