Il software di progettazione degli stampi aiuta a ottimizzare l'assorbimento di energia e gli obiettivi di peso

Software di progettazione stampi per alleggerimento. Immagini Getty

GNS North America è un fornitore di primo livello di acciaio presso-temprato (PHS) o stampato a caldo; componenti stampati a freddo; e sottoassiemi saldati per l'industria automobilistica.

Fondata in Corea nel 1971, l'azienda impiega circa 550 persone e gestisce 16 linee di stampaggio PHS attive, 10 linee di stampaggio a freddo e varie celle di assemblaggio e saldatura. I suoi stabilimenti sono in Olanda, Michigan, Canton, Michigan e San Jose Iturbide, Messico.

Il team di ingegneri di GNS North America ha affrontato sfide nella produzione di parti per raggiungere obiettivi di assorbimento di energia e peso.

Le sfide quotidiane di produzione e quotazione di GNS erano:

Parti PHS. I componenti stanno diventando più complessi, sia nella loro geometria che a causa delle iniziative di riduzione dello spessore e di risparmio di peso. Questa combinazione introduce sfide uniche per lo sviluppo degli strumenti e dei processi. L'industria è costantemente alla ricerca di risparmi di peso, spingendo GNS North America a stampare a caldo più parti in PHS o acciaio al boro-manganese (see Barra laterale del primer in acciaio stampato a caldo).

Lo stampaggio a caldo produce componenti privi di tensioni residue, che possiedono proprietà sia di elevato snervamento che di resistenza alla trazione. Tuttavia, a causa della durezza risultante, le caratteristiche dei fori e delle fessure con tolleranza ristretta e i bordi di rifinitura devono essere tagliati al laser in un processo secondario, che può essere costoso.

Spazi vuoti su misura. I clienti richiedono inoltre componenti con prestazioni di assorbimento energetico ottimizzate per obiettivi di sicurezza e di peso. Questi requisiti hanno spinto i progetti GNS a evolversi in componenti con spessore multimateriale e persino tipologie multimateriale. Tre processi attualmente utilizzati che consentono la produzione di questi progetti su misura sono grezzi saldati su misura, grezzi laminati su misura e grezzi patch su misura.

I pezzi grezzi saldati su misura (TWB) sono realizzati da singole lamiere di acciaio di diversi spessori, resistenze e rivestimenti saldati insieme al laser. Questo processo posiziona il materiale con le giuste proprietà nei posti giusti (vedere la Figura 1).

I pezzi grezzi laminati su misura (TRB) sono fogli con una transizione continua da uno spessore all'altro. Sono prodotti su un laminatoio a freddo.

I pezzi grezzi saldati su misura (TWB) sono realizzati da singole lamiere di acciaio di diversi spessori, resistenze e rivestimenti saldati insieme al laser. Questo processo posiziona il materiale con le proprietà giuste nei posti giusti. Immagini: AutoForm Engineering GmbH

I pannelli grezzi Tailor sono pezzi grezzi 2D rinforzati localmente attaccando pezzi grezzi 2D più piccoli (patch) mediante saldatura a punti o laser (vedere Figura 2). Le toppe creano zone di spessore extra sul grezzo.

Richiedono un design unico dell'utensile, un posizionamento della saldatura a punti e delta dello spessore del materiale. Il progettista deve considerare questa variazione di spessore e modellare le zone di transizione nelle superfici della cavità dello stampo dove lo spessore del materiale passa dallo spessore doppio allo spessore singolo. Le posizioni delle saldature a punti che fanno aderire le pezze al pezzo grezzo sono importanti per prevenire il cedimento della parte così come il cedimento delle saldature a punti stesse.

Queste sfide hanno portato alla necessità di strumenti di simulazione per aiutare i team di progettazione e sviluppo di GNS North America a prevedere con sicurezza la formabilità dei componenti durante la progettazione del processo e delle attrezzature.

A seguito di valutazioni competitive, il produttore di stampaggi ha scelto di noleggiare la suite software di simulazione AutoForm come strumento di previsione del processo. Quindi il team di ingegneri ha potuto calcolare i risultati della formabilità in modo rapido e accurato. GNS ha inoltre utilizzato il software di simulazione per apportare microregolazioni alla velocità di chiusura della pressa. Il team ha modificato anche le linee di rifinitura vuote.

Gli operatori esperti presso l'impianto hanno riscontrato una bassa curva di apprendimento con il software. Coloro che non avevano familiarità con il software hanno ricevuto una formazione di base completa, mentre alcuni hanno seguito una formazione avanzata per la stampa a caldo.