METFON: Fattibilità contro corrente

Fig. AQuando ci si trova davanti a un ostacolo, la linea più breve tra due punti non è necessariamente quella retta, può essere anche curva: ebbene, Metfon srl di Orbassano (TO) non ha saputo resistere all’invito del committente ad affrontare fino in fondo le difficoltà di uno stampo destinato alla produzione di un dissipatore di calore pressofuso; così la fonderia/attrezzeria si è sobbarcata le conseguenze piuttosto ostili della propria decisione di produrre uno stampo alquanto inconsueto, comunque al di fuori della linea tradizionale, dunque tutt’altro che retta.

Come dire: le difficoltà crescono a misura che ci si avvicina alla meta, al dissipatore nel nostro caso. Non vogliamo celebrare i sacrifici di un’attrezzeria, naturalmente, ma la carica necessaria per ottenere il risultato, al quale l’attrezzeria stessa aspirava. Compito tutt’altro che facile. Fondata nel 1977, ormai al terzo passaggio generazionale, Metfon srl, attrezzata per lo stampaggio termoregolato e/o sottovuoto, si avvale di nove macchine di pressofusione da 150 a 750 tonnellate.

Dissiptore di calore in lega di Alluminio.

Dissipatore di calore in lega di Alluminio.

Oltre al reparto fonderia dispone di una attrezzeria interna, dove vengono progettati e realizzati gli stampi in produzione, ed un reparto di lavorazioni meccaniche per la finitura dei getti.

Per la progettazione stampi e attrezzature l’azienda dispone di un sistema di progettazione stampi 2D e 3D mediante modellazione solida e simulazione di colata, capace di garantire sempre un colloquio diretto di collaborazione con i clienti. Il parco macchine vanta centri di lavoro orizzontali e verticali con cambio pallet, centri di lavoro a tavola rotante con controllo 100% Marposs, torni CNC, brocciatrici, maschiatrici.

Fiore all’occhiello di Metfon è la sala di controllo qualità, equipaggiata con una macchina tridimensionale automatica con cambio tastatore, una macchina tridimensionale manuale, una sala raggi X, quantometri, rugosimetri e durometri e tutti gli strumenti necessari al controllo dei getti. Ecc.

Stampo per pressofusione di Alluminio.

Stampo per pressofusione di Alluminio.

L’oggetto
L’oggetto da stampare per pressofusione è un dissipatore di calore in lega di Alluminio primaria EN AB 44300 (fig. 1), pesante 250 grammi il cui ingombro massimo è di 101 x 107 x 62 mm, destinato a dissipare il calore generato dal faro a led di un’autovettura. Prerogativa essenziale di questo componente è la mancanza quasi assoluta d’impurità, quindi un Alluminio ad alto grado di purezza.

Non è stata possibile alcuna collaborazione con il cliente per ottimizzare il disegno in fase progettuale, al fine di facilitare poi stampo e stampaggio; per vari motivi lo stesso disegno era stato “congelato” dal cliente finale, quindi Metfon – al quale erano stati affidati sia la realizzazione dello stampo sia lo stampaggio dell’oggetto – ha dovuto garantire la fattibilità del pezzo così com’era, sia per quanto riguardava i costi sia per le tempistiche. Insomma, un totale adattamento alle esigenze del cliente, il quale aveva imposto due paletti: 1) non doveva esserci alcun segno di estrazione all’interno del pezzo in parte mobile; 2) non si potevano spostare le zone di fissaggio delle schede elettroniche, cioè quelle che hanno creato più problemi nella costruzione dello stampo. L’unica concessione è stata l’aggiunta di un tipo di estrazione anche nella parte fissa nello stampo, tramite l’utilizzo di estrattori a lama, con segni evidenti nelle zone di estrazione stesse.

Matrice.

Matrice.

Lo stampo
Si tratta, dunque, di uno stampo per pressofusione di Alluminio (fig. 2) con i tasselli della figura in acciaio Thyrotherm E38K fornito dalla Schmolz + Bickenback, temprato a 46 – 48 HRC e quindi successivo trattamento superficiale di ossidazione (fig. 3). Thyrotherm® E38K è un materiale elettro-rifuso modificato per stampi, sviluppato per applicazioni di lavorazione a caldo, con un’eccezionale resistenza meccanica (tenacità).

Il porta stampo, i normalizzati e gli espulsori sono stati forniti dalla Meusbürger, leader nel settore dei normalizzati di alta qualità, con la quale è stato possibile beneficiare dei vantaggi dovuti alla standardizzazione. Il vasto assortimento di normalizzati, combinati con prodotti di alta qualità per l’officina, ha reso Meusburger un partner davvero prezioso nella realizzazione di questo stampo.

Il porta stampo è in acciaio bonificato 2312. I perni inclinati comandati da 2 cilindri in parte mobile (fig. 4) sono stati realizzati partendo da espulsori Meusbürger nitrurati E1740 (fig. 5); gli espulsori del piano fisso sono gli E1755 Meusbürger di tipo lamellare. Gli altri perni inizialmente erano in acciaio 1.2343, poi in lega di tungsteno e infine in acciaio W360 Böhler temprati a 51 HRC.

Cilindri.

Cilindri.

L’ossidazione è un nuovo trattamento affidato al Gruppo T.T.N, che serve principalmente a facilitare il distacco dell’Alluminio; questo trattamento è quindi perfetto per la produzione di dissipatori.

T.T.N. S.p.A. opera da oltre un ventennio nel settore dei trattamenti termici e, dedicando un’attenzione costante allo sviluppo e applicazione delle più moderne tecnologie, si è proposta come azienda leader sul mercato.

Il trattamento è stato utile nella fase di start-up dello stampo, avente lo scopo di creare una barriera di protezione tra 1’acciaio della parte stampante e l’Alluminio fuso; tale barriera è costituita da selezionati ossidi di Ferro; la figura 6 mostra chiaramente la “pulizia” del getto all’uscita. La durezza superficiale rimane invariata, 1’arricchimento strutturale non crea modifiche alle tolleranze dei particolari.

Il Ferro ha elevata solubilità nell’Alluminio, motivo per cui la lega fusa tende ad incollarsi allo stampo, generando fenomeni dannosi al ciclo produttivo dello stesso. Il processo, per le sue caratteristiche chimiche, è utilizzato inoltre nelle fasi produttive ad alta tiratura, creando uno scudo protettivo contro corrosione incollaggi.

Perni inclinati e dritti.

Perni inclinati e dritti.

Uno dei problemi principali nella pressofusione di dissipatori è che questi ultimi non devono assolutamente avere cricche di calore, altrimenti si creano delle deformazioni sui piani di appoggio delle schede elettroniche e tutto rischia di andare in corto circuito. Con l’acciaio Thyrotherm E38K, il rischio di cricche è davvero basso: eventuali cricche dovute a punti di shock termici potrebbero verificarsi solo dopo 70-80-90.000 iniezioni; mentre con un materiale classico tipo 1.2343 le prime cricche potrebbero attivarsi già intorno alle 60.000 iniezioni. Dunque, aumentando la durezza, diminuisce l’usura dell’acciaio e di conseguenza aumenta la qualità sia in termini di durata sia in termini di usura.

Quando l’eccezione conferma la regola
Generalmente, negli stampi per dissipatori di calore tutta la parte alettata viene messa nella zona mobile per far sì che gli estrattori aiutino l’espulsione; l’altra parte va nella zona fissa. In questo stampo, invece, non era fattibile la procedura classica, perché ci sono dei perni inclinati comandati da cilindri (fig. 4), che aumentano lo spessore dello stampo e tale spessore lo si può ottenere solo nella parte mobile. Quindi, in un certo senso, lo stampo è stato ribaltato per agire esattamente al contrario rispetto ad un normale stampo per dissipatori; altrimenti le zone alettate nella parte fissa non potrebbero essere facilitate nella fase di estrazione e dunque questa sarebbe stata una zona critica. L’unica concessione allo stampista da parte dell’utilizzatore finale è stata sistemare delle lame di estrazione nella parte fissa comandate non dalla macchina, bensì da un sistema di molle, che all’apertura della macchina danno lo spunto per l’estrazione.

Per evitare che i perni inclinati andassero a cozzare con i perni dritti, questi ultimi sono hanno un’altezza complessiva di 20 mm (compresa la testa), cosa abbastanza inconsueta per questo settore.

Il getto come esce dalla pressa.

Il getto come esce dalla pressa.

Progettazione e lavorazione dello stampo
La progettazione dello stampo si è avvalsa del software della Visi cad della Vero, che offre una unica combinazione di soluzioni integrando in un solo sistema la progettazione 3D solida e superficiale avanzata con le lavorazioni da 2 a 5 assi (sia posizionati che continui) nonché strategie dedicate all’alta velocità.

Verificati gli sformi, la compatibilità del materiale dell’oggetto, le dimensioni e le tolleranze richieste, i normalizzati, i canali di colata, i pozzetti e quant’altro, si è passati alla vera e propria progettazione dello stampo, che ha comportato qualche difficoltà soprattutto perché non dovevano esserci estrattori in figura, a causa delle alette sottilissime e per l’estrema vicinanza dei perni inclinati e dritti (figg. 4, 5).

Prima di passare alle lavorazioni in officina, è stata fatta una simulazione di colata tramite software Castle della PQ2. Castle è specifico per il processo di pressocolata, ed è davvero un ottimo strumento snello e veloce per garantire l’efficacia degli stampi. Questo sw permette 3 diversi livelli di analisi: Castle Mind per un’analisi generale di fattibilità e per avere delle informazioni qualitative sulla forza di chiusura, il diametro del pistone, attacchi di colata e i parametri di iniezione; Castle Run per analizzare solo la colata, Castle Body per simulare il riempimento del getto completo. Tutte le lavorazioni vengono effettuate internamente.

Per la sgrossatura, l’officina utilizza centri di lavoro ad alta velocità con inserti in metallo duro; l’esperienza ha suggerito di utilizzare un sistema a forte avanzamento per creare meno tensioni al materiale in lavorazione. Si lascia un millimetro di sovrametallo a parete, per evitare problemi di deformazione al primo trattamento di tempra. Successivamente, quando i tasselli vanno in tempra, si provvede alla lavorazione del porta stampo; essendo quest’ultima un’operazione delicata, dopo la sgrossatura il portastampo viene lasciato in macchina a staffe lente tutta la notte per completare il raffreddamento; così le tensioni del portastampo stesso rientrano, e il giorno dopo a carcassa completamente fredda si provvede alla finitura ottimale di rettifica; quando è necessaria, per esempio nei casi di cavità troppo alte, si ricorre all’elettroerosione.

Valentina Battistelli e il fratellocontitolari di Metfon srl.

Valentina Battistelli e il fratello contitolari di Metfon srl.

Questo “trucco” è necessario, perché le temperature in gioco nella cava con la sgrossatura sono molto elevate e si creano delle deformazioni. Infine, quando rientrano i pezzi dalla tempra, si rifà una pre-sgrossatura per arrivare poi alla finitura e lucidatura.

Nel caso del nostro stampo, la finitura è stata per il 70% di fresatura, il resto in elettroerosione dato che le alettature superano i 30 mm di profondità ed hanno uno spessore in punta di 1.2 mm.

Terminate le lavorazioni, si monta lo stampo e si verifica l’accoppiamento, quindi si fa la lucidatura e la prova stampo.

La prova viene effettuata nel reparto fonderia e poi sui getti vengono fatte tutte le finiture necessarie per consegnare al cliente il componente finito. Lo stampo richiede parecchia manutenzione: al termine di ogni lotto produttivo deve essere tolto dalla macchina per pulirlo e soprattutto per verificare la parte fissa cioè la più critica; infatti eventuali residui potrebbero grippare il sistema di estrazione in parte fissa con conseguenti problemi di estrazione in fase di avvio produzione.

Come manutenzione preventiva, vengono sostituiti periodicamente i perni, i cui diametri sono molto piccoli, dell’ordine di 2.7 mm; sarebbe più costoso un fermo macchina per la rottura di un perno.

CARTA DI IDENTITÀ DELLO STAMPO
Fabbricante: Metfon srl, Strada Torino, 49.
10043 Orbassano (TO)
Tel/fax.011 9032091/092
E mail: info@metfon.com
Materiali: tasselli figura in Thyrotherm E38,
porta stampo in acciaio 2312,
perni in acciaio W 360 Böhler,
espulsori in parte mobile E1740,
espulsori in parte fissa E1755;
Dimensioni: 596 x 606 x 596 mm;
Peso: 1.305 kg;
Impiego: produzione di dissipatore di calore in lega d’Alluminio;
Metodologie di progettazione: Visi cad di Vero International,
simulazione stampo tramite sofware PQ2;
Messa in produzione: Cam Visi
Tecnologie di lavorazione: sgrossatura, finitura,
elettroerosione, tempra,
ossidazione, rinvenimento;
Produzione prevista: 800.000 pezzi pari a 200.000 pezzi/anno
Manutenzione: pulizia e sostituzione perni ogni 20.000 pezzi

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