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Modellazione efficace dei bordini rompigrinza nella simulazione stampaggio lamiera

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Per ottenere un processo di stampaggio ottimale di un elemento senza la formazione di grinze o rotture, è necessario tenere sotto controllo il flusso del materiale durante l’operazione di imbutitura. Questo controllo può essere garantito grazie all’utilizzo di bordini rompigrinza in combinazione con la forza applicata al premilamiera. Nel corso della progettazione del processo, la posizione, la lunghezza e la forza dei bordini possono essere decise con l’obiettivo di produrre un particolare stampato in modo ottimale e riducendo al minimo l’utilizzo del materiale. Anche durante la prova stampi, i bordini possono essere modificati manualmente per ottenere il processo voluto. In generale, quando si utilizzano i bordini, diversi aspetti devono essere presi in considerazione per ottenere le condizioni ottimali di stampaggio.

Un uso intensivo dei bordini, così come il bisogno di apportare varie modifiche, richiede un approccio strutturato alla modellazione dei bordini in una simulazione di stampaggio. Le variazioni di tali modelli di simulazione devono essere semplici e veloci e soprattutto non devono poter influenzare in modo significativo il tempo di calcolo. Con l’ultima release del suo software AutoFormplus R6, AutoForm ha introdotto un metodo specifico per modellare in modo efficace il comportamento dei bordini. Questa metodologia consiste in:

  • Generazione del bordino 3D
  • Appiattimento del bordino (flattening)
  • Modellazione del comportamento specifico del bordino
  • Ricreazione del bordino (unflattening)

Generazione del bordino 3D

Per la generazione del bordino 3D, sono due gli aspetti che devono principalmente essere presi in considerazione: la posizione e la geometria del bordino. In primo luogo, la posizione del bordino è definita per mezzo di un curva, che rappresenta il centro del bordino. In secondo luogo, la geometria del bordino è definita sulla base di un profilo bidimensionale della sezione del bordino stesso. Alla fine, il profilo del bordino è modellato nelle superfici degli utensili nella posizione esatta della curva del bordino.

Appiattimento del bordino (flattening)

I bordini possono influenzare la forma del foglio di lamiera dopo la chiusura del premilamiera e questo può causare la formazione di grinze. La formazione di grinze tuttavia può essere rilevata solo utilizzando i bordini geometrici in simulazione. E gli stessi permettono anche una stima più accurata dello spezzone dal momento che il materiale usato per modellare i bordini è computato nel calcolo dello spezzone. I bordini geometrici sono perciò utilizzati durante la chiusura del premilamiera, quando il tempo di calcolo è relativamente breve. Dopo la chiusura del premilamiera, l’area del bordino è appiattita e un bordino lineare viene utilizzato per il processo di formatura. Gli effetti quali il computo esatto dello spezzone e la comparsa di grinze restano presenti anche dopo l’appiattimento del bordino.

Modellazione del comportamento specifico del bordino

Il bordino di tipo adaptive è un sofisticato bordino lineare che utilizza le condizioni del processo in tempo reale per il calcolo degli effetti del bordino stesso. I fattori di tenuta e rilascio del bordino (fR e fU) sono costantemente ricalcolati nel corso della simulazione sulla base dei parametri seguenti:

  • La geometria del bordino, che è influenzata dalla distanza tra gli utensili. Questa distanza può variare durante la simulazione come risultato dell’apertura del tool, riducendo così gli effetti del bordino
  • Lo spessore della lamiera
  • Le proprietà locali del materiale (work hardening). Se, per esempio, il foglio di lamiera si incrudisce prima di entrare nel bordino, la forza di tenuta che il materiale genera nel bordino aumenterà
  • Le forze nel piano (membrane stress) derivanti dalla pressione del premilamiera o dalla tenuta del bordino esterno in caso di doppio bordino

Questo significa che, coerentemente con quanto succede nella realtà, gli effetti del bordino possono cambiare in ogni momento nel corso del processo di formatura. Uno dei vantaggi maggiori del bordino di tipo adaptive, quindi, consiste nel fatto che una volta definita la geometria del bordino da parte dell’utente, tutti i fattori sopra menzionati sono automaticamente presi in considerazione dal calcolo. Non c’è dunque bisogno di effettuare regolazioni manuali delle condizioni di tenuta in caso di doppio bordino o superfici inclinate del premilamiera.

    Ricreazione del bordino (unflattening)

    L’”unflattening” è un’opzione che permette di ricreare la geometria del bordino precedentemente appiattita (reverse flattening) alla fine dell’operazione di formatura. In alcuni casi può essere necessario generare nuovamente i bordini geometrici per considerare, ad esempio:

    • L’influenza della rigidezza strutturale dell’elemento stampato dopo il ritorno elastico verificatosi alla fine dell’operazione di stampaggio
    • Ogni influenza della forma del bordino quando posizionato in un’operazione secondaria

    Osservazioni conclusive

    Al fine di integrare efficacemente gli effetti dei bordini in una simulazione di stampaggio, si consiglia di utilizzare il modello lineare di bordino adattativo (adptive line bead) in combinazione con la funzionalità appiattimento (flattening) del bordino stesso. Quando anche le operazioni secondarie devono essere simulate, il modello lineare di bordino adattativo può essere utilizzato in combinazione con le funzionalità di appiattimento (flattening) e ricreazione (unflattening) del bordino stesso.