Parametric Study and Performance Analysis of Mesh-Assisted Flattening Techniques

The transition from linear “make–use–dispose” production models toward circular economy strategies has intensified interest in remanufacturing processes capable of extending the service life of metal components while minimizing energy consumption and material waste. In this context, press flattening of end-of-life sheet metal parts represents a key enabling operation for their remanufacturing process chain. However, the flattening processe is severely limited by elastic recovery phenomena, such as springback and springforward, which typically require high contact pressures or tool heating, thereby increasing process cost and environmental impact. This thesis investigates an innovative flattening technique based on the interposition of a metallic grid between the flattening punch and the bent sheet. The presence of the grid induces localized stress superposition at the contact interface, promoting controlled plastic deformation that effectively reduces springforward while allowing the use of significantly lower dwelling pressures and avoiding tool heating. The main drawback of this approach, namely the risk of localized surface defects caused by concentrated plastic deformation in the contact zones, is addressed. Building upon preliminary experimental campaigns that evaluated various combinations of grid geometries (wire diameter and spacing) and processing conditions (dwelling pressure and tool temperature), this study performs a comprehensive data analysis to identify an optimal mesh configuration. Subsequently, accurate non-linear Finite Element Method (FEM) simulations are implemented to characterize the localized stress superposition and material flow at the mesh–plate interface. Finally, the performance and geometric feasibility of the selected optimal mesh are validated through experimental testing on actual end-of-life industrial metal scraps. The results provide quantitative design and optimization guidelines for grid-assisted flattening operations. Ultimately, this work demonstrates the potential of intentional, contactinduced stress concentrations to enhance the geometric precision, energy efficiency, and economic viability of sheet metal flattening, establishing it as a highly sustainable process for circular economy remanufacturing frameworks.

La transizione dai tradizionali modelli produttivi lineari di tipo “make–use–dispose” verso strategie di economia circolare ha intensificato l’interesse verso processi di remanufacturing in grado di estendere la vita utile dei componenti metallici, riducendo al contempo il consumo energetico e lo spreco di materiale. In questo contesto, la raddrizzatura mediante pressa di lamiere precedentemente piegate rappresenta un’operazione chiave per il recupero e la reimmissione in ciclo di componenti a fine vita. Tuttavia, i processi di raddrizzatura convenzionali sono spesso limitati da fenomeni di ritorno elastico, quali springback e springforward, che richiedono l’impiego di elevate pressioni di mantenimento o l’utilizzo di utensili riscaldati, con conseguente incremento dei costi di processo e dell’impatto ambientale. La presente tesi analizza una tecnica innovativa di raddrizzatura basata sull’interposizione di una griglia metallica tra il punzone di raddrizzatura e la lamiera piegata. La presenza della griglia induce una sovrapposizione localizzata degli stati tensionali in corrispondenza dell’interfaccia di contatto, favorendo una deformazione plastica controllata che consente di ridurre in modo significativo il fenomeno di springforward, permettendo al contempo l’utilizzo di pressioni di mantenimento sensibilmente inferiori ed eliminando la necessità di riscaldamento degli utensili. Il principale limite di questo approccio, legato alla possibile insorgenza di difetti superficiali locali dovuti alla concentrazione della deformazione plastica nelle zone di contatto, viene affrontato in modo sistematico. A partire da una campagna sperimentale preliminare, in cui sono state testate diverse combinazioni di parametri geometrici della griglia (diametro del filo e passo) e condizioni di spianatura (pressione di schiacciamento e temperatura degli utensili), nel presente lavoro viene condotta un’analisi approfondita dei dati che ha permesso di identificare la configurazione ottimale della griglia. Successivamente, sono state implementate accurate simulazioni numeriche agli elementi finiti (FEM), non lineari, per caratterizzare la concentrazione localizzata degli sforzi e il flusso di materiale all’interfaccia griglia-lamiera. Infine, le prestazioni della mesh ottimale selezionata sono state validate attraverso prove sperimentali su reali scarti metallici industriali. I risultati forniscono linee guida quantitative per la progettazione e l’ottimizzazione del processo di spianatura assistita da griglia. In definitiva, questo lavoro dimostra le potenzialità degli approcci basati sulla concentrazione intenzionale degli sforzi da contatto per migliorare la precisione geometrica, l’efficienza energetica e la redditività economica della spianatura di lamiere. Tale processo viene pertanto consolidato come altamente sostenibile all’interno dei modelli di economia circolare applicati al remanufacturing.