Impress Project summary
IMPRESS - Improvement of Precision in Forming by Simultaneous Modelling of Deflections in Workpiece-Die-Press System.
Progetto di ricerca realizzato in collaborazione con l'UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PADOVA - DIMEG - Dipartimento di Innovazione Meccanica e Gestionale.

Responsabile del progetto: Prof. Paolo Bariani

DESCRIZIONE DEL PROBLEMA

L’ottenimento di tolleranze di lavorazione sempre più strette sui componenti e una vita in servizio duratura per le attrezzature utilizzate sono tra gli obiettivi primari dell’industria di forgiatura. In particolare, geometrie complesse e non simmetriche dei pezzi generano carichi eccentrici determinando la deformazione della macchina e una conseguente perdita delle tolleranze e della precisione ottenibile. Le deformazioni del telaio della pressa sono il risultato della rigidezza complessiva del sistema pressa-stampo-pezzo in lavorazione, rigidezza che varia durante il processo di formatura a causa delle variazioni geometriche del componente. E’ dunque opportuno poter disporre di un sistema in grado di predire la geometria ottimale dello stampo, la posizione dello stampo sulla macchina e gli angoli dei piani principali all’interno della cavità degli stampi in relazione alla pressa utilizzata, al materiale del componente e alle tolleranze richieste.


Deformazioni della pressa nello stampaggio di geometrie complesse

All’interno di questo contesto si colloca il progetto Impress, con lo scopo di migliorare la qualità del prodotto, di ridurre i costi di produzione, principalmente nel settore della forgiatura, e di superare la difficoltà di predire gli effetti di una variazione tecnologica sull’interazione generale nelle operazioni di formatura. Numerosi partner sono coinvolti nel progetto come si può osservare dalla tabella seguente.

Partner	Nazione
Association pour la recherché et le Developpement des Methods et Processus Industriels	F
Dipartimento di Innovazione Meccanica e Gestionale – Università di Padova	I
Centre for Computational Continuum Mechanics d.o.o	SI
Instytut Podstawowych Problemòw Techniki	PL
Smetek ApS	DK
Istituttet for Produktudvikling	DK
Buurskov & Lassen Maskinfabrik I/S	DK
Vaccari S.P.A.	I
Iskra Avtoelektrika d.d.	SI
Transvalor	F

APPROCCIO TECNICO-SCIENTIFICO

L’approccio proposto è quello di sviluppare un modello delle deflessioni nei sistemi di formatura mediante lo studio dei seguenti aspetti:

Misura e caratterizzazione della rigidezza di pressa in condizioni di carico complesse: l’obiettivo è di realizzare un avanzato sistema di misura della rigidezza in cui una calotta cardanica è combinata con una unità separata per l’applicazione dei carichi orizzontali. Questo sistema permette la misura della rigidezza in dodici diverse configurazioni assicurando una caratterizzazione che rispecchi le complesse condizioni di carico a cui è sottoposta la macchina durante lo stampaggio di componenti industriali.
Calcolo delle deflessioni che interagiscono simultaneamente in un sistema combinato pezzo-stampo-pressa e ottimizzazione della precisione dei componenti e della durata della vita in servizio delle attrezzature utilizzate tenendo conto della rigidezza di pressa: l’influenza della rigidezza della macchina sulla precisione dei componenti e sulla dispersione dei valori geometrici delle dimensioni del prodotto viene studiata in contrapposizione con il danneggiamento dovuto a fatica e all’usura degli stampi. Gli sforzi della ricerca sono dedicati a introdurre una architettura di software che renda possibile la soluzione parallela dei problemi accoppiati relativi a pressa-stampo-pezzo.

RUOLO INDUSTRIALE NEL PROGETTO

Il compito di Vaccari all’interno del progetto riguarda principalmente la qualificazione di pressa, mettendo a disposizione presse su cui effettuare test e una pluriennale esperienza nel campo della progettazione. Per caratterizzare la rigidezza di una pressa è necessario generare e misurare carichi e contemporaneamente le deformazioni subite dal telaio della macchina e a questo scopo è stata sviluppata una attrezzatura sperimentale. Sono state progettate in collaborazione con il dipartimento DIMEG dell’Università di Padova una cella di carico verticale ed una orizzontale per l’applicazione e la misura di carichi eccentrici su una pressa a vite. All’interno delle celle è montato un sensore piezoelettrico che permette la misura della forza agente. E’ stato inoltre sviluppato un sistema non a contatto per la misura delle deformazioni elastiche della macchina sotto l’azione di carichi.


(a)	(b)
(a) Dispositivi per la generazione e la misura del carico e sistema di misura delle deformazioni (b)

PRINCIPALI RISULTATI OTTENUTI

Le attrezzature sono state poi utilizzate per la qualificazione di una pressa a vite Vaccari da 2300kN dal punto di vista della rigidezza, con la determinazione della matrice proporzionale e grafica di flessibilità.
La validazione del lavoro svolto è stata condotta mediante la forgiatura di un componente a forma trapezoidale, processo in cui sono state monitorate le deflessioni della macchina; i risultati sono poi stati confrontati con le deflessioni predette tenendo conto della rigidezza della pressa.
Infine due casi industriali, un raccordo a t da rubinetteria e una paletta per turbina, sono stati stampati su una pressa a vite misurando carichi e deformazioni e i risultati sono stati confrontati con quelli numerici ottenuti utilizzando la matrice di rigidezza precedentemente ricavata.



Il caso industriale T-joint


Il caso industriale paletta per turbina - deformazioni


Il caso industriale paletta per turbina - forze