Simulazione numerica del processo di imbutitura profonda “Necking-Out” per applicazioni nel campo degli acceleratori di particelle = Numerical simulation of the “Necking-Out” deep drawing process for applications in particle accelerators.

Il seguente lavoro di tesi tratta lo studio di un particolare processo di imbutitura profonda chiamato “Necking-out”. Questo processo viene applicato ai tubi che fanno parte dell’insieme degli acceleratori di particelle del CERN e ha lo scopo di creare un collo (in inglese neck per l’appunto) a cui poi viene eseguito un taglio e viene saldato un altro tubo. Tale apparato viene utilizzato a scopi di diagnostica, sensoristica e creazione del vuoto all’interno. In primo luogo si è studiato lo stato dell’arte dei processi meccanici, con particolare riferimento al processo di imbutitura meccanica e al modo in cui questi processi sono stati studiati con l’analisi agli elementi finiti. In secondo luogo si è svolto uno studio del software utilizzato durante il lavoro, ossia LS-Dyna, che ha permesso di approfondire tutti i parametri utili ai fini della simulazione; si sono esaminati anche i materiali che compongono i tubi degli acceleratori, l’AISI 316 LN e l’AISI 304 L. Dopo la prima parte sullo stato dell’arte, si è partiti con l’implementazione in ambiente LS-Dyna di tutti gli strumenti necessari al fine di simulare il processo ed eseguire l’analisi agli elementi finiti (FEA) del processo meccanico. Nel corso dello studio si è costruito un modello preliminare che facesse capire il processo meccanico in modo più approfondito e, soprattutto, permettesse di comprendere a pieno tutti le formulazioni degli elementi e i tempi di calcolo utili al fine di simulare il processo. Il modello preliminare è stato importante soprattutto perché ha fornito risultati utili in un tempo ragionevolmente breve essendo un modello molto snello. Dopodiché si è passati all’implementazione del modello reale, dove si è preso coscienza del fatto che il problema è assialsimmetrico e, infine, si è costruito un modello semplificato per analizzare e studiare il processo e tutte le criticità connesse ad esso con particolare riguardo alle problematiche legate all’assottigliamento della parte estrusa e al ritorno elastico. In conclusione, lo studio ha portato a verificare quale formulazione degli elementi, shell o solid, fosse più idonea a rappresentare la realtà con un tempo di simulazione che fosse il più ridotto possibile. Inoltre, lo studio ha portato a comprendere con maggiore accuratezza il processo in sé e le problematiche legate all’assottigliamento della parte estrusa e al ritorno elastico al fine di garantire le giuste tolleranze dimensionali. Dei possibili sviluppi potrebbero mirare a ottimizzare il processo utilizzando LS-Opt, modificando la geometria degli strumenti, come ad esempio forma e dimensioni del foro ellittico o dello strumento estrusore, al fine di minimizzare l’assottigliamento della parte estrusa e, in particolare, il ritorno elastico. Inoltre, potrebbero essere studiati e implementati all’interno dell’ambiente software più parametri dei materiali utilizzati, come ad esempio la dipendenza dalla velocità di deformazione. Si potrebbero anche analizzare altri materiali di cui sono composti i tubi, come leghe in rame e niobio. Infine, è sicuramente utile la creazione di un’interfaccia user-friendly che garantisca, con l’inserimento di opportuni parametri, di ottenere una soluzione semi-automatica senza l’obbligo di saper utilizzare un software FE come LS-Dyna.