SIMONETTO ENRICO

Modellazione sperimentale e numerica dei processi di formatura di lamiera La ricerca ha avuto come oggetto le problematiche dei processi di stampaggio e piegatura a freddo ed a caldo di leghe metalliche. In riferimento al comportamento dei materiali, la ricerca è stata orientata alla calibrazione dei parametri costitutivi del materiale in relazione ai parametri di processo e alle proprietà finali dei componenti stampati . In merito alla formabilità sono stati studiati i limiti di formabilità di diverse leghe metalliche, in funzione dello stato di sollecitazione applicato e dell’anisotropia della lamiera in particolari condizioni di processo quali: ad elevata temperatura , a bassa temperatura (inferiore a T. ambiente), con l’applicazione di correnti per studiare l’effetto elettroplastico. Nell’ambito della tribologia, sono stati studiati i fenomeni di attrito ed usura coinvolti nello stampaggio a caldo di lamiere in leghe alto resistenziali di alluminio anche in presenza di lubrificanti. Con riferimento allo sviluppo di processo, sono stati sviluppati dei modelli numerici per lo studio del processo di profilatura di tubi metallici per correlare le proprietà finali dei componenti con i principali parametri di progettazione del fiore di formatura. Lo studio è stato finalizzata all’ottimizzazione del fiore in funzione delle proprietà meccaniche e geometriche finali del componente. Nello stesso ambito, sviluppo di processo, è stato modellato sia dal punto di vista numerico che analitico un nuovo processo di piegatura incrementale flessibile per lamiere metalliche, mediante l’uso di utensili a rullo. Il modello numerico è stato utilizzato per calcolare i carichi e i parametri di processo, a loro volta utilizzati come input per la progettazione di una macchina prototipale per piegare componenti fino a 2 m di lunghezza a 6 mm di spessore. In riferimento al controllo di processo è stato sviluppato ed implementato un algoritmo di generazione del percorso utensili, in funzione della geometria da ottenere, al fine di ottimizzare tempi di lavorazione e geometria del componente piegato. Sempre nell’ambito sviluppo di processo, è stato proposta una nuova filiera di processo per la produzione di lamiere nanostrutturate, basato su un approccio di Severe Plastic Deformation incrementale, eseguito a partire dal tradizionale processo di backward flowforming. Il processo tradizionale è stato migliorato con l’aggiunta di uno speciale vincolo radiale finalizzato ad innalzare lo stato tensionale triassiale nella zona di deformazione, in modo da poter aumentare il grado di deformazione applicato senza generare rotture nel materiale . Il processo è stato modellato numericamente, per ottimizzarne i parametri, ed è stato validato sperimentalmente su componenti in lega di alluminio.

Modellazione sperimentale e numerica dei processi di formatura di tubi. Nell’ambito dello sviluppo di processo è stato sviluppato un nuovo processo di piegatura ad elevata temperatura per componenti tubolari in materiali alto resistenziali. Il processo di sviluppo è stato supportato da modelli numerici creati appositamente per la previsione delle caratteristiche meccaniche finali in funzione dei parametri di processo adottati. Lo sviluppo del modello ha richiesto anche lo studio della tribologia del processo a caldo, con particolare attenzione alle condizioni di scambio termico tra pezzo e utensili, fondamentali nel determinare le proprietà finali del pezzo. Un’attrezzatura prototipo è stata realizzata e testata, per validare l’applicabilità della tecnologia nel caso di tubi in acciaio alto-resistenziale, finalizzata alla creazione di componenti con microstruttura variabile sullo sviluppo del tubo piegato per ottimizzarne la resistenza meccanica. In parallelo è stato proposto un nuovo modello analitico, per la previsione del ritorno elastico, nel caso di componenti piegati con distribuzione della temperatura variabile lungo la sezione. I risultati hanno dimostrato come la tecnologia proposta consenta di ottenere componenti con ottime proprietà meccaniche, ridotto ritorno elastico e buone caratteristiche geometriche.

Modellazione sperimentale e numerica dei processi di formatura massiva. In questo ambito lo studio del comportamento dei materiali è stato finalizzato all’analisi della reologia di leghe metalliche in riferimento all’influenza dei parametri di processo sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche finali. Nell’ambito della modellazione numerica sono stati sviluppati dei modelli numerici per lo studio della process chain di forgiatura a caldo di componenti massivi ed in particolare per la previsione delle distorsioni geometriche indotte dagli effetti termici e microstrutturali durante le fasi di raffreddamento. Nell’ambito della tribologia sono stati studiati nuovi lubrificanti solidi per la determinazione dei parametri di attrito in condizioni di processo.

Modellazione sperimentale e numerica di processi per la formatura di materiali compositi. In questo campo le attività di ricerca si sono focalizzate sulla formatura di componenti Fibre Metal Layer FLM, realizzati tramite lo stampaggio a caldo di lamiere metalliche con all’interno uno o più strati in materiale polimerico termoplastico rinforzato in fibra. La ricerca in particolare si è focalizzata sullo studio che la texture superficiale delle lamiere metalliche può avere sulla forza di adesione tra i diversi strati, determinanti nello stabilire le proprietà finali del pezzo. Sperimentalmente, nel caso di FLM con lamiere in magnesio e termoplastico in nylon, è stato valutato l’effetto della rugosità superficiale e della presenza di ossidi metallici rispetto alle forze di adesione ottenute. Il fenomeno è stato modellato numericamente, tramite un approccio basato sulla definizione di una Choesive Zone, ed è stato proposto anche un nuovo modello di comportamento della zona di coesione in funzione della rugosità superficiale e dello stato tensionale applicato.

Monitoraggio di processo Le attività di ricerca sono state orientate allo studio e alle definizioni di nuove metodologie per il monitoraggio in linea dei processi di formatura. Oggetto degli studi sono state macchine per la piegatura di tubi, macchine per la profilatura di lamiere, e i processi di stampaggio lamiera e di forgiatura a caldo. Per il primo in particolare sono stati sviluppati una serie di utensili intelligenti per il monitoraggio in linea sia delle proprietà geometriche, quali angoli e raggi di piega, sia per la determinazione della posizione e dell’entità di eventuali difetti. Sono stati inoltre sviluppati degli utensili, con incorporati sensori ottici a basso costo per la determinazione del movimento relativo pezzo-utensili nelle varie fasi di formatura per determinare l’insorgenza difetti funzionali ed estetici sulla totalità dei pezzi prodotti. Per le macchine di profilatura della lamiera, sono state sviluppate delle nuove cassette di formatura porta-rulli, con architettura ottimizzata per (i) l’inserimento di sensori finalizzati a misure geometriche e di carico, (ii) l’automazione dei gradi di libertà disponibili, (iii) un aumento della rigidezza e un miglioramento del comportamento meccanico. Le cassette, realizzate e validate con test in linea di produzione si sono dimostrate una valida piattaforma per lo sviluppo di nuove logiche di controllo automatico finalizzate alla diminuzione dei tempi di set-up della linea, del numero di scarti, e all’aumento della qualità del prodotto. Per il processo di stampaggio di lamiera, sono in fase di sviluppo degli smorzatori magneto-reologici, la cui caratteristica resistente può essere modificata attivamente durante il processo al fine di controllare il flusso della lamiera durante un’operazione di stampaggio. Per i processi di forgiatura a caldo sono state utilizzati dei modelli numerici, combinati con un sistema di misura non a contatto per il monitoraggio delle distorsioni di componenti forgiati a caldo indotte dalla fase di raffreddamento.