Realizzazione di una struttura pilota per lo studio sperimentale delle tecniche di formatura con fluidi in pressione

Il costante intensificarsi della competizione mondiale, unito alle richieste del mercato rivolte ad una maggiore attenzione per la sicurezza e per il risparmio energetico, ed alle esigenze in materia di salvaguardia e difesa dell’ambiente ha spinto l’industria a rivolgersi verso nuove tecnologie e nuovi materiali per cercare di soddisfare tali bisogni.
Particolarmente significativi sono stati gli sviluppi nell’industria dei veicoli, la quale da sempre ha avuto la necessità di dover trovare un giusto compromesso fra basso peso dei materiali ed un’adeguata resistenza degli stessi. Sono possibili due strade per la riduzione dei pesi: l’introduzione di nuovi materiali e il miglior uso dei materiali tradizionali. Nel primo caso, il fattore limitante è rappresentato soprattutto dal costo (per una riduzione di peso del 10-20% si stima un incremento di costo del 5-6%). Nel secondo caso, l’affinamento della progettazione e l’uso di nuovi processi di produzione consentono di ridurre il peso a parità di rigidezza, utilizzando al meglio le caratteristiche dei materiali tradizionali.
Tra i nuovi processi produttivi c’è la formatura con fluidi in pressione (generalmente chiamata idroformatura), che grazie all’impulso ricevuto dall’industria automobilistica, ha avuto un incremento di applicazioni industriali in diversi settori.
Soprattutto l’idroformatura tubolare con la sua capacità di realizzare geometrie complesse mediante fluidi in pressione, si è dimostrata in grado di offrire interessanti potenzialità sia dal punto di vista tecnico che da quello economico. In generale il processo di idroformatura è una tecnica di deformazione a freddo e si basa sull’espansione di un semiprodotto tubolare che, mediante un fluido (olio o acqua) in pressione, viene spinto a ricopiare la geometria di uno stampo.
I più importanti aspetti tecnici ed economici dell’idroformatura sono: la costruzione del componente in un pezzo singolo, che elimina le operazioni di saldatura; il processo di calibrazione, che assicura un elevato grado di accuratezza dei contorni e, in generale, delle dimensioni del componente idroformato anche sui lotti di grandi numeri; un elevato incrudimento del materiale, che comporta un più elevato grado di rigidità torsionale nel componente idroformato; le caratteristiche di recupero elastico dei componenti idroformati, che, grazie all’uniformità delle deformazioni e quindi delle tensioni, in genere sono meno pronunciate rispetto al caso di parti ottenute tramite saldatura; l’abbattimento dei costi per produzioni in serie, derivato dall’eliminazione di passi intermedi di stampaggio e di tutte le operazioni di assemblaggio delle parti dei componenti. Per questo, spesso è possibile addirittura ridurre lo spessore della parete del componente rispetto a quanto si deve avere con componenti ottenuti per fusione o stampaggio.
L’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di realizzare un’attrezzatura per lo stampaggio di lamiere sottili, idonea a più processi di formatura, da quello d’imbutitura convenzionale a quelli speciali di Hydromechanical Deep Drawing (HDD o idroformatura meccanica) e di idroformatura (Hydroforming); tra i requisiti di tale attrezzatura anche quello di richiedere un impegno economico e una complessità realizzativa accettabile.
Per verificare la fattibilità dei processi, le possibilità e le potenzialità dell’attrezzature progettate e realizzate, sono stati indagati alcuni parametri geometrici e di processo, in modo da testare le attrezzature in diverse condizioni di funzionamento; anche la scelta di sperimentare due materiali diversi e di diverso spessore, quali l’acciaio inox AISI 304 e l’acciaio commerciale FeP04, va vista in quest’ottica generale del progetto.
Il presente lavoro si compone essenzialmente di quattro capitoli, dove nel primo viene descritto il processo di profondo stampaggio con le relative problematiche, nel secondo si descrivono le tecniche speciali di formatura e in particolar modo l’idroformatura di tubi e lamiere. Nel terzo capitolo è affrontata la fase progettuale delle attrezzature e viene descritta la metodologia adottata per l’esecuzione delle prove sperimentali; mentre il quarto capitolo riassume i risultati dell’indagine sperimentale condotta sui due tipi di materiali con i diversi processi d’imbutitura.