Come progettare un componente per la pressofusione: 10 aspetti da considerare prima di realizzare lo stampo

Progettare un componente pressofuso non significa semplicemente trasformare un modello 3D in uno stampo.Geometria, spessori, raggi, tolleranze, materiale e modalità di riempimento devono essere valutati già nelle prime fasi del progetto per ottenere un componente producibile, stabile e coerente con le esigenze di utilizzo.

È proprio in questa fase che il confronto tra progettista e azienda specializzata in pressofusione può fare la differenza.

Un componente progettato senza considerare il processo produttivo può richiedere modifiche successive, generare criticità durante la realizzazione dello stampo o rendere più complesso il raggiungimento delle caratteristiche richieste.

Al contrario, un progetto analizzato fin dall'inizio in funzione del processo di pressofusione permette di affrontare preventivamente gli aspetti più critici.

In questo articolo analizziamo 10 elementi da considerare prima di realizzare lo stampo.

1. La geometria del componente

La prima domanda da porsi è semplice:

La geometria progettata è realmente adatta alla pressofusione?

La pressofusione permette di realizzare componenti anche molto complessi, ma non significa che qualsiasi geometria possa essere riprodotta direttamente senza adattamenti.

Durante la progettazione è necessario valutare:

• forma e complessità delle superfici;

• presenza di sottosquadri;

• direzione di estrazione;

• posizione della linea di divisione;

• accessibilità delle superfici;

• eventuali lavorazioni meccaniche successive.

La geometria deve quindi essere studiata non solo dal punto di vista funzionale, ma anche in relazione a come il componente verrà effettivamente prodotto.

Un buon progetto non considera soltanto ciò che il componente deve fare, ma anche come dovrà essere realizzato.

2. Gli spessori

Lo spessore delle pareti è uno degli aspetti più importanti nella progettazione di un componente pressofuso.

Non è sufficiente stabilire una misura in base alle sole esigenze meccaniche: occorre considerare anche il comportamento del metallo durante il riempimento e la solidificazione.

Variazioni molto importanti di spessore possono infatti influenzare:

• il riempimento della cavità;

• la solidificazione;

• la formazione di ritiri;

• la presenza di porosità;

• le deformazioni;

• la stabilità dimensionale del componente.

Per questo motivo, quando possibile, è preferibile progettare transizioni graduali tra zone con spessori differenti, evitando cambiamenti troppo bruschi.

La corretta gestione degli spessori deve essere valutata insieme alla geometria complessiva e alla lega scelta.

3. I raggi e i raccordi

Gli spigoli vivi possono rappresentare una criticità sia per il componente sia per lo stampo.

L'introduzione di raggi e raccordi adeguati permette di gestire meglio le transizioni geometriche e può contribuire a ridurre concentrazioni di tensione e criticità durante la produzione.

Anche in questo caso, il valore del raccordo non dovrebbe essere stabilito in modo isolato.

Deve essere coerente con:

• dimensioni del componente;

• spessore delle pareti;

• funzione della zona interessata;

• materiale;

• progettazione dello stampo;

• eventuali lavorazioni successive.

Il raccordo corretto non è semplicemente un dettaglio estetico: è parte della progettazione industriale del componente.

4. Le nervature

Quando è necessario aumentare la rigidezza di una zona senza aumentare eccessivamente lo spessore della parete, le nervature possono rappresentare una soluzione progettuale efficace.

Ma anche le nervature devono essere progettate considerando il processo di pressofusione.

Una nervatura eccessivamente massiccia rispetto alla parete sulla quale viene realizzata può creare zone con differenti condizioni di solidificazione e aumentare il rischio di criticità.

Per questo è importante valutare:

• altezza;

• spessore;

• posizione;

• raccordi;

• rapporto con le pareti circostanti.

L'obiettivo non è semplicemente aggiungere materiale, ma ottenere la rigidità necessaria utilizzando una geometria compatibile con il processo produttivo.

5. Gli angoli di sformo

Per poter estrarre correttamente il componente dallo stampo è necessario prevedere adeguati angoli di sformo.

La direzione di estrazione deve essere considerata già durante la progettazione del pezzo.

Se questo aspetto viene affrontato troppo tardi, può essere necessario modificare superfici o geometrie che erano state inizialmente progettate per altre esigenze.

La corretta definizione degli sformi deve quindi essere coordinata con:

• direzione di apertura dello stampo;

• linea di divisione;

• posizione delle anime;

• sistema di estrazione;

• geometria delle superfici.

È uno degli esempi più evidenti di quanto sia importante progettare il componente insieme al processo.

6. La posizione delle caratteristiche funzionali

Fori, sedi, filetti, piani di riferimento e altre caratteristiche funzionali devono essere posizionati considerando anche le successive fasi produttive.

Non tutte le caratteristiche devono necessariamente essere ottenute direttamente durante la pressofusione.

In molti casi può essere più efficace realizzare una geometria di base tramite pressofusione e completare successivamente alcune superfici attraverso lavorazioni meccaniche di precisione.

Metalstampo integra infatti la pressofusione con lavorazioni meccaniche su torni, centri CNC e lavorazioni a 5 assi.

La domanda corretta, quindi, non è:

"Posso ottenere questa caratteristica direttamente dallo stampo?"

ma:

"Qual è il modo più efficace per ottenere questa caratteristica all'interno dell'intero ciclo produttivo?"

7. Le tolleranze

Una delle fasi più importanti consiste nell'analizzare quali dimensioni richiedono realmente tolleranze strette.

Specificare tolleranze più restrittive del necessario può aumentare la complessità produttiva senza apportare un reale vantaggio funzionale.

Al contrario, le caratteristiche realmente critiche devono essere identificate fin dalla progettazione per stabilire come ottenerle e come controllarle.

È quindi utile distinguere tra:

• dimensioni funzionali;

• dimensioni non critiche;

• superfici che possono essere ottenute direttamente in pressofusione;

• superfici che richiedono lavorazioni successive;

• caratteristiche da sottoporre a controllo dimensionale specifico.

Una corretta definizione delle tolleranze permette di collegare disegno tecnico, processo produttivo e controllo qualità.

8. La scelta della lega

La progettazione non può essere separata dalla scelta del materiale.

Alluminio, Zama e Zama 27 presentano caratteristiche differenti e la scelta deve essere collegata alle esigenze del componente.

Tra gli aspetti da considerare:

• peso;

• resistenza;

• geometria;

• precisione dimensionale;

• caratteristiche superficiali;

• lavorabilità;

• destinazione d'uso;

• quantità da produrre.

Metalstampo lavora componenti pressofusi in alluminio, Zama e Zama 27 e supporta il cliente nella valutazione delle soluzioni più adatte già nelle fasi iniziali del progetto.

La scelta del materiale non dovrebbe arrivare dopo la progettazione: dovrebbe essere parte della progettazione.

9. Il riempimento e la solidificazione

Una geometria può apparire corretta sul modello CAD e presentare comunque criticità quando viene sottoposta al processo reale di pressofusione.

Il metallo deve infatti riempire la cavità dello stampo secondo modalità compatibili con la geometria del componente, mentre la successiva solidificazione deve essere gestita per limitare fenomeni indesiderati.

Per questo l'analisi del processo può diventare uno strumento importante già prima della costruzione dello stampo.

Metalstampo indica tra le proprie attività l'analisi di fattibilità e l'impiego di strumenti di simulazione del flusso per ottimizzare il design degli stampi e contribuire alla riduzione di difetti come porosità e disomogeneità.

Questo tipo di valutazione permette di individuare preventivamente eventuali criticità e intervenire sul progetto prima che diventino problemi produttivi.

10. Le lavorazioni e le finiture successive

Un componente pressofuso raramente deve essere valutato esclusivamente nella sua condizione "grezza".

Il progetto deve considerare anche ciò che accadrà dopo la pressofusione.

A seconda dell'applicazione possono essere necessarie:

• lavorazioni CNC;

• forature;

• filettature;

• asportazioni localizzate;

• sabbiatura;

• lucidatura;

• zincatura;

• cromatura;

• verniciatura;

• altri trattamenti superficiali.

La progettazione dovrebbe quindi considerare l'intero percorso del componente, dalla materia prima fino al prodotto finito.

Metalstampo integra pressofusione, lavorazioni meccaniche e diverse tipologie di finitura, permettendo di affrontare il componente come parte di un unico ciclo produttivo.

Dal modello CAD al componente: perché il co-design è importante

Tutti questi aspetti hanno un elemento in comune:

la progettazione di un componente pressofuso non dovrebbe essere separata dalla conoscenza del processo produttivo.

Per questo il confronto tra progettista e pressofusore può essere utile già nelle prime fasi dello sviluppo.

Un'analisi preliminare può consentire di verificare:

• producibilità della geometria;

• scelta della lega;

• spessori;

• sformi;

• tolleranze;

• posizione delle caratteristiche funzionali;

• necessità di lavorazioni successive;

• finitura richiesta;

• possibili criticità dello stampo.

L'obiettivo non è modificare il progetto per adattarlo semplicemente alla produzione.

È trovare il miglior equilibrio tra funzione, producibilità, qualità e costi industriali.

Metalstampo offre supporto al cliente nelle fasi iniziali di progettazione e co-design e dispone inoltre di un servizio di prototipazione rapida 3D, utilizzabile per verificare e validare i progetti prima della produzione in serie.

Prima dello stampo, analizziamo il progetto

La realizzazione dello stampo rappresenta un investimento importante e, proprio per questo, le eventuali criticità dovrebbero essere affrontate il più possibile prima della sua costruzione.

Un progetto analizzato correttamente in anticipo permette di mettere in relazione:

PROGETTO → MATERIALE → STAMPO → PROCESSO → LAVORAZIONI → CONTROLLO → COMPONENTE FINITO

È questa visione complessiva che permette di trasformare un modello CAD in un componente industriale realmente producibile.

Hai un nuovo componente da sviluppare?

Se stai progettando un nuovo componente in alluminio, Zama o Zama 27 e vuoi verificarne la producibilità prima della realizzazione dello stampo, il confronto con un partner specializzato può essere utile già nelle prime fasi del progetto.

Metalstampo affianca il cliente nella progettazione e nel co-design, dalla valutazione iniziale fino alla realizzazione del componente finito.

Hai un disegno tecnico o un nuovo progetto in sviluppo?

CONTATTACI per confrontarti con il nostro ufficio tecnico.