Riassunto analitico
L’introduzione del concetto di automazione nel processo di “Compression Moulding”, per la produzione di massa di componenti automotive in fibra di carbonio, CF-SMC (Carbon Fiber-Sheet Moulding Compound), costituisce una tematica di grande rilievo perché offre la possibilità di incrementare aspetti come l’efficienza, la precisione e la sicurezza della lavorazione, di ridurre i costi complessivi di quest’ultima, nonché di personalizzare le proprietà del prodotto. Lo studio dello stato dell’arte del processo di stampaggio dei materiali CF-SMC ha fatto emergere i limiti del processo di lay-up manuale e le potenzialità dei sistemi “pick and place” per il trasferimento delle cariche non curate dalla preforma allo stampo della pressa. La riduzione del tempo di permanenza del materiale composito nello stampo caldo; e di conseguenza della probabilità di alterare le proprietà del composito in seguito ad una prematura reticolazione della matrice; può essere arginata attraverso l’impiego del Needle Gripper, che è il dispositivo di presa identificato come più affine alle proprietà del materiale in questione. Poiché dai test aziendali sono emerse delle criticità connesse al ridotto ciclo di vita degli aghi, lo scopo di questa tesi è quello di individuare i parametri geometrici e le condizioni di funzionamento sui quali fare leva per ottimizzare il Gripper in termini di efficienza. Tuttavia, trattandosi di un argomento poco approfondito dal punto di vista bibliografico, il presente studio propone una metodologia progettuale del singolo modulo di presa per l’afferraggio di “cariche” CF-SMC non curate. Il metodo proposto si basa sull’impiego di un modello funzionale del modulo di presa elementare, che viene acquisito come riferimento per la caratterizzazione del comportamento fisico del Gripper, attraverso una prima formulazione analitica delle quattro fasi del processo di afferraggio (foratura, distacco, movimentazione, rilascio). Data la complessità delle analisi, il metodo in questione, che sfrutta strumenti analitici, numerici e sperimentali, è stato implementato rispetto alla prima fase del processo, ovvero quella di foratura. Un primo studio analitico del processo di foratura ha messo in luce i parametri caratteristici e ha determinato l’indagine della correlazione esistente tra le forze di interazione ago-foglio CF-SMC non curato, la velocità dell’ago, e l’angolo di inclinazione con cui viene eseguito il processo di foratura del composito.
Il modello numerico è stato implementato con il software Abaqus attraverso l’impiego di un metodo ibrido FEM- SPH. L’algoritmo mesh-free SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics), che in letteratura è delineato come il metodo più indicato per modellare problemi che coinvolgono grandi deformazioni, ha reso possibile la simulazione del processo dinamico di foratura del materiale composito, conoscendo come proprietà del materiale solo il Modulo di Young e il Coefficiente di Poisson. Dato il carico computazionale maggiore di questo metodo mesh -free, la strategia adottata per ridurre il tempo di calcolo prevede l’impiego del FEM per i restanti componenti del modello e l’impostazione del parametro “Mass Scaling”. Infine, la progettazione di appositi set-up sperimentali e la definizione del lay-up di foratura, ha reso possibile raccogliere dati sulle forze e procedere ad una prima valutazione del modello e correlazione tra forze scambiate e parametri geometrici caratteristici.
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