Si trovano in molti elettrodomestici, nella tecnologia degli edifici, in innumerevoli tubi e condutture idrauliche: piccoli pezzi cilindrici realizzati nei processi di stampaggio profondo. Durante la deformazione, il materiale è sottoposto a forti sollecitazioni, il che può portare a un allargamento indesiderato, danni superficiali e persino a crepe. Le vibrazioni ultrasoniche aiutano a ridurre notevolmente l'attrito nel materiale e nel contatto con gli utensili.
È già noto da tempo che gli ultrasuoni possono ridurre l'attrito durante lo stampaggio, proteggendo così sia gli utensili che il materiale. Anche il potenziale di risparmio energetico derivante dalle forze ridotte è qualcosa che i produttori di tubi e raccordi (materiale di connessione) vorrebbero sfruttare. Tuttavia, solo il team guidato da M.Sc. Martin Mädlow è riuscito a controllare le tipiche sollecitazioni improvvise nei processi di deformazione industriale. Finora, l'uso efficace degli ultrasuoni era possibile solo in configurazioni di laboratorio quasi statiche.
Almeno il 20% in meno di attrito
Per l'eccitazione delle vibrazioni, sono idonei sia i componenti attivi degli utensili, come il punzone e la matrice, sia il fermo, che mantiene il foglio nella posizione desiderata durante la deformazione. I ricercatori hanno scelto la matrice; essa ha la maggiore parte del movimento relativo durante la deformazione. 'Nella matrice c'è il maggior potenziale. Abbiamo già raggiunto una riduzione dell'attrito del 20%, ma vediamo sicuramente ulteriore potenziale,' sottolinea Mädlow.
Regolato dalla forza di processo trasferibile dal pezzo, lo stampaggio avviene solitamente in una sequenza di più fasi. Con attrito ridotto, è possibile stampare molto più in profondità in una singola fase, senza danneggiare il materiale. Ad esempio, sono sufficienti due passaggi di deformazione convenzionali anziché tre. La riduzione dell'attrito significa anche meno introduzione di calore, il che consente di raggiungere frequenze di sollevamento più elevate, prolungare la vita degli utensili e prevenire la carbonizzazione dei lubrificanti utilizzati.
Trasferimento nella pratica, benefici per la mobilità elettrica, registrazione del brevetto
Per un rapido trasferimento nella pratica aziendale, il Fraunhofer IWU sta ora intensificando le sue attività. Attualmente, l'attenzione è rivolta allo stampaggio a ultrasuoni di involucri per celle, necessari nelle batterie ad alta tensione dei veicoli elettrici. L'obiettivo è formati di celle più grandi, che sfruttano meglio lo spazio e garantiscono una maggiore autonomia grazie a una densità energetica aumentata. La registrazione del brevetto per VibroDraw (EPA WO2025/012830 A1) è già avvenuta.
Esempio di successo: VibroCut
Modello per il trasferimento dell'eccitazione delle vibrazioni ai processi di stampaggio profondo è una spin-off del Fraunhofer IWU: VibroCut si basa sulle vibrazioni nei processi di lavorazione per ridurre le forze di lavorazione e l'usura degli utensili.
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