SIMULAZIONE DELLA COLATA DEI METALLI FERROSI ... · fonderia-calcolo strutturale 2 Simulazione di...

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SIMULAZIONE DELLA COLATA DEI

METALLI FERROSI:

CONCATENAZIONE VIRTUALE

FONDERIA-CALCOLO STRUTTURALE

2 Simulazione di processo integrata nel design dei componenti strutturali “il nuovo approccio per il progettista”– Innovation & Advanced Engineering 2014 Confidential – Property of Streparava S.p.A.

Streparava Footprint

Chassis Systems Axles and Suspensions Powertrain & Driveline

Systems

Testing Centre Powertrain components


Research & Development Center

• New Technologies & Materials

Research

• Vehicle application engineering

support

• New Products Design

• Customer Technical Support

Testing Center & Prototypes

• Road Simulator test bench

• Mono-bi and tri-axial test benches

• On-vehicle field data acquisition

• Prototypes manufacturing

Process Engineering

• Industrial layout studies

• Value Engineering

• Process Design

• Automation Design

• Industrialization

Manufacturing Capabilities

• Lean Manufacturing

• Machine tools

• Robots & Automation

• Machining

• Heat treatments

• Surface treatments

• Assembly

• Painting

• EOL test

• World Class Manufacturing

(WCM)*

Quality System

• UNI ISO/TS 16949: 2009

• UNI EN ISO 9001: 2008

• UNI EN ISO 14001: 2004

• Metrology lab

• Metallurgical lab

• Painting lab

* In progress

Streparava Technology & Know-How


CASE STUDY – SOSPENSIONE INDIPENDENTE

DAL CONCEPT

ATTRAVERSO IL PROGETTO

AL PRODOTTO

FINALE

NUOVO APPROCCIO PER IL PROGETTISTA

Simulazioni di colata e stampaggio integrate nella fase di sviluppo CAD e CAE

• Maggiore qualità

• Minori Costi

• Design ottimizzato

• Riduzione time-to-market


Il processo di sviluppo del prodotto

INPUT

Dati generali e schema veicolo

Scelte di architettura

Condizioni di carico principali

LE PRESTAZIONI SPECIFICHE

Calcolo elastocinematico (MSC Adams/Car)

Parametri handling&comfort

Carichi sui singoli componenti

DESIGN e DIMENSIONAMENTO

Modellazione 3D e FEA (MSC Nastran-Marc, Creo Simulate)

Dimensionamento strutturale componenti

Fattibilità tecnica ed economica

ANTICIPARE LE PRESTAZIONI DEL PROCESSO

Simulazione processo sul singolo pezzo (Pro-CAST)

Prevedere i difetti

Prevedere le caratteristiche meccaniche

VALIDAZIONE E CONFRONTO CON SIMULAZIONI

Caratterizzazione prototipi (durezze, radiografie…)

Acquisizioni estensimetriche durante test al banco

Confronto con simulazioni processo e strutturali

FOCUS SU

BRACCIO SOSPENSIONE

GHISA GJS 500-7

ANIMA INTERNA

COMPONENTE STRUTTURALE

COMPONENTE DI SICUREZZA



INPUT LE PRESTAZIONI SPECIFICHE DESIGN e DIMENSIONAMENTO ANTICIPARE LE PRESTAZIONI

DEL PROCESSO VALIDAZIONE E CONFRONTO

CON SIMULAZIONI

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





CON SIMULAZIONI

Simulazione di processo integrata nella fase di progettazione

Approccio Semplificato per il progettista

Design ottimizzato del pezzo

Meno costi – Più qualità

Simulazione di colata o stampaggio direttamente

sul pezzo

NO modellazione dello

stampo

NO industrializzazione

del processo

Prevenire difettosità legate al

processo

Progettare con le caratteristiche

meccaniche attese

Processo ottimizzato Riduzione

time-to-market

Prodotti più affidabili e

qualità costante

IL NUOVO APPROCCIO PER IL PROGETTISTA





CON SIMULAZIONI

OUTPUT DALLA

SIMULAZIONE DI

PROCESSO

CONCATENAZIONE

«CAD»

CONCATENAZIONE

«CAE»

DIFETTI Porosità da ritiro

Porosità da gas

Deformazioni

Cricche

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

PROGETTARE ANTICIPANDO LE PRESTAZIONI

Ossidi, sfogliature,

cali superficiali

CARATTERISTICHE

MECCANICHE

E, Rsn, Rr, A% Tensioni residue

(VonMises, Max-

Min Principal)

Fasi, DAS, SDAS,

durezza,

caratt.eutettico

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)


ECOTRE Footprint


ECOTRE Footprint

QuikCAST ProCAST

Due tecnologie

Differenze finite (FDM)

Volumi di Controllo (CVM)

Elementi Finiti

(FEM)

Due software

Dimensione 2.5mm Dimensione 1.5mm

Realtà

CAD


ECOTRE Footprint

1. Tecnologia Precisione ed allineamento con la realtà:

Porosità da gas, porosità da ritiro, …

QuikCAST ProCAST


Volumi di Controllo (CVM) Elementi Finiti

(FEM)


ECOTRE Footprint

2. Deformazioni, Stress ed Errori di forma Getto ed attrezzatura Affidabilità risultati, allineamento con la realtà

Motta / Stampo

getto

Scorrimento non possibile

Motta/stampo di deforma, il getto

si deforma, i corpi interagiscono

nella realtà, ma non in

simulazione

QuikCAST ProCAST


Volumi di Controllo (CVM) Elementi Finiti

(FEM)





CON SIMULAZIONI

RIEMPIMENTO - TEMPERATURA





CON SIMULAZIONI

SOLIDIFICAZIONE – FRAZIONE SOLIDA





CON SIMULAZIONI

DIFETTI: POROSITA’ DA RITIRO





CON SIMULAZIONI

DIFETTI: CRICCHE A CALDO





CON SIMULAZIONI

DIFETTI: DEFORMAZIONI (X5)





CON SIMULAZIONI

Snervamento Rottura

Allungamento HB

PROPRIETA’ MECCANICHE





CON SIMULAZIONI

Von Mises Max Principal

Trazione e Compressione

TENSIONI RESIDUE


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

Testing Center Streparava



CON SIMULAZIONI





CON SIMULAZIONI

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

SG1 Braccio

superiore lato

esterno

SG2 Braccio

superiore lato

interno

SG3 Braccio

inferiore

centrale 0°

SG4 Braccio

inferiore

centrale 90°

SG5 Braccio

inferiore

nervatura

Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa

max rilevato -2 -13 83 1 72

max atteso -2 -15 115 1 90

max rilevato 107 184 22 1 21

max atteso 145 180 27 1 25

max rilevato -2 -13 25 19

max atteso 29 22

FRENATA

MISSIONE

VERTICALE

CURVA

MISSIONE

Mpa

RIFERIMENTO ESTENSIMETRO

Rigidezza teorica

Rigidezza rilevata LH

Rigidezza rilevata RH


CAD

Realtà

Simulazione



CON SIMULAZIONI

INTEGRAZIONE

ProCAST \ CAD

Esportazione difetti

dal simulatore di

colata al CAD


Simulazione Strutturale

Rilievi estensimetrici

Simulazione Colata



CON SIMULAZIONI

• Caratteristiche attese

• Stress Residuo

• Carichi esterni

INTEGRAZIONE

ProCAST \ FEM

STRUTTURALE

Esportazione proprietà

meccaniche e tensioni

dal simulatore di colata

FEM al simulatore

strutturale FEM


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