Innovazione al servizio della sostenibilità ambientale

Fig. 1Anche piccoli accorgimenti applicati sul coperchio dell’albero a camme di un motore a scoppio possono contribuire a salvaguardare l’ambiente; sicuramente il Parlamento europeo potrebbe essere riconoscente allo stampo di questo mese, visto che lo stesso Parlamento recentemente ha confermato gli obiettivi minimi di riduzione di emissioni del settore auto a 130 grammi di anidride carbonica (CO2) per ogni chilometro percorso. In più, ha introdotto un obiettivo a lungo termine: 95 grammi CO2/km entro il 2020. Le case automobiliste che sgarreranno dovranno sborsare 95 euro per ogni grammo di CO2 eccedente gli obiettivi per ogni auto venduta.
Dunque un produttore per raggiungere questi obiettivi di emissioni inquinanti deve investire; GM ha già cominciato, ottimizzando per esempio il design del coperchio inferiore dell’albero a camme per i motori delle Opel 4 cilindri a benzina. Il particolare oggetto di questo articolo va ad equipaggiare i nuovi motori Opel/Vauxhall in produzione dalla fine del 2013.
Onore al merito, alla società FORM srl di Legnaro (PD), centro tecnico per la realizzazione di stampi per pressofusione che ha progettato e realizzato lo stampo di pressofusione per la produzione dell’oggetto suddetto. FORM srl è specializzata nella progettazione e costruzione di stampi per pressofusione di particolari in Alluminio e leghe leggere di medio/grandi dimensioni. Dunque, un’attrezzeria moderna, flessibile e veloce, che nel caso specifico si è configurata come partner affidabile, cercando il costante equilibrio tra l’inventiva e l’esigenza del committente.
Dal 1999 FORM srl ha ottenuto la certificazione di conformità del Sistema Qualità Aziendale da parte di DNV ai requisiti UNI EN ISO 9001:2000, e dal 2012 la sua vocazione green è stata suggellata dal raggiungimento della  certificazione ambientale ISO 14001. Ma non solo, anche la sicurezza e salute dei suoi lavoratori sono al centro del suo agire, per questo oltre a qualità e ambiente ha aggiunto anche la certificazione OHSAS 18001. Il tutto in un sistema integrato efficace ed efficiente di Qualità-Ambiente-Sicurezza, che garantisce non solo controlli sulla qualità ma anche affidabilità e certezze nelle tempistiche di consegna.
Queste garanzie consentono a FORM di spaziare a fronte alta nei settori impiantistica, arredamento, elettronica, automotive; in quest’ultimo comparto è impegnata per il 90-95%.
C’è la tentazione di attrezzarsi con presse di campionatura per fare un passo in più verso il cliente, ma almeno per ora la scelta strategica è quella di limitarsi a fare bene il proprio lavoro di stampisti; quindi l’attrezzeria preferisce investire sulle macchine utensili, sui software e sulla formazione. Negli ultimi 6 mesi il reparto costruzione si è arricchito di un nuovo tornio Hurco e di una nuova elettroerosione ONA, nell’ottica di aumentare la capacità produttiva come dimensioni e pesi degli stampi. La tendenza è di muoversi verso una dimensione degli oggetti di pressofusione via via più grande, per arricchire il proprio parco clienti in Italia e all’estero.

L’oggetto
Come già accennato, si tratta del coperchio inferiore pressocolato in lega AlSi9Cu3 di un albero a camme per motori a scoppio 4 cilindri a benzina. L’oggetto è composto da due pezzi: la parte inferiore più grande da accoppiare alla parte superiore; all’interno opera un sistema brevettato di riciclo e filtrazione dell’olio. Form ha realizzato entrambi gli stampi, quello grande (oggetto di questo articolo) è stato progettato in base alle linee dimensionali del piccolo. Ovviamente l’accoppiamento, che avviene mediante un sigillante liquido, deve avere una tolleranza molto ristretta.
Form ha collaborato con il committente olandese (Fonderia Brabant Alucast the Netherlands) per mettere a punto le linee di divisione tra matrici e carrelli, con l’inserimento di nervature per migliorare la tranciatura delle bave. Inoltre bisognava correggere la divisione tra matrice e tasselli su sottosquadri interni, per evitare la presenza di punte o sbalzi di acciaio e quindi il rischio di rotture. È stato necessario aggiungere sformi e raggiature all’oggetto per irrobustire le parti stampanti e migliorare l’estrazione.
In un certo senso, il cliente finale è stato “forzato” per modificare di alcune tolleranze di forma in zone critiche, ove possibile.
Infine, sono state apportare modifiche al modello 3D dell’oggetto secondo le richieste del cliente finale, in quanto l’oggetto al momento dell’ordine era ancora in fase di sviluppo.
C’è sempre qualcosa da migliorare dal punto di vista della stampabilità, della tranciabilità e della manutenzione di uno stampo, tant’è che Form lavora sulla stessa piattaforma Cad del cliente finale. Questa integrazione ha consentito di inserire tutte le modifiche sopra citate direttamente nel modello nativo.

Lo stampo
Trattasi di uno stampo per pressocolata per stampare un oggetto in lega AlSi9Cu3; le parti stampanti sono in acciaio 1.2343 rifuso ESR (W300 ISOBLOCK di Böhler).
L’ambiente di progettazione ha una dotazione hardware e software di tutta eccellenza, tra i quali Pro/ENGINEER WildFire, Unigraphics NX per la modellazione solida Cad e PowerMill di Delcam per il Cam. L’ambiente in cui è stato sviluppato l’oggetto è NX di Siemens, piattaforma storica di General Motors; pertanto sono state fatte tutte le modifiche all’interno dello stesso ambiente Cad per rimanere in linea con la progettazione del cliente finale. Lo stampo è stato invece sviluppato con ProENGINEER WildFire, che offre dei tools di progettazione specifici per stampi.
L’oggetto presentava due zone in sottosquadra sul lato interno del coperchio; per poterlo stampare si è ricorsi ad una soluzione tecnica derivata dal settore plastico ed adattata al caso. Per formare queste zone, sono stati realizzati due tasselli, mossi dal tavolino, che fuoriescono dalla matrice insieme con gli estrattori durante la fase di estrazione del pezzo. I due tasselli scorrono su guide inclinate di modo che, uscendo, si sfilano dal pezzo. Il tutto è stato costruito in modo robusto e ricorrendo a rivestimenti PVD (ALTICROME di MINITOOLS) delle parti in scorrimento e dei tasselli, per evitare grippaggi durante il funzionamento e la deformazione del pezzo in estrazione.
Un’altra caratteristica di questo coperchio è la posizione del sistema di alimentazione, posto sopra ai grandi carri inferiore e laterale per preservare dall’usura la sede della guarnizione alla base del coperchio.

Lavorazione dello stampo
Le lavorazioni dello stampo sono state eseguite su fresatrici a 3 e 5 assi Deckel Maho mentre l’elettroerosione è stata eseguita su elettroerosioni Charmilles Technology. Tutte le superfici stampanti sono state lucidate, con particolare attenzione alle pareti in direzione di estrazione.
Le parti che stampano il lato esterno del coperchio, quindi la matrice fissa e i tasselli dei carrelli, sono stati trattati con granigliatura per ottenere un livello di rugosità costante; ciò ha permesso di migliorare il riempimento del pezzo oltre che l’estetica dell’oggetto. Questa operazione crea una specie di barriera termica, per cui l’Alluminio scorre meglio e riempie lo stampo, oltre a indurre (come la pallinatura meccanica) la compressione superficiale dell’acciaio e questo dà una resistenza prolungata alle cricche a caldo durante la vita dello stampo stesso.
L’oggetto in questione, che come già detto consiste nella parte inferiore del coperchio degli alberi a camme, dovrà poi essere assemblato alla parte superiore, anch’essa ottenuta per pressocolata con uno stampo prodotto da FORM qualche mese prima. La criticità era rappresentata dall’accoppiamento tra le due parti su tutto il perimetro, dove formano un incastro e la tenuta è assicurata da un sigillante liquido steso tra le due parti durante l’assemblaggio. Ovviamente lo scostamento tra le due parti doveva essere limitato da una tolleranza di forma lungo tutto il perimetro molto ristretta: per rendersi conto della difficoltà, basti pensare alla diverse dimensioni e conformazioni dei due oggetti per i quali è stato considerato anche un diverso fattore di ritiro. Per centrare l’obbiettivo si è proceduto prima alla costruzione dello stampo per la parte superiore, quindi si è partiti con l’altro stampo. Prima di procedere con la finitura di quest’ultimo, si è atteso il risultato della campionatura e del collaudo dimensionale del primo, in modo da poter compensare eventuali deformazioni con il secondo.
Fiore all’occhiello di Form srl è anche il reparto di montaggio, che si occupa del montaggio di tutti componenti dello stampo e del suo collaudo finale mediante la campionatura in cera. Il collaudo dimensionale impiega macchine di misura tridimensionali.
Grande attenzione è stata rivolta già in fase di progettazione alla manutenzione dello stampo, soprattutto nella sua parte più delicata: i movimenti sopracitati. Per questo è stata prevista la possibilità di smontare i singoli pezzi del meccanismo accedendo dal retro dello stampo senza doverlo smontare.
Inoltre, dato che il carro inferiore è destinato ad accumulare sporcizia nel tempo, sono stati fatti canali di scarico sotto di esso per evacuare pezzi di alluminio ed il lubrificante che vi si potrebbe fermare.
L’impianto per l’alimentazione di acqua e olio per raffreddamento e termoregolazione dello stampo è stato interamente realizzato con tubi rigidi e raccorderia pesante per alta pressione. In questo modo si evita il rischio di schiacciatura o strappo rappresentata dall’uso di tubazioni flessibili. La costruzione dell’impianto è stata eseguita interamente a progetto, considerando gli ingombri della pressa e per assicurare la manovrabilità dello stampo nelle diverse situazioni.
Le suddette tubazioni vanno previste già in fase di progetto per verificare gli ingombri dello stampo all’interno delle presse di produzione.
Lo stampo è accessoriato con piastre in materiale plastico ad alta resistenza, che lo isolano rispetto ai piani macchina. Il materiale è specifico per l’applicazione e garantisce l’isolamento termico, galvanico, oltre la compensazione di eventuali deformazioni dei piani macchina, che potrebbero deformare lo stampo.
Tutti i perni facenti figura sono bloccati mediante asta filettata direttamente dal retro stampo, permettendo così la loro sostituzione veloce senza dover smontare le matrici e nemmeno dover togliere lo stampo dalla pressa.

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