Stampo di taglia forte per Cargopallet

 

A quanto ci risulta, stampi simili in Italia sono una rarità, non solo per le eccezionali dimensioni, ma anche perché è stato progettato e realizzato con le forze interne di un’unica azienda, l’attrezzeria MCS Facchetti S.r.l. di Mura (BS). Dunque, non si tratta del solito stampo, vuoi per le dimensioni vuoi per la complessità ed importi, ma di un servizio con tanto valore aggiunto, un’opera “sartoriale” portata a termine da un ufficio tecnico e un’officina altamente specializzati, che ce l’hanno messa tutta per soddisfare i bisogni di ogni singola operazione, dalla progettazione alla lavorazione dello stampo, alla prova stampo. MCS Facchetti è una tra le principali realtà italiane specializzata nella progettazione e costruzione di stampi per pressofusione di leghe e iniezione materie plastiche di elevata complessità. MCS dà molta importanza allo sviluppo della progettazione, per prevedere subito ogni eventuale complicazione/ottimizzazione nella lavorazione degli stampi e/o nel loro utilizzo.

Fiore all’occhiello è l’uso di sistemi di simulazione di riempimento, per pressofusione (Procast) e d’iniezione (MoldFlow, Visi Flow), per ottenere informazioni sulle condizioni del processo di stampaggio ancor prima della progettazione. Punta di diamante di MCS Facchetti è l’area completamente automatizzata dedicata al trattamento termico normalizzato, ove si possono trattare matrici stampanti e particolari fino a 900 x 600 x 700 mm, per operazioni di tempra in atmosfera controllata, rinvenimenti, distensioni e nitrurazioni gassose. Una prerogativa di MCS è il continuo investimento in macchine utensili di ultima generazione; per esempio, nell’ottica di un continuo rinnovamento tecnologico, ha inserito recentemente in produzione i nuovi centri di lavoro DMG DMU 105 monoBlock 5 assi e MAZAK Integrex I-400S 5 assi che pare siano i primi modelli installati in Italia e che sono stati protagonisti nella finitura dello stampo che segue.

Fig. 1 – Cargopallet 700 Plus.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Carta d’identità dello stampo

• Fabbricante: 

M.C.S. Facchetti S.r.l.

Loc. Breda, 3 25070 Mura (BS) Italy

Tel: 036588000

Fax: 03658908229

Email: info@mcsfacchetti.it

• Materiali dello stampo:  Parti stampanti in acciaio, Superplast SP 300, Porta stampi in acciaio 1.2738, Carri e altri inserti in 1.2343 (W300 temprato e nitrurato);

• Dimensioni: 2850x2250x1850 mm;

• Peso: stampo finito 80 tonnellate, 30 tonnellate la parte fissa e 50 tonnellate la parte mobile.

• Impiego: Cassone CARGOPALLET 700 PLUS

• Metodologie di progettazione: 3D CAD/CAE PTC Creo

• Messa in produzione: 3D CAM Tebis / HyperMill

• Tecnologie di lavorazione: classiche lavorazioni di sgrossatura e finitura;  per i particolari v. testo;

• Manutenzione: Smontaggio rapido stampo, ingrassaggio piastrine nitrurate

Dall’oggetto allo stampo

L’oggetto da stampare è un contenitore industriale, CARGOPALLET 700 PLUS di 1.200×1.000×830 mm di altezza, della capacità di 700 litri e pesante da 30 a 35 Kg (fig. 1); deve essere prodotto in quattro versioni, sempre con lo stesso stampo: pieno, cioè a pareti chiuse, grigliato per l’aerazione di frutta e verdura, chiuso, con portello ribaltabile. Dunque, trattasi di un contenitore in materiale plastico per contenimento industriale provvisto di traverse per il suo sollevamento.  Il modello matematico in 3D è stato dato dal cliente, modellato da un designer; l’ufficio tecnico di MCS ha fatto uno studio in co-design per valutarne le criticità e rendere quindi l’oggetto industrializzabile e stampabile.

Fig. 3a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figg. 3a e 3b – Simulazione del fronte di riempimento di plastica HDPE: prima e dopo la sistemazione del modello, alimentato con camera calda a 12 ugelli sequenziali ad otturazioni.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Più simulazioni di riempimento sono state fatte con VisiFlow per individuare la criticità di avanzamento del flusso; è sorta così la necessità di aumentare lo spessore del pezzo in alcune zone, per favorire poi il flusso del materiale in fase di riempimento e avere un’omogeneità del fronte di avanzamento; tra i primi problemi sorti valutando la versione grigliata, risaltava il fatto che la simulazione richiedeva una forza di chiusura pressa di 6.600 tonnellate, mentre il limite posto dal committente era nettamente inferiore, tra 4.000 e 4.500 tonnellate. Questo ha spinto lo stampista a rivedere il modello modificando sformi, posizioni e numero delle griglie, inoltre giunture di raccordo e spessore delle pareti, così da rientrare nelle specifiche (fig. 3).

È stata fatta un’analisi di fattibilità del pezzo, in base alle soluzioni pensate per l’estrazione del pezzo stesso dallo stampo e una serie di altre funzioni; importante è sottolineare come su un particolare di queste dimensioni il ritiro del pezzo sia nell’ordine di diversi millimetri, compromettendo quindi l’estrazione. Da qui sono sorte alcune soluzioni abbastanza importanti, come la restrizione delle finestre sull’esterno per aumentare la robustezza del pezzo, l’eliminazione di alcune finestrelle per permettere un movimento interno di estrazione migliore, una ritrazione a guance ecc, questo per quanto riguarda l’ingombro pezzo.Tutti suggerimenti che il cliente ha accettato di buon grado.

Lo stampo

Trattasi di uno stampo per iniezione plastica HDPE, alimentato con camera calda a 12 ugelli sequenziali a otturazione, con 4 guance interne, 4 guance esterne versionabili e movimentate idraulicamente, più 9 carrelli meccanici (fig. 2).

Fig. 4 – Le parti stampanti sono in acciaio Superplus 300 (SP 300); sono visibili i ganci bilanciati per carroponte inseriti all’ultimo momento.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le parti stampanti sono in acciaio Superplast 300 (SP 300), comparabile ad un 1.2311 ma con un coefficiente di scambio termico molto migliore, così da garantire un raffreddamento ottimale (fig. 4) a fronte del quantitativo di plastica da raffreddare: era assolutamente necessario abbattere i 35 kg di materiale iniettato. Altri particolari e porta stampi sono in acciaio 1.2738, 1.2343 (W300 temprato e nitrurato). Non è stato facile trovare un fornitore per la camera calda che fosse in grado di realizzare un sistema d’iniezione simile, contenendo gli ingombri della piastra camera calda, riducendo così l’altezza del pacco stampo rispetto alla concorrenza; grazie ad un sistema brevettato del fornitore, è stato possibile risparmiare 250 mm in altezza.

Per la progettazione, l’ufficio tecnico si è avvalso del software PTC Creo, nuova suite di progettazione nata sulla scia degli storici Pro/ENGINEER, CoCreate e ProductView. Si è partiti abbozzando le impostazioni stampo in bidimensionale, per capire come fosse corretto fare le movimentazioni dello stampo ed abbozzare gli ingombri. Era assolutamente necessario scorporare il più possibile lo stampo per non andare fuori peso, sia per poter essere gestito totalmente in MCS, sia per il Cliente. Lo studio e la simulazione di riempimento sono stati svolti internamente in MCS tramite VISI Flow, andando sempre ad inserire in fase di simulazione l’intero circuito di condizionamento stampo, e la reale caratterizzazione del materiale plastico così da rendere il più verosimile possibile la simulazione.

Fig. 5 – Le piastre principali non potevano superare le 30/ 35 tonnellate.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ciò viene sempre fatto in MCS, ma a maggior ragione in questo progetto è stato reso indispensabile, essendo il raffreddamento stampo e la solidificazione pezzo, le principali criticità del progetto, vista la mole del pezzo stesso da realizzare. Inoltre, in conseguenza del delicato periodo economico, il cliente doveva assolutamente essere più competitivo rispetto alla concorrenza, con un articolo simile già da qualche anno sul mercato. Alla fine pare che anche il ciclo di stampaggio sia eccellente rispetto alla concorrenza. Molto impegnativa è stata la valutazione dell’impatto reale dei particolari dello stampo, viste le dimensioni decisamente superiori rispetto alle consuete commesse dello stampista.

Lo stampo, inoltre, è stato pensato per poter essere smontato, “versionato” e rimontato in pressa in tempi brevi, a causa dei frequenti cambi versione di cui necessita il cliente (fig. 3). Si è pensato, quindi, a cambi versione rapidi e di facile esecuzione per l’utilizzatore, andando a realizzare anche tappi metallici ad estrazione magnetica per coprire le sedi viti per lo smontaggio dei tasselli intercambiabili.

Fig. 6 – Lavorazione delle guance esterne su DMG con cambio pallet

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Per l’estrazione delle guance esterne e interne, la difficoltà si presentava nel valutare le connessioni per i circuiti di condizionamento. L’estrazione pezzo è indipendente, realizzata tramite un anello integrale che movimenta le 8 guance, 4 interne e 4 esterne (di cui una coppia versionabile per stampare il portello basso).

La movimentazione dell’anello è effettuata da 4 cilindri idraulici. Abbastanza critica è stata la valutazione dei circuiti di condizionamento, con l’obiettivo di minimizzare il ciclo di stampaggio il quale, come già detto, sembrerebbe dimezzato rispetto ai risultati ottenuti dalla concorrenza, tant’è che lo stampo presenta 40 circuiti di condizionamento/raffreddamento indipendenti. Nel suo complesso la progettazione ha messo sotto pressione tutto l’equipaggiamento dell’ufficio tecnico, in quanto lo stampo è enorme e la matematica era un file da 6-7 giga, quindi difficile da gestire; sono stati integrati appositamente un paio di pc di ultima generazione appunto per gestire in modo dinamico e snello il progetto.

Fig. 7 – Lavorazione punzone e piastra di supporto.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lavorazione dello stampo

Tutte le lavorazioni meccaniche sono state svolte in azienda, valutando attentamente pesi e dimensioni dei blocchi, così da riuscire a movimentarli internamente.

Fig. 8a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figg. 8a e 8b – Cambio versione lato mobile, portello alto/basso.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Viste le dimensioni dei blocchi da lavorare, le sgrossature sono state eseguite su TOS WHQ 130 alesatrice 4 assi per grosse asportazioni, Tos Kurim FSQ 100 a 5 assi, FTP Tessen 6 assi e MAUT KN a 7 assi; queste ultime hanno eseguito anche la finitura delle piastre e i raffreddamenti delle parti stampanti. Per quanto riguarda tutte le parti stampanti ed il punzone, sono stati eseguiti su centro di lavoro DMG DMC 200U a 5 assi con cambio pallet e cambio mandrino fino a 30.000 giri e FTP Tessen a 6 assi, DMC DMU 105 MonoBlock sempre a 5 assi, Hermle 1200V; su quest’ultima sono stati lavorati tutti i particolari per i tasselli cambio versione.

Tutti i centri di lavoro sono attrezzati con sistema a staffaggio rapido FCS, così da garantire intercambiabilità rapida dei particolari tra le varie macchine utensili. Una serie di altre macchine a 5 assi ha realizzato tutti i carrelli, i particolari ecc. I trattamenti termici sono eseguiti da oltre 30 anni all’interno di MCS, tramite un impianto totalmente automatizzato. Qui, sono stati temprati e nitrurati i carri stampanti, tutte le piastrine di scorrimento e tallonaggio. Infine si è eseguita poi una tempra laser sui piani di chiusura delle guance.

Fig. 9 – Cambio Versione tra contenitore pieno e grigliato

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Per le lavorazioni meccaniche sono stati valutati attentamente i pesi e le dimensioni dei blocchi in fase progettuale, così da riuscire a movimentarli internamente. Le piastre principali non potevano superare le 30/ 35 tonnellate (fig. 5), limite imposto dai carroponti di MCS. La parte mobile è stata quindi realizzata tramite 2 piastre. L’impossibilità di controllare le chiusure in pressa prova stampi, e la necessità di effettuare cambi di versione con tasselli e guance intercambiabili ha imposto la realizzazione di ogni particolare nelle più strette tolleranze possibili, così da evitare eventuali aggiustaggi successivi. Questo è stato reso possibile grazie a un parco macchine, costantemente aggiornato, in cui annualmente vengono installati 2 o 3 nuovi centri di lavoro.

Davvero prezioso nella lavorazione di questo stampo è stato il software di M&H introdotto da qualche anno in ufficio di produzione, che consente di “trasformare” i centri di fresatura o tornitura in “macchina di misura”, andando quindi a tastare il pezzo appena lavorato e confrontandolo con il modello 3D; si riscontrano quindi le tolleranze di lavorazione ottenute, salvando poi un report utile in fase di montaggio stampo, simulando anche possibili interferenze o errori tramite un assemblaggio virtuale dei semilavorati. Questo metodo si è dimostrato utilissimo vista la complessità della commessa, la mole di lavoro ed i tempi strettissimi di realizzazione.

Fig. 10 – I nuovi centri di lavoro DMG DMU 105 monoBlock 5 assi e MAZAK Integrex I-400S 5 assi sono stati protagonisti nella finitura dello stampo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Anche in questo caso come da dieci anni a questa parte le lavorazioni meccaniche sono state eseguite esclusivamente tramite modelli 3D, infine tutte le operazioni di montaggio sono state guidate tramite la visualizzazione di un modello virtuale di assemblaggio, gestito da software avanzati.  Per limitare il peso della parte mobile (la più pesante) non superiore alle 50 tonnellate e consentire al cliente il suo sollevamento si è dovuto studiare una sorta di “cura dimagrante” allo stampo quando era già in produzione; il risultato è stata la riduzione di circa 8 tonnellate alla parte mobile, senza alterare le caratteristiche tecniche dello stampo stesso. Alla fine si è ottenuto un peso complessivo dello stampo di 80.000 kg così suddivisi: 30.000 kg la parte fissa + 50.000 kg la mobile.

Fig. 11

L’ingombro massimo è mm 2850 x 2250 x 1850, al limite con le dimensioni pressa del cliente, calcolate simulando anche la mano di presa e l’antropomorfo per l’estrazione pezzo. All’ultimo momento, a causa della difficoltà di movimentazione e inserimento dello stampo in pressa, notevolmente pesante,è stato necessario progettare e creare 2 ganci bilanciati per il carro ponte dello stampatore (fig. 4) con certificazione a norma, perché il sollevamento tramite catene non era utilizzabile dal cliente; l’àncora del carro ponte si connette direttamente al gancio, sollevando singolarmente ogni metà stampo bilanciato per inserirlo in pressa in posizione verticale.

Insomma, tutto è stato pensato e studiato per rendere agevole il trasporto dello stampo e il cambio delle quattro versioni richieste dal cliente (figg. 7, 8); per far questo sono stati studiati dei tappi a pressione, che poi vengono estratti con un magnete e reinseriti con un’attrezzatura apposita. Anche i piantoni sono intercambiabili per variare l’altezza del portello.

A parte il normale ingrassaggio e pulizia, lo stampo non richiede particolari di manutenzioni.

Si ringrazia il committente per la fiducia dimostrata e la disponibilità nel pubblicare queste informazioni.

Lascia un commento

Please enter your comment!
Please enter your name here