La simulazione di trattamento termico al servizio della progettazione

Progettare correttamente un sistema di trasmissione, sotto-assieme o singolo componente, non significa solamente conoscere i carichi ai quali sarà soggetto in esercizio. Significa anche conoscere le condizioni iniziali dei componenti costituenti l’assieme, in termini di reali caratteristiche meccaniche e tensioni residue derivanti dal processo produttivo. In quest’ottica, la simulazione numerica del processo produttivo, e in particolare dei trattamenti termici e termochimici, può sicuramente essere l’arma vincente.

La progettazione dei sistemi di trasmissione si avvantaggia, sempre più in larga misura nei tempi recenti, del supporto prezioso e talvolta fondamentale della simulazione numerica. Strumenti di progettazione avanzata aiutano il professionista nell’analisi del comportamento meccanico dei componenti costituenti, della distribuzione dei lubrificanti e delle risposte NVH del sistema in esercizio. Tuttavia, molto spesso tali valutazioni non tengono conto delle reali caratteristiche del componente, in quanto modellato con caratteristiche meccaniche standard spesso uniformi ed esente da tensioni residui derivanti dal processo produttivo. La simulazione del processo produttivo fornisce il tassello mancante al quadro generale, permettendo al progettista di sviluppare un’analisi più completa, precisa e affidabile. Al contempo, il fornitore di tali componenti può trarre sicuro vantaggio dall’adozione delle suddette metodologie per ottimizzare i propri processi produttivi in termini di risposta alle richieste dei clienti e di qualità di fornitura, con sensibili riduzioni di scarti, consumi di materiale ed energia, campionature e rilavorazioni delle attrezzature. La simulazione di processo si pone quindi come anello di congiunzione tra progettazione di prodotto e di sistema produttivo, fornendo un linguaggio visuale, oggettivo e universale di comunicazione tra due mondi apparentemente lontani e permettendo di conseguenza lo sviluppo di reali e vantaggiose pratiche di co-design.

La simulazione dei processi di trattamento termico e termo-chimico

I componenti per trasmissioni meccaniche possono essere prodotti per deformazione plastica, colata o asportazione di truciolo. Indipendentemente dal processo produttivo, spesso questi componenti devono subire un ciclo di trattamento termico al fine di raggiungere le caratteristiche meccaniche desiderate per soddisfare i requisiti in esercizio. Tali processi permettono di modificare la struttura metallurgica del materiale costituente il componente, omogeneizzando le proprietà meccaniche o ridistribuendo le tensioni derivanti dal processo produttivo.

Data la varietà di processi termici e termo-chimici disponibili e relative combinazioni, in questa sezione analizzeremo solo i principali processi di trattamento termico utilizzati per produrre componenti destinati alla trasmissione di potenza e i vantaggi derivanti dalla loro simulazione in fase di progettazione.

In funzione degli obiettivi finali da soddisfare, vi sono diverse tipologie di processi termici applicabili ai materiali metallici. Come riportato in Figura 1, i processi termici o termo-chimici possono essere utilizzati al fine di migliorare le caratteristiche meccaniche globali o locali di un componente metallico.

La simulazione dei processi di trattamento termico e termo-chimico si rivolge pertanto ai progettisti di prodotto e a coloro che si occupano di eseguire questi trattamenti, al fine di permettere l’individuazione della migliore combinazione di parametri di processo alla luce dei requisiti di prodotto richiesti.

Mediante l’utilizzo di modelli di simulazione e l’adozione di solutori che permettano di valutare la mutua influenza di temperatura, reologia del materiale e diffusività chimica, è possibile identificare in anticipo potenziali situazioni di rischio in termini di concentrazione di tensioni, deformazione dei pezzi, spessori di trattamento non idonei e caratteristiche meccaniche non congrue ai requisiti definiti.

 

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