• Cerchi
• Cricche
• Fatica
• Stampi
• Stress

Tra tutti i componenti che appartengono al settore automotive, i cerchi in lega di alluminio svolgono un ruolo cruciale non solo in termini di estetica e peso, ma anche per quanto riguarda la sicurezza e le prestazioni dinamiche del veicolo. Cromodora Wheels, azienda leader nella produzione e fornitura come primo equipaggiamento di cerchi in alluminio, si ritrova ad affrontare sfide significative legate alla durata degli stampi utilizzati nel processo di creazione dei cerchi grezzi partendo dalla fusione di alluminio.
Gli stampi tendono a creparsi a causa della fatica termomeccanica. Per ciascuno di essi ci si aspetta una vita di una certa durata ma spesso accade che nella realtà essa sia più breve. Ogni ciclo di produzione prevede il riscaldamento e il raffreddamento dello stampo, processo che induce dilatazioni e contrazioni termiche con conseguenti stress meccanici. A causa di questi stress che si generano, si può assistere alla formazione di cricche precoci che sono la causa della riduzione della vita dello stampo. Questo perché tali difettosità si ripercuotono nel cerchio stampato la cui qualità superficiale deve essere sempre garantita, soprattutto nel lato dello stile dove i vari costruttori di auto richiedono di rispettare standard molto elevati.
Tali cricche possono essere riparate dai fornitori di stampi solo per un numero limitato di volte, oltre le quali è necessario sostituire completamente i maschi con i conseguenti ingenti costi che ne derivano.
Questo lavoro di tesi magistrale ha l'obiettivo di studiare cosa può influire sulla vita a fatica degli stampi e per fare questo verrà analizzato nel dettaglio il comportamento di uno stampo per un particolare cerchio, identificato dal codice generico "cod_01" (cerchio da 22 pollici), il quale è caratterizzato dalla comparsa di cricche in diverse zone critiche ad un numero di cicli molto inferiore della vita prevista. Saranno quindi implementati diversi modelli su Abaqus per simulare il comportamento termico e meccanico delle parti principali di cui è composto: maschio inferiore, maschio superiore e un modello completo per valutare realisticamente anche l’interazione tra i due maschi durante l’intero processo.
Nella fase iniziale di questa tesi, sono state condotte simulazioni termiche per comprendere la distribuzione delle temperature all'interno dello stampo durante i cicli di riscaldamento e raffreddamento. Successivamente, sono state eseguite simulazioni meccaniche per analizzare gli stress indotti dalle variazioni termiche e individuare le grandezze che possono rivelarsi indici di pericolo.
Nell’ultima parte invece è stato analizzato un altro aspetto molto importante che riguarda la distribuzione delle forze di contatto tra i due maschi dello stampo. Inizialmente, queste forze erano considerate come una pressione uniformemente distribuita nelle superfici di contatto, ma le simulazioni hanno permesso di ottenere una visione più dettagliata e realistica di come le forze si distribuiscono effettivamente in tali superfici, con conseguente incremento dell’affinità tra caso reale e simulazione permettendo di rendere ancora più affidabili i valori di tensioni e deformazioni ottenuti da essa.
I risultati ottenuti dalle simulazioni hanno permesso di identificare quali possono essere i principali fattori che potrebbero aiutare a fornire in anticipo un’indicazione delle zone più stressate in modo da prevedere e sapere in anticipo se uno stampo sarà destinato a durare molto meno del previsto permettendo di adattare di conseguenza il design nelle zone critiche migliorandolo prima che venga commissionata la sua produzione.
L'approccio adottato in questa tesi non solo offre un contributo pratico alla risoluzione di tali problemi reali affrontati da Cromodora Wheels, ma rappresenta anche un contributo significativo alla letteratura tecnica sul comportamento termomeccanico degli stampi per la fusione di leghe leggere.

Among all the components in the automotive sector, aluminum alloy wheels play a crucial role not only in terms of aesthetics and weight but also regarding the safety and dynamic performance of the vehicle. Cromodora Wheels, a leading company in the production and supply of aluminum wheels as original equipment, faces significant challenges related to the durability of the molds used in the creation of raw wheels from aluminum casting. The molds tend to crack due to thermomechanical fatigue. Each mold is expected to have a certain lifespan, but often in reality, it turns out to be shorter. Each production cycle involves heating and cooling the mold, a process that induces thermal expansions and contractions, resulting in mechanical stresses. These stresses can lead to the formation of premature cracks, which reduce the lifespan of the mold. Such defects directly impact the quality of the stamped wheel, particularly on the style side, where various automakers require very high-quality standards. These cracks can be repaired by mold suppliers only a limited number of times, beyond which the molds need to be completely replaced, leading to significant costs. This master's thesis aims to study what can affect the fatigue life of molds, and to achieve this the behavior of a mold for a specific wheel will be analyzed in detail, identified by the generic code "cod_01" (a 22-inch wheel), which has been characterized by the appearance of cracks in various critical areas after a number of cycles much lower than the expected lifespan. Various models will be implemented in Abaqus to simulate the thermal and mechanical behavior of the main parts it is composed of: the lower core, the upper core, and a complete model to realistically assess the interaction between the two during the entire process. In the initial phase of this thesis, thermal simulations were conducted to understand the temperature distribution inside the mold during the heating and cooling cycles. Subsequently, mechanical simulations were performed to analyze the stresses induced by thermal variations and identify parameters that could serve as danger indicators. In the final part, another critical aspect was analyzed: the distribution of contact forces between the two cores of the mold. Initially, these forces were considered as a uniformly distributed pressure over the contact surfaces, but the simulations provided a more detailed and realistic view of how these forces are actually distributed, resulting in an increased alignment between the real-world scenario and the simulation. This has made the stress and strain values obtained from the simulations even more reliable. The results from the simulations allowed us to identify the main factors that could help provide an early indication of the most stressed areas, enabling us to anticipate if a mold is likely to have a much shorter lifespan than expected. This allows for adapting and improving the design in critical areas before its production is commissioned. The approach taken in this thesis not only provides a practical contribution to solving real problems faced by Cromodora Wheels but also represents a significant contribution to the technical literature on the thermomechanical behavior of molds used in light alloy casting.