GEA S.r.l.
Gruppo Magnetto
ing. Federico Valente
Ruolo dello stampaggio lamiera
nel ciclo di sviluppo prodotto
nell’industria dell’automobile
ing. Federico Valente
Engineering
GEA S.r.l
Via Pavia, 65
10090 Cascine Vica - Rivoli (Torino)
27/03/02
Diapositiva 1
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Ciclo di sviluppo prodotto
Diapositiva 2
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Specifiche prodotto
(costo, prestazioni, valore)
Disegno prodotto
(elemento / sottogruppo / sistema)
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Ciclo prodotto generico
Costo e
impiego
risorse
tempo
Concept:
definizione primo
disegno
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Progettazione:
ingegnerizzazione e
sviluppo prodotto
Produzione:
fabbricazione e
collaudo
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Confronto con ciclo ridotto
Costo e
impiego
risorse
Concept
Progettazione
Produzione
tempo
La conseguenza diretta di una spesa maggiore nelle prime
fasi del ciclo prodotto è l’anticipazione delle fasi successive.
La riduzione della spesa globale è espressa nel grafico dalla
differenza fra l’area in blu e l’area in rosso.
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Target setting integrato
costi, contenuti, prestazioni
Da dove nasce, come si evolve e cosa
produce il concept di prodotto
V.O.C.
(Voice Of Customer)
Strumenti e metodologie di
cost & value management
Concept
prodotto
Survey innovazione su
materiali e tecnologie
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Dimostratore:
Costruzione prototipo
Strumenti e metodologie
di disegno e di calcolo
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Costi
+
Target setting integrato
costi, contenuti, prestazioni
Il target di costo è il principale obiettivo da raggiungere e rappresenta
l’elemento di controllo delle fasi successive (dal disegno a CAD alla scelta
delle tecnologie e dei materiali). Non può e non deve tuttavia essere
considerato separatamente dagli altri elementi, per non rischiare di
allontanarsi dalla realtà.
Contenuti
Contenuti di prodotto intesi come valore aggiunto alla progettazione.
+
Con questa voce si intendono i requisiti di peso, geometrici (tolleranze
dimensionali, aspetto estetico) e meccanici (resistenza, rigidezza,
vibrazioni, ...), che il prodotto deve rispettare e che in questa fase devono
già essere considerati a pieno titolo per una corretta impostazione
dell’attività di sviluppo.
Prestazioni
=
Definizione di una base per
l’impostazione dell’attività
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NOTA.
Quando i tre elementi sono definiti
separatamente l’uno dall’altro e/o in momenti
diversi si può rischiare di definire un’impostazione
dell’attività non corretta o non ottimale. Eventuali
modifiche dell’impostazione in fasi successive
può risultare difficile o impossibile, se non
rinunciando a contenuti importanti, a riduzione di
costi, o a prestazioni .
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Analisi costi
Strumenti e metodologie di
cost & value management
le metodologie per i processi di Cost Estimation, che
permettono la valutazione di tutte le componenti del costo
pieno di prodotto, e per la gestione dell’informazione di costo.
+
Value Engineering
=
Processo di gestione
di valore e di costo
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la metodologia di supporto alla progettazione per
l’ottimizzazione del valore delle funzioni del prodotto, inteso
come rapporto tra prestazioni e costo delle stesse.
NOTA.
Le due attività hanno la funzione di gestione e
controllo degli obiettivi espressi nella fase precedente, di
costo e di prestazione. Attività correlate riguardano il “value
setting” (l’individuazione del valore per il cliente del
prodotto, attraverso anche ricerche di mercato) e il “cost
targeting” (l’integrazione del costo prestazioni come guida
nella scelta del processo di definizione degli obiettivi).
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Materiali
Survey innovazione su
materiali e tecnologie
Oggi portare innovazione nell’automobile non può prescindere dalla ricerca di
nuovi materiali. Esiste una sempre più ampia gamma di lamiere con
caratteristiche di grande interesse industriale (ad esempio con buon
comportamento allo stampaggio e grande resistenza meccanica).
+
Tecnologie
Talvolta è non soltanto strategico ma anche necessario considerare
processi produttivi non tradizionali, come l’idroformatura, la saldatura laser,
il tailored blank, ...
=
Arricchimento idea con
proposte innovative
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NOTA.
I due filoni di ricerca (materiali e tecnologie di
fabbricazione) sono strettamente legate fra loro. La decisione
di proporre nuovi materiali è legata a specifiche sul prodotto
(peso, resistenza, ...) ma è inscindibile da considerazioni di
processo. Dal punto di vista del produttore, la valutazione di
costo legato alla scelta di un particolare materiale deve essere
comprensiva della necessità di adattamento di attrezzature
esistenti o di realizzazione di attrezzature adeguate.
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Disegno CAD
+
Verifica prestazionale
Strumenti e metodologie
di disegno e di calcolo
Sono qui considerati tutti i vincoli prestazionali e tecnologici che
guidano il disegno geometrico. In particolare: devono essere
verificati gli ingombri; devono essere considerati i vincoli strutturali
e di processo (stampaggio ed assemblaggio).
Il metodo di calcolo FEM o altri metodi di calcolo strutturale per
la valutazione delle prestazioni della parte, in termini di
rigidezza, resistenza, comportamento dinamico, ...
+
Simulazione processo
=
Se si tratta di stampaggio lamiera, si tratta di valutare in
modo rapido e sufficientemente accurato i rischi di grinze e
di rotture e di apportare eventualmente miglioramenti sia
alla geometria della parte sia al processo di stampaggio.
Definizione disegno nel
rispetto delle specifiche
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Fase 1
TARGET SETTING
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Fase 2
IPOTESI MATERIALI
Fase 3
MODELLAZIONE CAD
Pianificazione
sviluppo prodotto
Fase 4
VERIFICHE STRUTTURALI
Fase 5
ANALISI COST & VALUE
Fase 6
PROVE DI STAMPAGGIO
Fase 7
VALIDAZIONE SOLUZIONE
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Esempio: sviluppo traversa sacrificale
= caratteristica richiesta per materiale traversa
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Esempio: sviluppo traversa sacrificale
Criteri di alleggerimento :
Componenti strutturali possono essere alleggeriti, con opportune scelte di
materiali, in funzione di criteri di alleggerimento, come ad esempio:
Rigidezza membranale
Resistenza a trazione e a compressione
Resistenza a crash e a buckling
∝
∝
∝
E/ρ
Rp / ρ
√Rp / ρ
dove :
E
Rp
ρ
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=
=
=
modulo elastico
tensione a rottura del materiale
densità del materiale
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Esempio: sviluppo traversa sacrificale
Verifica di resistenza: Urto tipo Allianz:
Veicolo impattante a 16 km/h contro
muro rigido con copertura del 40 %.
Deformazione a 0.02 s
(Energia assorbita 6.5 kJ)
Spostamento parete anteriore
assorbitore: 90.3 mm
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Disegno Elemento / Sottogruppo / Sistema
Progetto Stampi
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Capitolato Tecnico Stampi
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
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Premessa generale
Norme di progettazione
Norme antinfortunistiche
Targhette e stampigliatura
Verniciatura
Supporti tecnici forniti
Tempistiche
Condizioni di fornitura
Allegati
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Capitolato Tecnico Stampi
NORME DI PROGETTAZIONE
1. Stampi di imbutitura
2. Stampi di rifilatura e foratura
3. Stampi di assestamento e trafilatura
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Progettazione Stampi
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Progettazione Stampi
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FMEA di Processo
:KDW FDQ )DLOXUH 0RGH DQG (IIHFWV $QDO\VLV GR IRU \RX"
)0($ LV D V\VWHPL]HG JURXS RI DFWLYLWLHV LQWHQGHG WR
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WKH SRWHQWLDO IDLOXUH RFFXUULQJ
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Metodologie CAE di processo
Simulazione stampaggio lamiera
Una metodologia integrata basata essenzialmente su
due approcci sperimentalmente validati e tra di
loro assolutamente complementari:
1) Analisi “inversa”
2) Simulazione “incrementale”
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Metodologie CAE di processo
Analisi preliminare di imbutibilità. Viene
effettuata con codici di simulazione inversa
(one-step) che danno risultati di prima
approssimazione in tempi brevi
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Metodologie CAE di processo
Simulazione di imbutitura. Viene effettuata con
codici di simulazione incrementale (espliciti) che
danno risultati accurati in tempi medio-lunghi.
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Metodologie CAE di processo
Ottimizzazione dei parametri di processo
e geometrica per determinare la migliore
configurazione di stampaggio (direzione
di imbutitura, bordini rompigrinza, forma
del premilamiera, ecc.).
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Metodologie CAE innovative
Analisi strutturale. Viene effettuata con codici
strutturali lineari ed hanno lo scopo di verifica
strutturale di stampi per processi di stampaggio
lamiera; può essere integrata con la simulazione
di processo per la determinazione delle
distribuzioni dei carichi sulla struttura nelle
condizioni di funzionamento nominale e/o di
malfunzionamento.
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Metodologie CAE innovative
Ottimizzazione strutturale. Vengono eseguite
ottimizzazioni strutturali degli stampi, mediante
strumenti software specifici che realizzano una
funzione obiettivo (ad esempio massima
rigidezza, minore sollecitazione e minore
volume) tramite l’ottimizzazione del layout di
materiale disponibile.
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Metodologie innovative CAE - sviluppi
- Simulazioni di imbutitura di maggiore qualità, attraverso l’uso di modelli FEM con
maggiore raffinamento e in minor tempo, così da rispondere tempestivamente alle
esigenze dei settori produttivi.
- Calcolo del ritorno elastico e previsione delle correzioni superfici. È una metodologia
iterativa di previsione delle correzioni da apportare alle superfici degli stampi, per fare
fronte ai difetti di forma dovuti al ritorno elastico dei componenti stampati. In un futuro
potrebbe essere effettuato con tempi e accuratezza accettabili per applicazioni di
interesse industriale.
- Simulazione dell’intero ciclo di stampaggio. Attualmente la simulazione si limita ad
individuare le criticità collegate alle operazioni di imbutitura; la simulazione delle
operazioni successive è possibile ma con tempi che rendono raramente conveniente
l’analisi. Una maggiore potenza di calcolo consentirebbe da una parte di abbattere il
tempo richiesto per l’analisi, dall’altra di avere risultati più accurati così da minimizzare
l’errore del risultato di ciascuno step, punto di partenza per lo step successivo.
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Alcuni siti internet di interesse nel campo
dello stampaggio lamiera per l’automobile
http://www.tuttostampi.com/ (http://www.lamiera.it/)
http://www.usinorauto.com/
http://www.ssabtunnplat.com/
http://www.thyssenkrupp.com/
http://www.ulsab.org/
http://www.ulsac.org/
http://www.ulsas.org/
http://www.euroncap.com/
http://www.sae.org/
http://staff.nt2.it/michele/
http://auto.netsurf.it/auto-altrisiti.htm/
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Diapositiva 28