Molto interessante!

Questa sfida impossibile te la propone un esperto di processo che per sua scelta non si è mai messo a progettare stampi.

Da sempre sto cercando di focalizzare le mia attenzione sulla risoluzione dei problemi strategici del processo di pressofusione legati alla regolazione ottimale degli impianti, alla stabilizzazione delle termiche, alla ricerca degli accoppiamenti macchina – stampo migliori, al drastico abbattimento degli scarti di produzione.

Ti ricordo che esistono varie aziende che si occupano di progettazione di stampi, esistono vari software che effettuano simulazioni di riempimento degli stampi, ma quando vai in fonderia, come fai a collegare tutto ciò che hai visto a tavolino in ufficio con le macchine che hanno il compito di riempire gli stampi che, magari, qualcun altro ti ha progettato?

Hai le competenze necessarie per capire se il progettista dello stampo ha fatto a priori un buon lavoro?

Hai scelto la macchina giusta per alloggiare lo stampo che stai per provare in fonderia?

Esiste un accoppiamento migliore di quello che hai scelto, sia per il rispetto del requisito qualitativo che ti sei posto, sia per minimizzare i costi di produzione dell’articolo che stai per stampare?

Ma, soprattutto, prova a rispondere a questo interrogativo.

Se le tue competenze non abbracciano la progettazione dello stampo, esiste un metodo analitico e scientifico per capire se l’accoppiamento che hai scelto è problematico al punto che rischi di distruggere lo stampo che hai appena montato sulla tua pressa?

La risposta è sì.

In effetti, non è detto che chi ha progettato lo stampo abbia conoscenze tecniche importanti che consentano di ottimizzare l’iniezione della macchina.

Allora è importante che chiarisci alcuni concetti che si colleghino ad entrambe queste competenze: come si riempie in maniera ottimale uno stampo di pressofusione e come si ottimizza il funzionamento del gruppo iniezione di una pressa.

Ti confermo che non è scontato che le due competenze si intreccino, si incontrino con l’obiettivo di ottenere in fonderia il massimo risultato qualitativo al minimo costo.

Allora, cercheremo di capire come e dove intervenire per massimizzare questo equilibrio.

Cerco di spiegarti alcuni concetti sfruttando un esempio, una prova tecnica che ho realizzato presso un mio cliente.

Tieniti fronte perché stai per scoprire alcune novità molto interessanti.

Il cliente ha montato il suo stampo su una pressa che dispone di una forza di chiusura massima pari a 135 ton.

Anche in questo caso vale la regola di riempimento ideale delle impronte: il pistone di iniezione dovrebbe percorrere in seconda fase solo ed esclusivamente tutto ciò che si trova oltre gli attacchi di colata: le impronte (i pezzi) e gli eventuali sfoghi o fagioli.

Ciò serve per evacuare correttamente l’aria dallo stampo.

E’ necessario notare che si tratta di uno stampo a due impronte combinato con due articoli differenti: un articolo è posizionato nella parte superiore dello stampo mentre un articolo è posizionato nella sua parte inferiore.

Il peso tra le due configurazioni sembra essere piuttosto bilanciato: non è una configurazione ottimale, infatti è molto più complesso sfogare l’aria nella parte inferiore.

Ti faccio notare che abbiamo a che fare con pezzi a spessore non uniforme, pertanto la parte del pezzo che detta le regole del gioco è quella a spessore più sottile.

Dalle misurazioni effettuate sulle sezioni si ottiene il dato seguente.

–      Lo spessore minimo dell’impronta superiore è pari a 1,40 mm.

–      Lo spessore minimo dell’impronta inferiore è pari a 1,62 mm.

–      In questo caso ciò che detta le regole del gioco è l’impronta superiore.

–      Ricadendo nel caso più critico, affermiamo che, in base al solito calcolo relativo al tempo di solidificazione del pezzo, il tempo di riempimento di riferimento deve essere non superiore a 0,015 sec, ovverosia 15 ms (i pezzi sono da galvanizzare a telaio).

Anche in questo caso verifichiamo insieme come andrebbe regolata l’iniezione.

Si riportano di seguito i dati relativi alla stampata.

–      Peso totale stampata: 218,4g.

–      Peso materozza + canali = 81,8g.

–      Peso impronta 1 superiore: 65,3g.

–      Peso impronta 2 inferiore: 66,5g.

–      Peso fagiolo 2-1 per impronta 2: 2,5g.

–      Peso fagiolo 2-2 per impronta 2: 2,4g.

–      Peso tot. 2° fase (2 imp. + 2 fag.): 136,7g.

In base alla regola precedente, in seconda fase sarebbe necessario iniettare nello stampo solo il seguente materiale:

Peso tot. 2° fase = Peso impronta 1 superiore + Peso impronta 2 inferiore + Peso fagiolo 2-1 per impronta 2 + Peso fagiolo 2-2 per impronta 2

La macchina monta un pistone diametro 60mm; si desidera calcolare la corsa teorica della fase 2.

–          Apist. = pi.r2 = 2826 mm2

–          Pspec zama = 6,2 g/cm3

–          Vol zama 2°f = P2°fase / Pspec zama = 136,7g / 6,2 g/cm3 = 22,04838 cm3

–          22,04838 cm3=22.048,38 mm3

–          Corsa 2°f = Vol zama 2°f / Apist. = 22.048,38 mm3/ 2826mm2 = 7,802mm.

A questo punto, osservando le curve di iniezione della macchina, abbiamo effettuato le seguenti misurazioni.

–      Il pistone di iniezione accelera sfruttando una corsa di 18,50 mm, in un tempo di 10ms.

–      Il pistone di iniezione decelera sfruttando una corsa di 9,0 mm, in un tempo di 16ms (in pratica è fermo quando inizia la fase di pressione).

–      Il tratto a velocità costante dura 5ms.

–      A 65mm di corsa lo stampo è riempito e inizia la fase di pressione (da 65 a 80mm). Il pistone va oltre in quanto le fasce di tenuta non sono mai perfette.

Tale fase dura 16ms, ma il getto richiede un tempo di riempimento massimo di 15ms. Considerando che la seconda fase dura 7,802mm, questo parametro è  rispettato.

Il pistone di iniezione sfrutta 18,50mm di corsa per accelerare e 9mm di corsa per frenare

La quota di intervento ottimale della seconda fase dovrebbe essere alla seguente quota: S2°fase = Sstampo pieno – 7,802 – 18,50 = 65 – 7,802mm – 18,50 = 38,698 mm.

Per allungare la prima fase è necessario porre attenzione alle termiche della macchina.

Ricordando il fatto che le parti inferiori dello stampo hanno molta più difficoltà ad evacuare l’aria rispetto alle parti superiori (l’aria calda, infatti, ha la naturale tendenza ad andare verso l’alto), anche in questo caso, al fine di ottenere il massimo del risultato finale, sarebbe buona cosa poter alimentare le impronte in orizzontale.

Per finire, ci occupiamo della velocità del fluido che entra nello stampo, unitamente al tempo di riempimento.

La velocità del fluido di metallo o velocità all’attacco di colata e deve essere dell’ordine di grandezza di 40¸60 m/s, questo per essere in condizioni di lavoro ottimali o condizioni di jet (il metallo che viene spruzzato dopo gli attacchi di colata assume la forma di un pulviscolo o nebbia: getto polverizzato o atomizzato).

Nel nostro caso abbiamo ottenuto i seguenti risultati.

L’area complessiva degli attacchi di colata è pari a 2 X (25mm X 0,3mm + 20mm X 0,3mm)  = 2 X (7,5 + 6) = 27mm2.

Il volume di zama che attraversa gli attacchi di colata è pari a Va = 20.556,39 mm2.

In pratica è come se l’attacco di colata fosse attraversato da una striscia la cui area di base è pari a 27 mm2 (in pratica in questo momento non ci interessa capire quale forma abbia ciò che sta oltre l’attacco di colata ma a che velocità il materiale fuso lo attraversa) e la cui lunghezza è La = Va / Aa = 20.556,39 / 27 = 761,347 mm.

Ma le impronte devono essere riempite in tempo di riempimento ben determinato.

In particolare sappiamo che i 9 mm in frenatura vengono percorsi in 16 ms; facendo le dovute proporzioni, possiamo calcolare in quanto tempo vengono percorsi i 7,802 mm di corsa corrispondenti alla corsa di seconda fase.

In questo caso, il reale tempo di riempimento delle impronte è pari a 13,87 ms (contro i 15 secondi richiesti – perfetto).

Quindi la velocità di attraversamento degli attacchi di colata è pari a Va = La / Ta = 761,347 mm / 0,01387 sec = 54.891,637 mm/sec = 54,9 m/s.

Ti faccio notare immediatamente che senza modificare alcun parametro della macchina  stiamo già lavorando in condizioni di jet (40m/s<Va <60m/s), anche se stiamo lavorando al limite.

Una piccola variazione delle condizioni operative della pressa, tuttavia, potrebbe spostare questa velocità a valori molto pericolosi, tali per cui potresti assistere all’erosione delle matrici dello stampo nella zona di attacco.

Ti posso dunque riassumere che la riuscita del pezzo pressofuso, agli effetti della sua integrità strutturale e della sua presentazione estetica, è legata ai seguenti fattori:

–          configurazione dell’attacco di colata;

–          spessore e sezione del attacco di colata;

–          tempo di riempimento della cavità dello stampo;

–          velocità del metallo all’attacco di colata;

–          caratteristiche fisiche e tecnologiche della lega;

–          velocità e pressione del metallo alle quali il pezzo è stato ottenuto;

–          rapporto tra le temperature del metallo e dello stampo.

Ecco, allora, una grande verità che ti devo sottolineare!

Se non curi questi aspetti potresti rischiare di avere uno scarto elevato dovuto ad un processo produttivo fuori controllo; potresti arrivare anche alla distruzione della zona di attacco con parametri eccessivi.

Ricorda che in fonderia non esistono certezze.

Monitorare e controllare tutti gli aspetti che potenzialmente potrebbero portare in deriva il processo è fondamentale.

Ma tutto ciò deve essere fatto a tavolino, non quando lo stampo è arrivato in fonderia.

In quel momento il disastro si è già compiuto!

Come puoi evitare questa pesante situazione?

Semplicemente con il buon senso e con le adeguate competenze tecniche.

Se queste competenze ti mancano, è vitale cercarle, fare corsi di formazione, completare le tue conoscenze nel modo più congegnale.

La formazione ad alto livello è fondamentale per far cambiar marcia alla tua fonderia: ecco perché è incentivata!

Ogni metodo formativo va analizzato in maniera molto approfondita.

Corsi di formazione troppo teorici, non saranno mai in grado di aiutarti a risolvere in maniera efficace il problema dello scarto incontrollato.

È vitale affiancare la teoria alla pratica consolidata, ma quest’ultima non deve essere fine  sé stessa: i tuoi stampi devono essere analizzati al microscopio per capire le potenziali fonti di problemi.

La tuttologia è una scienza superata: oggi è necessario essere molto focalizzati sulla risoluzione di problematiche molto precise, perché le soluzioni vanno analizzate applicate a tavolino sfruttando esperienza, tenacia, tempo, intuizione e costanza.

È arrivato il momento di utilizzare al massimo livello la tecnologia di cui disponi.

Solo in quel momento sarai pronto per ampliare gli orizzonti e gli investimenti, perché il resto lo hai già stabilizzato e lo stai utilizzando al meglio.

Applica il principio della misurazione scientifica dei parametri di processo anche nella tua azienda!

Analizza e controlla il processo di pressofusione con regole matematiche certe, testate e provate in tante fonderie con ottimi risultati.

Applica anche tu un Metodo Certo per Abbattere gli Scarti nella fonderia, un metodo che molte aziende stanno già utilizzando con successo.

Impara a prevenire prima di curare!

Anche se non sei un progettista esperto, analizza a monte tutte le potenziali criticità dei tuoi stampi cercando di risolverle a tavolino, prima di iniziare a metterli in produzione.

Può essere molto deleterio utilizzare vecchi metodi di regolazione del processo, lontani da adeguati riscontri scientifici per l’analisi a tavolino delle criticità degli stampi!

Ecco cosa potrebbe capitare utilizzando metodi improvvisati, particolarmente legati a soluzioni non adeguate, poco chiare riguardo il processo di riempimento degli stampi.

-Realizzeresti stampi da testare pericolosamente in fonderia, quando è troppo tardi.

-Potresti utilizzare scelte discutibili di accoppiamento macchina – pistone – stampo.

-Non riusciresti ad ottimizzare i costi di produzione delle fusioni.

-Le tue prove stampo potrebbero essere infinite e molto costose.

-I tuoi stampi potrebbero essere vittima di continui e costosi rifacimenti

Ecco gli importanti risultati che otterrai nella tua fonderia se ti affidi al metodo di lavoro giusto.

-Potrai aumentare il tuo fatturato riducendo le ore di lavoro effettive di progettazione degli stampi.

-Potrai ridurre drasticamente i costi legati alle tue inefficienze.

-Potrai abbattere drasticamente gli scarti dovuti alle inefficienze degli stampi.

-Aumenterà il rendimento complessivo dei tuoi impianti.

-Risparmierai molte ore di lavoro per effettuare controlli in linea tardivi.

-I tuoi stampi avranno durata infinita e costi ridotti ai minimi termini

Finalmente potrai anche tu essere padrone indiscusso della tua tecnologia.

Allora, vuoi scoprire come molte fonderie stanno brillantemente affrontando e risolvendo quotidianamente i loro problemi di produzione con un metodo scientifico certo?

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Roberto Camerin

L’esperto del processo di pressofusione