Questa domanda vi viene rivolta molto spesso.

Il processo produttivo dei pezzi in zama solitamente è legato al basso costo di lavorazione di una materia prima poco conosciuta, che permette l’utilizzo di macchinari economici, un costo energetico inferiore ed una maggiore semplicità di gestione del processo rispetto all’alluminio.

Naturalmente non dobbiamo soffermarci solo su queste valutazioni.

È ovvio che esistono caratteristiche tecniche della zama che la rendono migliore rispetto all’alluminio in determinate applicazioni.

Quando l’articolo che stai progettando dovrebbe essere stampato in zama piuttosto che in alluminio?

Vanno considerate solo ragioni di natura tecnica o devono entrare in gioco anche valutazioni di natura economica e produttiva?

È necessario andare alla ricerca di risposte di carattere tecnico se desideri evitare di commettere errori strategici nella scelta della materia prima.

Ho dovuto scovare queste informazioni nei luoghi più remoti, provandole sul campo per validarle e considerarle attendibili a tutti gli effetti.

Nel corso del tempo ho dovuto necessariamente incrementare le mie conoscenze di processo per riuscire a risolvere i problemi che perseguitano da anni le fonderie di zama.

Naturalmente, nel corso delle mie ricerche in pressofusione, ho dovuto effettuare numerosi esperimenti per collegare la fonderia ai relativi numeri legati all’analisi scientifica del processo.

Allora, sei pronto a confrontarti con me per progettare il tuo nuovo articolo in zama, rispettando alla perfezione i requisiti estetici, meccanici e funzionali che ti sei preposto?

Sei convinto che questa lega sia adatta a stampare solo fibbie, bottoni, maniglie, leve monocomando o potrei convincerti che potresti realizzarci molte più cose?

Si tratta realmente della lega metallica più scadente in commercio, adatta solo per realizzare oggettini di scarso valore tecnico o nasconde doti inaspettate che la rendono la regina indiscussa di alcune applicazioni?

Preparati ad analizzare i dati che sto per presentarti e inizia a sorprenderti: ecco le risposte che stai cercando da molto tempo.

Per mettere un po’ di ordine nella tua mente, voglio regalarti alcune considerazioni, nate da una prova che ho effettuato presso un mio cliente, che ha deciso di realizzare un articolo sia in zama che in alluminio (ha costruito uno stampo per zama a 2 impronte e uno stampo per alluminio a 4 impronte).

Il confronto dei risultati ha dato indicazioni decisamente interessanti: ti invito a condividerle con me.

Come accennato, ci siamo occupati dell’analisi a tavolino di 2 stampi realizzati in alluminio (4 impronte) e zama (2 impronte) relativi al medesimo articolo.

Abbiamo effettuato il calcolo dei parametri di iniezione da inserire in macchina, con l’obiettivo di trovare i migliori parametri di processo relativamente allo stampo progettato in alluminio e al medesimo stampo progettato in zama per compiere una analisi comparativa dei parametri di processo ricavati per i due stampi in esame, una analisi tecnico economica del risultato ottenuto e, per finire, una analisi dettagliata relativa alla cadenza produttiva degli impianti che stampano gli articoli in oggetto.

Abbiamo anche cercato di capire dove sono concentrate le eventuali criticità di processo e di utilizzo degli stampi montati in macchina.

A partire da questo momento, per semplicità di trattazione, chiamerò AL l’articolo in alluminio e ZN l’articolo in zama.

L’analisi a tavolino dei parametri ha evidenziato alcune caratteristiche progettuali degli stampi interessanti, che relaziono di seguito.

Masse

Il rapporto di massa tra le impronte è pari a 2,7 (i pezzi, quindi, presentano lievi differenze tra loro).

Puntalino

Nel caso dell’articolo ZN viene suggerito un puntalino equivalente diametro 10 mm (il valore preciso calcolato è pari a 9,44 mm).

Tempo di riempimento

Nel caso dell’articolo ZN viene suggerito un tempo di riempimento pari a 41,44 ms.

Si tratta del tempo calcolato dall’algoritmo Nadca, che viene confrontato con altri tempi di riempimento: il metodo tabellare (90 ms), la formula per alta finitura (34 ms) e la formula per bassa finitura (44,50 ms), che, infatti diventa il nostro standard di confronto (il pezzo non richiede finiture particolarmente critiche).

Si nota che ad un tempo di riempimento di 41,44 ms corrisponde una velocità di attacco pari a 56,49 m/s (rappresenta un buon valore).

Nel caso dell’articolo AL, invece, viene suggerito un tempo di riempimento pari a 28,30 ms.

Si tratta del tempo calcolato dall’algoritmo Nadca, che viene confrontato con altri tempi di riempimento: il metodo tabellare (37,22 ms), la formula Ulmer che si dimostra particolarmente imprecisa (64,00 ms) e la formula Rearwin, anch’essa particolarmente imprecisa (68,00 ms).

Si nota che ad un tempo di riempimento di 28,30 ms corrisponde una velocità di attacco pari a 40,67 m/s (rappresenta un buon valore).

Corsa di seconda fase

Nel caso dell’articolo ZN viene calcolata una corsa di seconda fase di ben 35,44 mm, nell’ipotesi di stampare con una pressa da 250 ton, con un pistone da 70mm di diametro: questo parametro dimostra di essere eccessivo per rispettare il tempo di riempimento che abbiamo a priori calcolato.

Nel caso dell’articolo AL viene calcolata una corsa di seconda fase di ben 89,61 mm, nell’ipotesi di stampare con una pressa da 560 ton, con un pistone da 60mm di diametro: anche questo parametro dimostra di essere eccessivo per rispettare il tempo di riempimento che abbiamo a priori calcolato.

Fino a questo punto nulla di strano: i primi veri problemi iniziano nel corso della scelta dei migliori impianti produttivi per stampare questi pezzi.

Nel caso del pezzo ZN, i calcoli hanno portato verso la scelta di 2 soluzioni: HC280 e HC400, entrambe con il pistone da 75mm.

Ecco per quale ragione

–      Pressione specifica sul metallo dinamica (ovvero, alla velocità di seconda fase del pistone) pari a 335 Kg/cm2 nel caso della  HC400 e 302 Kg/cm2 nel caso della HC280 (il valore calcolato in fase di progettazione era 250 Kg/cm2).

–      Corsa di seconda fase pari a 30,9 mm per entrambe le macchine (il valore ottimale sarebbe di circa 26mm per riuscire a rispettare correttamente il tempo di riempimento calcolato).

–      Velocità di seconda fase pari a 1,12 m/s per entrambe le macchine (il valore ottimale dovrebbe essere compreso tra 1 e 2,5 m/s per riuscire a generare un profilo di iniezione della pressa coerente).

–      Forza di apertura massima generata dall’iniezione pari a 174,32 ton nel caso della  HC400 e 158,20 ton nel caso della HC280 (il valore calcolato non deve eccedere la forza di chiusura della pressa).

Nel caso del pezzo AL, le soluzioni calcolate (TF800 con il pistone da 65, 70 e 75 mm e CF900 con il pistone da 80mm) sono legate all’incrocio dei seguenti parametri.

–      Pressione specifica sul metallo dinamica (ovvero, alla velocità di seconda fase del pistone) pari a 419,16 Kg/cm2 nel caso della  CF900 e, rispettivamente, 455,75 Kg/cm2 (pistone da 65mm), 412,91 Kg/cm2 (pistone da 70mm) e 373,10 Kg/cm2 (pistone da 75mm) nel caso della TF800 (il valore calcolato in fase di progettazione era 300 Kg/cm2).

–      Corsa di seconda fase pari a 50 mm nel caso della  CF900 (il valore ottimale sarebbe di circa 70mm per riuscire a rispettare correttamente il tempo di riempimento calcolato) e, rispettivamente, 76mm (pistone da 65mm), 66mm (pistone da 70mm) e 57mm (pistone da 75mm) nel caso della TF800 (il valore ottimale sarebbe di circa 60mm per riuscire a rispettare correttamente il tempo di riempimento calcolato).

–      Velocità di seconda fase pari a 2,67 m/s nel caso della  CF900 e, rispettivamente, 4,05 m/s (pistone da 65mm), 3,49 m/s (pistone da 70mm) e 3,04 m/s (pistone da 75mm) nel caso della TF800 (il valore ottimale dovrebbe essere compreso tra 2 e 5 m/s per riuscire a generare un profilo di iniezione della pressa coerente).

–      Forza di apertura massima generata dall’iniezione pari a 448,50 ton nel caso della  CF900 e, rispettivamente, 502,38 ton (pistone da 65mm), 434,35 ton (pistone da 70mm) e 378,57 ton (pistone da 75mm) nel caso della TF800 (anche in questo caso, il valore calcolato non deve eccedere la forza di chiusura della pressa).

Ti faccio notare che il cliente dispone della seguente tecnologia (come soluzioni tecniche più vicine a quelle calcolate): CZ250 con pistone da 70mm per il pezzo ZN e PFO560 con pistone da 60mm per il pezzo AL.

Analisi del costo pezzo

È particolarmente interessante il dato presentato da questo tipo di analisi.

Innanzitutto abbiamo eseguito il calcolo relativo al solo costo di trasformazione (dal lingotto alla fusione), senza considerare l’incidenza della materia prima sul prodotto finito.

Nel caso del pezzo ZN, considerando la soluzione che attualmente il cliente sta utilizzando in fonderia (CZ250 con pistone da 70mm) è uscita questa soluzione: il costo di trasformazione del singolo pezzo è pari a € 0,024 (ricordo che stiamo parlando di uno stampo a 2 impronte).

Nel caso del pezzo AL, invece, considerando la soluzione che attualmente sta utilizzando il cliente in fonderia (PFO560 con pistone da 60mm) è uscita questa soluzione: il costo di trasformazione del singolo pezzo è pari a € 0,022 (ricordo che stiamo parlando di uno stampo a 4 impronte).

È particolarmente interessante notare che la differenza di costo di trasformazione del singolo pezzo (non considerando l’incidenza della materia prima e il fatto che lo stampo in alluminio è a 4 impronte mentre lo stampo in zama è a sole 2 impronte) è praticamente nulla (€ 0,002).

La situazione cambia radicalmente se consideriamo il calcolo relativo al solo costo di trasformazione (dal lingotto alla fusione), considerando anche l’incidenza della materia prima sul prodotto finito.

Nel caso dell’articolo ZN abbiamo considerato i seguenti parametri: costo unitario della materia prima pari a 2,7 €/Kg e percentuale di rifusione della materozza pari a 10%.

Nel caso dell’articolo AL abbiamo considerato i seguenti parametri: costo unitario della materia prima pari a 1,8 €/Kg e percentuale di rifusione della materozza pari a 30%.

Ebbene, nel caso dell’articolo ZN abbiamo ottenuto un costo di trasformazione del singolo pezzo pari a € 1,458, mentre nel caso dell’articolo AL abbiamo ottenuto un costo di trasformazione del singolo pezzo pari a € 0,571, con una differenza di costo di trasformazione del singolo pezzo (considerando anche l’incidenza della materia prima e il fatto che lo stampo in alluminio è a 4 impronte mentre lo stampo in zama è a sole 2 impronte) pari a ben € 0,887 a netto vantaggio del pezzo AL.

Cadenza produttiva degli impianti

Anche in questo caso il confronto ottenuto è decisamente interessante.

Nel caso del pezzo ZN, considerando la soluzione attualmente utilizzata dal cliente (CZ250 con pistone da 70mm) abbiamo ottenuto una cadenza produttiva dopo 1 anno di lavoro pari a 811.113 pezzi (ricordo che stiamo parlando di uno stampo a 2 impronte), o 8.111.125 pezzi dopo 10 anni di produzione (impianto saturato al 25%), contro il pezzo AL (PFO560 con pistone da 60mm) dove la cadenza produttiva dopo 1 anno è pari a 1.054.960 pezzi (ricordo che stiamo parlando di uno stampo a 4 impronte), o 10.549.600 pezzi in 10 anni, risultando l’impianto saturato al 28%.

In conclusione, per avere un impianto per l’alluminio efficiente al pari di quello della zama, il cliente ha quasi dovuto raddoppiare le impronte, pur mantenendo il vantaggio economico del costo pezzo a parità di impronte.

Sei ancora convinto che la zama sia una lega di pessima qualità, adatta solo per produrre oggettini di poche pretese, che invadono mercati a basso costo e poco esigenti nei target qualitativi?

Sei riuscito a capire per quale ragione, in alcune occasioni, conviene valutare seriamente anche questa lega, per ottimizzare i costi di produzione, gli asset qualitativi delle tue fusioni e le cadenze produttive delle tue presse?

Per questa ragione, è fondamentale aver ben chiare queste considerazioni .

Dobbiamo focalizzare la nostra attenzione su tecniche di analisi del processo scientificamente provate, con lo scopo di arrivare a un punto di equilibrio della fonderia stabile e imperturbabile nel tempo.

Concentriamoci sull’ottimizzazione del processo, studiando e applicando il primo metodo certo per abbattere gli scarti nel processo di pressofusione che si appoggia su regole matematiche certe.

Oggi non possiamo permetterci di avere il processo fuori controllo!

Per fare queste considerazioni in maniera corretta, è necessario avere la materia “pressofusione” perfettamente chiara e sotto controllo.

Teoria e pratica devono congruamente mescolarsi.

Per arrivare a queste conclusioni, devi aver affrontato le problematiche di regolazione del processo direttamente sul campo, in fonderia, dove si accumulano tutti i problemi, dove non puoi avere margini di errore, dove non puoi improvvisare per regolare gli impianti di ultima generazione, dove le non conformità di processo si rivelerebbero come boomerang devastante.

Dobbiamo analizzare e controllare il processo di pressofusione con regole matematiche certe, testate.

Ecco come devono essere analizzati i problemi che ti ho esposto puntando sempre all’eccellenza produttiva.

Con l’analisi, la conoscenza, la competenza e con un approccio matematico che, associato alla tua esperienza, può fare la vera differenza nella tua fonderia, all’interno dei tuoi stampi, nella  scelta ottimale delle tue presse, nella scelta dei migliori parametri di lavoro, nel monitoraggio della tua produzione.

Strategie di analisi scientifiche e deterministiche ti porteranno sempre alla scelta della migliore lega in commercio.

La corretta lettura e la corretta interpretazione delle le curve di iniezione della macchina ti aiuteranno a capire quale parte della stampata sta mettendo in crisi il tuo processo produttivo.

La matematica, unita alla tua esperienza, ti aiuterà a trovare sempre le migliori soluzioni tecniche, in questo modo portai capire dove sono realmente focalizzati i limiti e i problemi dei reparti produttivi strategici della tua azienda.

Le curve di iniezione dei tuoi impianti saranno il radar che ti permetterà di misurate tutte le performance dello stampo che hai appena progettato.

Non è più possibile utilizzare i vecchi e deleteri 5 sensi: possono portare fuori strada.

Ecco per quale ragione:

-Potresti utilizzare materia prima di scarsa qualità.

-Gli scarti di produzione non potrebbero calare.

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

-Abbatterai drasticamente gli scarti di fusione.

-Ridurrai drasticamente le non conformità dei tuoi clienti.

-Sceglierai alla perfezione gli impianti.

-I problemi di qualità delle tue fusioni saranno un amarissimo ricordo.

-Abbatterai i costi lavorando con impianti correttamente dimensionati e velocissimi.

-I tuoi tempi di consegna si abbatteranno drasticamente.

Ecco il segreto per tornare ad avere i margini di guadagno di una volta!

Allora, vuoi chiarire una volta per tutte questi aspetti strategici?

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Roberto Camerin

L’esperto del processo di pressofusione