Software
SIMULAZIONE & STAMPA 3D
01/08/2018

Senior Flexonics (www.seniorflexonics.com) sta sviluppando HEX, uno scambiatore di calore liquido/aria, compatto, di nuova generazione, per applicazioni industriali e mobili. ©Foto: Senior Flexonics LLC.

L’adozione di tecnologie di simulazione firmate da ANSYS e l’utilizzo di tecniche di additive manufacturing velocizzano la progettazione di utensili per la lavorazione di tubi alettati per gli scambiatori di calore HEX prodotti da Senior Flexonics.

di Federica Conti

Senior Flexonics (www.seniorflexonics.com) sta sviluppando HEX, uno scambiatore di calore liquido/aria, compatto, di nuova generazione, per applicazioni industriali e mobili. L’utilizzo di tubi alettati per aumentare il trasferimento di calore tra il gas caldo nei tubi e l’acqua fredda nei serbatoi ha permesso di ottenere un nuovo prodotto, più piccolo e leggero rispetto agli altri modelli. Tuttavia, questi tubi sono difficili da produrre, perché l’elevato rapporto altezza/larghezza delle alette ne rende difficile lo stampaggio, sia sul foglio grezzo che sullo stampo progressivo.

L’utilizzo di tubi alettati per aumentare il trasferimento di calore tra il gas caldo nei tubi e l’acqua fredda nei serbatoi ha permesso di ottenere un nuovo prodotto. I tubi sono però difficili da produrre, perché l’elevato rapporto altezza/larghezza delle alette ne rende difficile lo stampaggio, sia sul foglio grezzo che sullo stampo progressivo. ©Foto: Senior Flexonics LLC.

PROBLEMA E SOLUZIONE

Quando l’azienda ha presentato questo nuovo progetto ai suoi due fornitori di utensili, ha ricevuto un rifiuto dal primo e dal secondo la richiesta di 12 settimane e 60.000 dollari per il lungo processo di trial-and-error in officina. Gli ingegneri di Senior Flexonics hanno deciso quindi di simulare l’operazione di stampaggio avvalendosi del software ANSYS LS-DYNA (www.ansys.com), con l’obiettivo di accelerare il processo di prototipazione degli utensili. La simulazione ha permesso di identificare e correggere i problemi in un progetto di stampo progressivo già esistente, selezionare la parte di materiale corretta e validare il processo di piegatura dei fogli alettati in un cilindro. Grazie all’additive manufacturing (stampa 3D), gli utensili sviluppati, utilizzando la simulazione sono arrivati in sole tre settimane, al costo di 3.000 dollari e hanno funzionato perfettamente già al primo utilizzo. Gli ingegneri di Senior Flexonics hanno dunque deciso di progettare l’utensile internamente e di adibire un ufficio a servizi di stampa 3D per farlo. Pur non avendo familiarità con ANSYS LS-DYNA, sono stati comunque in grado di configurare la simulazione rapidamente e facilmente grazie alla loro dimestichezza con l’ambiente ANSYS Workbench, “estraendo” un progetto iniziale nel software CAD per poi aprire il modello in Workbench.

 

 

Sulla base delle tecniche di simulazione e grazie all’adozione della tecnologia di additive manufacturing è stato prodotto un primo prototipo del prodotto, al fine di un’analisi approfondita dei dettagli. ©Foto: Senior Flexonics LLC.

Grazie al software di simulazione ANSYS LS-DYNA è stata prevista una soluzione transiente di quattro cicli di stampaggio (vedi anche foto in home page). I risultati hanno indotto i tecnici di Senior Flexonics a regolare la geometria del tool per neutralizzare i problemi di distorsione.

SIMULATA LA DEFORMAZIONE

ANSYS LS-DYNA ha iterato una soluzione transiente di quattro cicli di stampaggio in 38 ore. I risultati della simulazione di deformazione hanno mostrato che la parte prodotta da un progetto iniziale esistente si sarebbe arricciata sulla sua corona e sulle pareti dove avrebbe dovuto essere relativamente piatta e che il raggio alla radice dell’aletta era troppo grande. Sulla base dei risultati di deformazione del nastro – che hanno mostrato una notevole lacerazione – i tecnici di Senior Flexonics hanno regolato la geometria del tool per neutralizzare i problemi di distorsione, sostituendo il materiale con acciaio inossidabile 316L per risolvere il problema dello strappo.

Le tecniche di simulazioni ANSYS hanno permesso di affinare il processo di produzione dei tubi alettati per gli scambiatori di calore HEX prodotti da Senior Flexonics.

Dopo solo un paio di iterazioni, la simulazione ha predetto che il nuovo progressive die avrebbe prodotto parti con la giusta geometria e avrebbe limitato la lacerazione alla sola prima aletta, risultato ritenuto accettabile. Sulla base dei risultati dei tooling stress – che hanno dimostrato che questi componenti potrebbero facilmente resistere al processo di formatura – i tecnici di Flexonics Senior hanno ordinato il prototipo da un ufficio di servizi di stampa 3D. Senza la simulazione è probabile che sia il progressive, che il rolling die avrebbero richiesto riparazioni costose e probabilmente anche un rebuilding per risolvere i problemi identificati nella simulazione, che ha permesso invece di ottenere matrici appropriate alla prima delivery, risparmiando decine di migliaia di dollari e consentendo all’azienda di rispettare il programma di sviluppo del prodotto.

Per maggiori informazione è possibile leggere l’articolo edito in inglese a firma di Mark Davey, Principal Engineer Senior Flecxonics Inc., Bartlett, USA, al link https://www.ansys.com/about-ansys/advantage-magazine/volume-xii-issue-1-2018/simulation-and-additive-manufacturing-speed-tooling-design. ©tecnelab

Una fase del processo con gli utensili definitivi installati sul sistema di stampaggio adottato.



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