Un approccio innovativo alla progettazione
degli stampi
Andrea Panvini – Università degli Studi di Brescia – PiQ2
Tommaso Botter – PiQ2
[email protected]

IL CLIENTE RICHIEDE:





Maggiore complessità dei prodotti
Maggiori specifiche qualitative
Riduzione dei pesi/integrazione di funzioni
Riduzione dei costi di produzione
Rispetto del time to market

LO STAMPISTA/LA FONDERIA deve affrontare:
Riduzione dei tempi di sviluppo e messa a punto
 Molti progetti in parallelo: necessità di rendere autonomi i
disegnatori nelle scelte e nelle verifiche senza creare colli di
bottiglia.
 Margine economico ridotto rispetto al passato: poco margine di
errore sullo stampo
 Riduzione dei lotti produttivi: stampi che devono essere
produttivi ed affidabili velocemente
 Diffusione degli stampi multi figura: compromesso di esigenze a
volte contrastanti


LO STAMPISTA/LA FONDERIA deve affrontare:



Scarso riconoscimento dei costi di progettazione e messa a
punto dello stampo: necessità di comprimere tempi e costi di
progettazione e di campionatura
Responsabilità di scelte tecniche: rischio elevato
Scarsa interazione con la fonderia: massimizzare l’affidabilità e
qualità dello stampo, fornire alla fonderia parametri di lavoro
affidabili.

Con quali STRUMENTI?
ESPERIENZA
 TEORIA E CALCOLI
 CAD
 SIMULAZIONE DI PROCESSO
 CAMPIONATURE  FEEDBACK DI FONDERIA

?
!

TURN OVER e KNOW HOW DEL PERSONALE:
Il personale di ufficio tecnico con esperienza pratica di fonderia
è sempre più raro.
 I calcoli funzionano ma i risultati devono essere sempre
interpretati sulla base dell’esperienza.


IMPOSTAZIONE STAMPO:
L’impostazione dello stampo, se errata, trascina a valle problematiche
non più risolvibili.
 Individuarle a monte permette di agire di conseguenza per evitarle
finché si è in tempo.


AUMENTO DIFFICOLTA’ PROGETTO:


Progetti nuovi e difficili rischiano di essere un salto nel
buio se manca la dovuta esperienza.
COLLI DI BOTTIGLIA:

Se l’esperienza è in mano a pochi, si creano colli di bottiglia nella
progettazione. Dovendo rispettare i tempi, molte volte lo stampo
«va avanti» senza le dovute verifiche.

INTERFACCIA CAD:


DIFFICOLTA’ DI UTILIZZO:



Benchè molti software di simulazione abbiano funzioni CAD avanzate
e complete, non sono dei modellatori solidi veri e propri e le modifiche
alle geometrie richiedono di tornare al CAD nativo.
molti software di simulazione sono complicati da utilizzare e
«sovradimensionati» per l’utilizzo effettivo.
Tipicamente in un ufficio tecnico li utilizza un numero molto ridotto di tecnici.
COSTI DI SIMULAZIONE:

il costo dei software e del personale dedicato a farlo funzionare, benché
pienamente giustificato, è tutt’ora molto elevato.

TEMPI DI SIMULAZIONE:


simulazioni complicate possono durare anche diverse ore o
giorni per mettere in evidenza problematiche che potevano
essere previste con analisi di pochi secondi o minuti.
PREVISIONE DEI DIFETTI:

alcuni degli attuali software non tengono conto di alcuni
fenomeni che accadono all’interno di uno stampo: polverizzazione
del metallo, presenza dell’aria, aumento di viscosità, tirate d’aria e
vuoto.

TEMPISTICHE DI SIMULAZIONE:


tipicamente la prima simulazione viene effettuata quando
il progetto dello stampo (e spesso la sua costruzione) è in
fase avanzata e semi definitiva
CHE CONDIZIONI SIMULARE:
Simulare il processo con parametri e condizioni diverse da quelle
reali è inutile e fuorviante.
 Velocità di iniezione e velocità all’attacco sono fortemente
dipendenti dall’intera impostazione dello stampo e dalla qualità
richiesta al getto.



Prodotto italiano, team di sviluppo internazionale.
Nato e sviluppato dalla collaborazione tra il mondo della
fonderia (stampisti e fonderie) e quello della ricerca
accademica ed industriale.



Orientato ad un utilizzo semplice ed efficiente
Specializzato sul processo di pressocolata in camera fredda
o calda.
Si interfaccia con componenti OpenSource
opportunamente modificati e customizzati.

Strumento SOFTWARE di assistenza alla progettazione e
gestione di uno stampo, utilizzabile in tutte le fasi dello
sviluppo e della produzione









PREVENTIVAZIONE TECNICA
ANALISI DELLE CRITICITA’ DEL COMPONENTE
IMPOSTAZIONE ED OTTIMIZZAZIONE DELLA BOZZA
OTTIMIZZAZIONE DEL DISEGNO DEI CANALI
DIMENSIONAMENTO DEGLI SFOGHI D’ARIA
SIMULAZIONE DEL RIEMPIMENTO
SIMULAZIONE DELLA SOLIDIFICAZIONE
OTTIMIZZAZIONE DEI PARAMETRI DI STAMPAGGIO
RISOLUZIONE DELLE NON CONFORMITA’

Strumento SOFTWARE economico, veloce e semplice da
utilizzare:






INTEGRATO IN UN CAD 3D (CORE PARASOLID)
INTERFACCIA INTUITIVA IN LINGUAGGIO COMUNE
POSSIBILITA’ DI LAVORARE «VIRTUALMENTE» IN
ASSENZA DI GEOMETRIA 3D
BASSO COSTO DI ACQUISTO E MANUTENZIONE
UTILIZZO ESTESO A TUTTO L’UFFICIO TECNICO
CALCOLO MULTIPROCESSORE NATIVO

CONCETTO DI BASE:

Effettuare a monte della progettazione una valutazione dell’impostazione
globale permette di prevenire molte difficoltà nelle fasi successive

Calcolare e prevedere con precisione il funzionamento dello stampo sulla
macchina permette di effettuare simulazioni più rappresentative delle
condizioni reali di utilizzo.

CONCETTO DI BASE:

Calcolare e prevedere con precisione il funzionamento dello stampo sulla
macchina permette di effettuare simulazioni più rappresentative delle
condizioni reali di utilizzo.
Si occupa di analizzare la geometria del pezzo e dei canali, definire i
requisiti qualitativi ed effettuare dei calcoli utili all’ottimizzazione
del 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 superficiale/porosità)
 Geometria (3D o virtuale)
 Macchina, pistone , contenitore.
 Lega e materiali stampo e getto
 Parametri di processo.
 Obbiettivi qualitativi (finitura superficiale/porosità)
 Geometria (3D o virtuale)
 Macchina, pistone , contenitore.
 Lega e materiali stampo e getto
 Parametri di processo.
 Obbiettivi qualitativi (finitura superficiale/porosità)

OUTPUT
 Parametri di processo ottimizzati
 Verifica del PQ2 , dimensionamento attacchi di colata
 Suggerimenti di ottimizzazione in linguaggio naturale

CONCETTO DI BASE:



I canali di colata sono molte volte l’unico grado di libertà
concesso allo stampista.
Errori di impostazione del sistema di colata si
ripercuotono sicuramente sulla qualità del getto.
COSA FA:


Ottimizza la geometria a monte degli attacchi per evitare
problemi nel getto.
Valuta il reale «comportamento» dei canali

TEMPI



Di preparazione della geometria: qualche minuto
Di meshatura: da qualche secondo a qualche minuto (meshatura
in parallelo su più processori)
Di simulazione: da qualche secondo a qualche minuto (calcolo in
parallelo su più processori)

COSA FA:





Ottimizza la geometria a monte degli attacchi per evitare problemi nel getto.
Valuta diverse soluzioni di canali/attacchi di colata in qualche minuto
Verifica le reali velocità agli attacchi di colata e nei canali
Verifica del riempimento dei canali e del possibile inglobamento di aria.
Individua le zone critiche per il flusso nei canali

COSA FA:





Ottimizza la geometria a monte degli attacchi per evitare problemi nel getto.
Valuta diverse soluzioni di canali/attacchi di colata in qualche minuto
Verifica le reali velocità agli attacchi di colata e nei canali
Verifica del riempimento dei canali e del possibile inglobamento di aria.
Individua le zone critiche per il flusso nei canali

CONCETTO DI BASE


Simulare in maniera il più possibile realistica il
riempimento dello stampo
OBIETTIVI




Simulare l’effetto di polverizzazione del metallo causato dalla
velocità
Considerare il flusso sia il metallo che l’aria
Simulare fisicamente l’effetto del vuoto e delle tirate d’aria.
Tener conto anche durante il riempimento della solidificazione del
metallo, della sua tensione superficiale, della viscosità.

TEMPI
Di preparazione della geometria: qualche minuto
 Di meshatura: 5-30 minuti (meshatura in parallelo su più processori)
 Di simulazione: 1-12 ore(calcolo in parallelo su più processori)


TEMPI
Di preparazione della geometria: qualche minuto
 Di meshatura: 5-30 minuti (meshatura in parallelo su più processori)
 Di simulazione: 1-12 ore(calcolo in parallelo su più processori)


OUTPUT

Classici: visualizzazione del riempimento in temperatura,
velocità, pressioni…

OUTPUT

Classici: visualizzazione del riempimento in temperatura,
velocità, pressioni…

OUTPUT INNOVATIVI
visualizzazione multifasica per macro e micro inglobamento di aria
 individuazione del non completo riempimento di parti dello stampo
 Rx virtuali


OUTPUT INNOVATIVI

visualizzazione e tracciamento del fronte freddo /ossidi

Per la determinazione della deformazione di carri, anime
ceramiche sotto l’effetto del riempimento e della moltiplica.

Per il calcolo, la simulazione ed il dimensionamento
termico dello stampo.