Pressocolati in aluminio con anime - Casting ItalyPressocolati in aluminio con anime eramihe a...

Pressocolati in aluminio con anime ceramiche a perdere: l’approccio

innovativo della simulazione

PiQ2 srl25123 Brescia | Via Branze, 45

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www.piq2.com

Andrea Panvini – PiQ2 s.r.l. Brescia, ITALY

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PROGETTO SAVE: Stampi con Anima per Veicoli Efficienti

Studio, sviluppo e industrializzazione di un processo innovativo di colatasotto pressione, con anime a perdere di tipo ceramico, per consentire laproduzione di getti di forma complessa, nonché strutturali, altrimentinon ottenibili utilizzando stampi tradizionali.

Project Team: Costamp, Italpresse, Lomopress, PiQ², Università di Brescia

PERCHE’ L’UTILIZZO DI ANIME?• Maggiore libertà progettuale nel disegnare e calcolare getti

pressocolati per applicazioni strutturali

Impiego di profili chiusi: maggiore rigidezza torsionaleImpiego di profili chiusi: semplificazione della giunzione con estrusi

Libertà di forma: integrazione di funzioni e riduzione dei costiLibertà di forma: riduzione del peso dei getti


PERCHE’ L’UTILIZZO DELLA CERAMICA?

• Per le caratteristiche meccaniche: elevate e graduabili• Per la refrattarietà: resistenza ad elevata temperatura e a shock

termici• Per il basso costo: materiali di produzione comune• Per questioni ambientali: riciclabile e facilmente separabile.


PATNER TECNICO:

QUALI PROBLEMI SI PONGONO?

Il dimensionamento meccanico dell’anima: • E’ sottoposta a sollecitazioni meccaniche importanti sia durante il

riempimento che durante la fase di moltiplica.

Non si deve flettere significativamente a causa delle sollecitazioni:• Durante il riempimento potrebbe spostarsi deviando il flusso• Durante la solidificazione potrebbe muoversi modificando la

geometria della cavità.• Potrebbe fratturarsi a causa degli sbalzi di temperatura• Potrebbe deformarsi tanto da fratturarsi durante lo stampaggio.


QUALI PROBLEMI SI PONGONO?• La rimozione dell’anima (DECORING): deve essere effettuata con

metodi meccanici.• Difficoltà di accesso alla cavità• Spessori a volte ridotti• E’ necessario dimensionare l’anima tenendone conto delle sue

caratteristiche meccaniche e della necessità di rimozione.

Le caratteristiche meccaniche devono essere:

• Sufficientemente elevate da consentire all’anima di poter resisterealle sollecitazioni durante riempimento e solidificazione per nondeformarsi e non rompersi.

• Non tanto elevate da rendere difficoltosa la rimozione dell’anima.


Sviluppo di un software che permetta di:

• Simulare con elevata affidabilità il processo di pressofusione con

anime ceramiche.

• Calcolare le sollecitazioni cui è sottoposta l’anima durante il

processo.

• Simulare le deformazioni che l’anima subisce durante il processo.

• Simulare le alterazioni che il flusso di metallo eventualmente

subisce a seguito della deformazione dell’anima.

• Effettuare una verifica strutturale sull’anima per valutare le ipotesi

di cedimento ed ottimizzarne le prestazioni.

PROGETTO SAVE: Il ruolo di PiQ2

Cosa succede durante il riempimento:Il materiale ceramico ha un comportamento molto differente rispetto

all’acciaio dello stampo:

Proprietà meccaniche:

• Modulo elastico: 10-20GPa contro 207GPa (1.2343)

• Carico di rottura a trazione: 10-20Mpa contro 1200MPa (1.2343)

• Allungamento a rottura: < 0,2% Materiale totalmente fragile

La deformazione durante il riempimento può essere

significativa

La deformazione può portare a rottura l’anima

facilmente.


• Caratterizzazione meccanica dei materiali ceramici

Misurazione delle proprietà meccaniche a flessione e compressione deimateriali ceramici in funzione della temperatura di sinterizzazione.Definizione dei criteri di cedimento del materiale: Galileo-Rankine

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Sintering Temperature [°C]

Flexural elastic modulus

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Sintering Temperature[°C]

Flexural strenght

PROGETTO SAVE: L’università degli Studi di Brescia

Il fluido sollecita l’anima

L’anima si deforma e interagisce con il

flusso

Nuovo approccio della simulazione: interazione fluido

struttura (FSI) durante il riempimento dello stampo Calcolo strutturale degli stress e delle deformazioniaccoppiato con il moto del fluido:



SOLVER STRUTTURALE ACCOPPIATO CON QUELLO

FLUIDO

REMESHER AUTOMATICO

ANALISI CEDIMENTO: materiale asimmetrico e

fragile


struttura (FSI) durante il riempimento dello stampo Calcolo strutturale degli stress e delle deformazioniaccoppiato con il moto del fluido:


struttura (FSI)Calcolo strutturale degli stress e delle deformazioni accoppiatocon il moto del fluido:


Collettore aspirazione acqua:Sostituzione di componente colato in conchiglia

Riduzione di spessori 2,4mm

PROGETTO SAVE: LOMOPRESS

Collettore aspirazione acqua: Simulazioni FSI

PROGETTO SAVE: LOMOPRESS + PIQ2

Punti critici

Rankine crit. [Mpa]

Collettore aspirazione acqua: Simulazioni FSI


Collettore aspirazione acqua: STAMPAGGIO

PROGETTO SAVE: LOMOPRESS + ITALPRESSE

Il decoring con acqua ad alta pressione

Collettore aspirazione acqua: DECORING

PROGETTO SAVE: ITALPRESSE

PROGETTO SAVE: Nell’ambito del progetto sono sati sperimentati 3 componenti:LOMOPRESSCollettore aspirazione acqua

COSTAMPTraversa posteriore, gettostrutturale

LOMOPRESS-AUDI Nodo telaio Lamborghini, getto strutturale

Traversa posteriore: re-ingegnerizzazione componente- A parità di peso rigidezza torsionale e flessionale più che raddoppiate

- Prima frequenza propria + 50%

PROGETTO SAVE: Costamp e UNIBS

Co.Stamp, Traversa posteriore. Presviluppo stampo:

- sviluppo colata compatibile con entrambe le configurazioni del pezzo e con l’inserimento dell’anima ceramica

- sviluppo delle portate d’anima non iperstatiche

PROGETTO SAVE: Costamp

PROGETTO SAVE: Costamp e PiQ2

Traversa posteriore: Simulazioni FSI

Componente strutturale traversa posteriore:

- Produzione anime e stampaggio

PROGETTO SAVE: Costamp

Componente strutturale traversa posteriore: - Decoring con acqua ad alta pressione

PROGETTO SAVE: Costamp e Italpresse

Nodo strutturale telaio Lamborghini Huracàn

Courtesy AUDI AG

PROGETTO SAVE: LOMOPRESS + AUDI

Nodo strutturale telaio Lamborghini Huracàn

PROGETTO SAVE: LOMOPRESS + AUDI


Le simulazioni FSI

PROGETTO SAVE: LOMOPRESS + AUDI + ITALPRESSE

Nodo telaio Lamborghini:Il decoring con acqua ad alta pressione

Nodo telaio Lamborghini:Il decoring con acqua ad alta pressione

PROGETTO SAVE: LOMOPRESS + AUDI + ITALPRESSE

Conclusioni:• E’ stata esplorata con successo, nell’ambito di un progetto di ricerca, la possibilità

di utilizzare simulazioni di interazione FLUIDO-STRUTTURA per la modellazione dei processi di fonderia.

• E’ stato possibile capire come si deformano le anime durante il riempimento per migliorarne il sistema di vincolo

• I risultati ottenuti hanno consentito di ottimizzare il disegno delle anime ceramiche al fine di ridurne caratteristiche meccaniche e migliorarne l’affidabilità

• I tre benchmark sono stati prodotti con successo, pur con le dovute difficoltà.

Sviluppi:• Si renderà necessario implementare criteri di resistenza agli shock termici.• Implementazione di un’interfaccia utente user friendly• Allargamento a tecnologie di fonderia tradizionali

PROGETTO SAVE: PIQ2

PiQ2 srl

25123 Brescia | Via Branze, 45

T +39 030.6595058 | F +39 030.6595059

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Grazie per l’attenzione…

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