Active vibration control systems based on magneto-rheological fluids for sheet metal forming processes

Le operazioni di formatura sono tra i processi più diffusi nell’ambito della lavorazione della lamiera metallica. La presenza di fenomeni dinamici è critica per l’accuratezza geometrica dei manufatti e per la vita di servizio delle attrezzature, in particolare per le aziende ad elevata tecnologia nel settore della produzione di macchine utensili. Ottime ripetibilità ed accuratezze dimensionali sono ottenute grazie a presse ad elevata rigidezza strutturale a discapito, tuttavia, della vita degli utensili, esposti a rapidi ed eccessivi fenomeni di usura. Dall’altro lato, l’uso di architetture poco rigide permette di aumentare la durata degli utensili, ma con limiti di efficienza energetica e degli standard di precisione dimensionale. Pertanto il corretto bilanciamento dei differenti fattori rappresenta il prerequisito fondamentale per il successo tecnologico ed economico dell’intero processo. In particolare, nella produzione di geometrie complesse e non simmetriche, oppure quando fenomeni vibratori si manifestano durante il processo di lavorazione. Poiché l’efficienza dinamica di una macchina per formatura è il risultato dell’interazione di diversi fattori, risulta fondamentale un sistema di controllo avanzato per la compensazione delle deformazioni elastiche, soprattutto in relazione alle specifiche richieste dei prodotti. Gli attuatori tradizionali presentano grossi limiti sia nelle prestazioni sia in affidabilità, con poche possibilità di realizzare una catena chiusa nel controllo. La migliore soluzione è rappresentata dall’introduzione di nuove tecnologie, capaci di aumentare il controllo dei processi. I fluidi Magneto–Reologici (MR) rappresentano una delle più versatili e promettenti soluzioni per lo sviluppo di sistemi di smorzamento ad elevata efficienza, capaci di ottima versatilità e controllo continuo dei fenomeni dinamici. Il principale obbiettivo di questo lavoro consiste nello studio della innovativa tecnologia basata sui fluidi magneto–reologici, prevalentemente diffusa nell’ambito automotive e nei sistemi civili antisismici, in modo da estenderla anche ai processi di formatura dei materiali metallici. In seguito alla complessità dei molteplici campi fisici interagenti, la maggior parte dei modelli si basano su descrizioni analitiche che, sebbene relativamente semplici e veloci da implementare, presentano grossi limiti per un’accurata progettazione di dispositivi. Pertanto viene introdotto un nuovo approccio, basato su una modellazione multi-fisica accoppiata dei sistemi di smorzamento e una calibrazione mediante simulazione agli elementi finiti. Sono stati realizzati più prototipi di smorzatori magneto-reologici, in modo da analizzare le prestazioni sia dei fluidi che dei dispositivi stessi, attraverso test di laboratorio. Successivamente, l’applicazione di questi innovativi sistemi di smorzamento è estesa al contesto industriale e valutata mediante prove su una pressa idraulica per tranciatura. Attraverso test sperimentali che comprendono anche il confronto con dispositivi commerciali idraulici, le prestazioni degli smorzatori magneto-reologici vengono analizzate con particolare riferimento allo studio delle frequenze eccitate, alla tipologia di vibrazione e alle potenze in gioco, in modo da quantificare l’impatto dei fenomeni dinamici intervenenti sulla qualità dei prodotti finiti. I prototipi sviluppati sono in grado di elevare le performance di smorzamento senza complessi aggiustaggi durante il settaggio delle nuove sequenze di processo, rendendo flessibile la progettazione del processo stesso.