Cinture di sicurezza più affidabili? Dipende dallo stampo

Le cinture di sicurezza sono, in caso di incidente, uno dei più importanti meccanismi di protezione per chi si trova all’interno dell’autovettura. La loro affidabilità dipende anche da un piccolo ingranaggio dell’arrotolatore, assolutamente non trascurabile, che nasce da uno stampo dalle caratteristiche molto interessanti. Che presentiamo.

Occhio alla cintura

Se dotata di pretensionatore ed accompagnata con l’ airbag, la cintura di sicurezza si è rivelata, finora, il miglior sistema di prevenzione. È stato stimato che il corretto uso della cintura di sicurezza riduce del 50% la probabilità di morte in un incidente.

Fig. 1 Ingranaggio per gli arrotolatori delle cinture di sicurezza per autovetture. Sono ben visibili le due asole a semicerchio e l’asola rettangolare

La stessa cintura è un piccolo scrigno di tecnologia; per esempio il pretensionatore è un dispositivo, azionato da una molla o da una piccola carica esplosiva, che al momento dell’urto “stringe” la cintura verso il corpo, assicurando il massimo contenimento e la migliore dissipazione da parte della cintura dell’energia del corpo proiettato in avanti. Ma c’è dell’altro: un piccolo ingranaggio di arrotolamento della cintura contribuisce a garantire la massima affidabilità. Ebbene, questo importante componente è l’oggetto prodotto da uno stampo costruito da C.S.G. s.r.l. (Alice Castello –Vercelli), che ha iniziato la sua attività nel 1977 grazie all’esperienza maturata nella meccanica di precisione dai suoi fondatori negli anni precedenti in aziende di spicco nel panorama piemontese. Fin dalla sua nascita, la C.S.G. s.r.l. si è occupata della progettazione e costruzione di stampi per la tranciatura delle lamiere (progressivi, transfer, a doppio effetto) e di attrezzature varie; negli anni ha implementato il bagaglio tecnico-strumentale e si è specializzata nella progettazione e costruzione di stampi per la tranciatura fine. L’ufficio tecnico dispone di stazioni CAD sia 2D sia 3D, basate su software della Vero International (VISI) distribuito in Italia dalla Vero Solutions. Anche la programmazione delle macchine a controllo numerico avviene con software CAM di Vero International. L’officina vanta un parco macchine di ultima generazione (elettroerosione a filo e tuffo, centri di lavoro ecc.). Particolare passione, precisione, professionalità e puntualità è stata necessaria per la progettazione e fabbricazione dello stampo che segue, destinato alla produzione di un ingranaggio per gli arrotolatori delle cinture di sicurezza per autovetture. L’apparente semplicità di quest’oggetto non significa assenza di complessità o di complicazione nella progettazione dello stampo, responsabilità che può configurarsi nella destinazione dell’oggetto stesso ovvero cinture di sicurezza. L’ingranaggio è in acciaio 42CrMo4 dello spessore di 3 mm e un diametro esterno di soli 43,5 mm per 25 denti; il pezzo presenta un foro sagomato centrale del diametro massimo di 16,5 mm con bassofondo del diametro di19 mm e profondità di 0,3 mm. Sono presenti tre asole, due a semicerchio del diametro di 5,1 mm e un’asola rettangolare 3,1×5,1 mm (v. fig. 1). Per la sua produzione, il committente ha richiesto la tranciatura fine, processo assolutamente necessario per garantire un elevato livello di planarità della lamiera e quindi il massimo livello qualitativo del pezzo finito, un particolare metallico dagli elevati requisiti funzionali, che doveva essere assolutamente funzionale e pronto all’impiego, grazie alle facce tranciate perfettamente lisce e di precisione.

Progettazione dello stampo

Il disegno dell’oggetto non ha richiesto alcuna collaborazione fra stampista e committente, poiché non sono emerse necessarie modifiche. C’è stata invece collaborazione per la stesura del progetto preliminare dello stampo, a causa delle particolari esigenze del committente; per esempio, ha richiesto l’intestatura di inizio nastro integrata allo stampo, con la possibilità di inserirla solo per effettuare l’inizio nastro. Per produrre l’oggetto in questione, è stato progettato e costruito interamente all’interno di C.S.G. s.r.l. lo stampo a passo a tre figure per tranciature fine qui di seguito descritto (fig. 2).

Vista 3D della parte inferiore dello stampo

Questa tipologia di stampi permette, infatti, di ottenere dei pezzi perfettamente piani e con superfici tranciate lisce ed esenti da strappature. Trattasi, dunque, di uno stampo, progressivo a 5 passi, in grado di produrre tre pezzi per volta e di effettuare l’intestatura del nastro per il primo passo, attivando l’apposita stazione. I basamenti sono in acciaio bonificato 1.2312, le parti di guida in acciaio 1.2379 mentre per il cuore dello stampo sono stati utilizzati acciai super-rapidi rifusi sotto elettro-scoria. Nella progettazione e costruzione dello stampo è stata prestata molta cura allo smontaggio e alla manutenzione delle parti soggette ad usura (punzoni, matrici, coniatori, timbrature ecc.) Sono state adottate soluzioni che permettono una manutenzione rapida e semplice, quando possibile anche a bordo pressa, e dei kit di spessori necessari per preservare le altezze originali dopo ogni affilatura dello stampo, evitando così errori di programmazione nella chiusura della pressa. Lo stampo è provvisto di punzoni e matrici dedicati per ogni singola figura (fig. 3) e progettati per non essere montati involontariamente in posizione errata o ruotata.

Fig. 3 Panoramica dei punzoni e matrici dedicati per ogni singola figura

Con lo stampo sono stati costruiti anche gli anelli specifici per il trasferimento del comando idraulico dalla pressa allo stampo, ponendo molta attenzione alla loro progettazione in modo da irrobustire e sostenere lo stampo durante la pressata. La progettazione è stata effettuate dall’ufficio tecnico interno della C.S.G. s.r.l. avvalendosi di stazioni Visi-Cad e Cam 2D/3D distribuiti dalla Vero Solutions. L’ufficio tecnico ha riconosciuto in questo pacchetto la soluzione ideale per le esigenze in corso, giacché integra in un solo sistema la progettazione 2D e 3D solida e superficiale avanzata con le lavorazioni a 2 assi e il Cam per l’elettroerosione. Il pacchetto software, se necessario, potrebbe essere ampliato anche con le lavorazioni a 5 assi sia posizionati sia continui e con strategie dedicate all’alta velocità. Una specifica verticalizzazione ha aiutato a ridurre in maniera significativa i tempi di analisi delle geometrie, la realizzazione dei preventivi, lo sviluppo del progetto e la gestione integrata del processo produttivo. Così è stato più facile integrare l’intestatura allo stampo, semplificando l’azionamento e l’esclusione della stessa. Un’altra difficoltà è stata prevedere una facile manutenzione dello stampo anche a bordo macchina, per consentire un adeguato numero di affilature delle principali parti dello stampo soggette ad usura.

Fig. 4 Punzone figura in matrice

Il Cad Visi è stato davvero prezioso per equilibrare al meglio gli sforzi dello stampo, al fine di prolungare la durata delle parti interne e preservarle da rotture e/o scheggiature. Come già accennato, i punzoni sono stati progettati in modo da non poterli montare in posizione angolare errata. Ultima difficoltà è stato progettare e creare i profili dei punzoni e delle matrici (fig. 4) in modo da ottenere una luce variabile: da un minimo di 0,02 mm costante raggio sull’evolvente fino a 0,06 mm costante raggio sul fondo del dente.

Lavorazione dello stampo

Tutte le lavorazioni sono state eseguite all’interno dell’attrezzeria, grazie a un parco macchine di ultima generazione: macchine per la preparazione dei pezzi (seghetti e fresatrici), centri di lavoro verticali (ZPS MCFV-1060 NT e ZPS MCFV-100-S), rettifiche (Favretto TC70 e MB70), affilatrici (Tacchella e Jone-Shipman), ma soprattutto sono state preziose le operazioni di elettroerosione a filo (Charmilles 6050, Charmilles 6030 e Charmilles 330F) e a tuffo (Charmille Roboform 30 e Eurospark Manuale). Le uniche operazioni esterne sono state quelle di tempra e rivestimento dei vari pezzi che necessitavano di tali trattamenti.

Fig. 5 Punzone figura con espulsore

La principale difficoltà riscontrata è stata la costruzione dei punzoni e delle matrici (figg. 5 e 6), che dovevano rispettare una perfetta precisione geometrica (luce 0,02 mm, costante raggio).

Fig. 6-Cassetto matrice figura

Per far ciò si sono creati appositi percorsi Cam per le elettroerosioni a filo, che hanno consentito di avere una migliore precisione soprattutto sul profilo esterno dei punzoni. È chiaro che con luci tra punzoni e matrici così ridotte, tutto lo stampo deve essere costruito curando in modo quasi maniacale la precisione in ogni suo singolo elemento. La manutenzione si riduce a quella normalmente necessaria per gli stampi di tranciatura fine.

Fig. 7-Estrattore con punzone centrale

Carta d’identità dello stampo

Fabbricante:                                 

C.S.G. s.r.l. – Meccanica di precisione

Costruzione stampi ed attrezzature (tranciatura fine, progressivi, ecc.)

Erosione c\terzi

Via Lago 35/D

13040 ALICE CASTELLO

Tel. 0161-90583

Fax 0161-909752

e-mail: csg.alice@libero.it

www.wix.com\csgalice\csg.

Materiali delle varie parti costituenti lo stampo:                

Basamenti 2312 bonificato; cuore stampo HSS

Dimensioni:                                    

400x550x580 mm.

Peso:                                               

10 q.li circa

Impiego:                                         

Stampo a passo a tre figure per la produzione di un ingranaggio per gli arrotolatori delle cinture  di sicurezza.

Metodologie di progettazione:     

Complessivi e particolari progettati con VISI – CAD 2D/3D della Vero Solutions.

Messa in produzione:                     

VISI – CAM 2D per erosione a filo e fresatura.

Tecnologia di lavorazione:            

Sgrossatura, preparazione dei pezzi, tempra, erosione, rettifica, finitura.

Produzione prevista:                      

1.000.000 pezzi/anno circa.

Manutenzione:                               

Normale manutenzione stampi tranciatura fine.

 


Fig. 1-Ingranaggio per gli arrotolatori delle cinture di sicurezza per autovetture. Sono ben visibili le due asole a semicerchio e l’asola rettangolare

 

Fig. 2-Vista 3D della parte inferiore dello stampo

 

Fig. 3-Panoramica dei punzoni e matrici dedicati per ogni singola figura

 

Fig. 4-Punzone figura in matrice.

 

Fig. 5-Punzone figura con espulsore

 

Fig. 6-Cassetto matrice figura

 

Fig. 7-Estrattore con punzone centrale

 

 

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