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Stampo del mese

Per corpo valvola EGR Stampo per pressocolata

Con robot di posizionamento inserito

Gli stampi per pressocolata sono soggetti a condizioni di

lavoro certamente più gravose di qualunque altro tipo di

stampo se non altro per l’alta temperatura di entrata del metallo

fuso e – nonostante il sistema di raffreddamento – per l’alta

temperatura a regime in produzione. Di solito, però, questi stampi sono

relativamente semplici dal punto di vista meccanico poiché i movimenti

interni – salvo eccezioni – sono assenti o semplici o limitati

di Renato Suzzani

Lo stampo di questo mese è una notevole eccezione poi-ché genera un pezzo con un inserto il cui posizionamento va effettuato con precisione

e che deve essere bloccato in posizio-ne per resistere alla spinta del flusso di metallo fuso in entrata, funzione svolta da cinque carrelli mobili (quattro a co-mando idraulico e uno a comando mec-canico). Poiché lo stampo presenta due impron-te, i movimenti interni sono complessi-vamente dieci: lo stampo è, quindi, mec-canicamente davvero molto complicato con tutte le conseguenze progettuali e costruttive conseguenti.

Il gettoIl pezzo è il corpo di una valvola EGR: si tratta della speciale valvola presente sui motori Diesel Euro 4, che - ai bassi regi-mi del motore - convoglia parte dei gas di scarico al collettore di aspirazione deter-minandone il ritorno in camera di scoppio per una più completa combustione delle particelle di idrocarburi prima incombuste e la conseguente rispondenza alla norma-tiva Euro 4. Il corpo valvola è di lega leg-gera EN AC 47100 e presenta la geometria visibile nelle figure 1, 2 e 3. Con dimensioni di massima 100 x 90 x 80 mm, con vari condotti interni e flange, esso è alquanto complicato, in particolare pre-senta internamente due “sedi” da lavora-

Fig. 1 - Il pezzo prodotto con lo stampo: si tratta del corpo della valvola EGR per motori Diesel Euro4. In lega EN AC 47100, esso presenta una geometria complessa e un inserto inossidabile da posizionarsi con grande precisione con sistema robotizzato

Fig. 2 - Altra vista del corpo valvola

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re con precisione e sulle quali devono fare tenuta due dischi di otturazione. Dette sedi, essendo esposte ai gas di scarico Diesel, devono essere di materia-le inossidabile. Poiché il corpo della val-vola è di lega leggera, la parte sulla quale ricavare le sedi mediante lavorazione va creata nel getto mediante un inserto d’ac-ciaio inox X 316. Le piccole dimensioni dell’inserto e l’alta precisione nella successiva lavorazione delle sedi di tenuta impongono una spinta precisione di posizionamento dell’inserto stesso, operazione complicata anche dal-la posizione da raggiungere con l’inserto e dagli stretti passaggi disponibili nel pezzo ed effettuata mediante un robot antropo-morfo, a stampo aperto. Proprio quest’operazione, ossia il posi-zionamento dell’inserto nella cavità dello stampo, è l’aspetto più impegnativo. Ma, come detto, l’inserto e il maschio che lo posiziona devono essere anche blocca-ti energicamente allo scopo di non essere spostati dalla spinta del flusso di metallo fuso in entrata ad alta pressione. Ciò ha portato a uno stampo di notevole complessità meccanica (con i citati 10 car-relli mobili). La tolleranza imposta sulla po-sizione dell’inserto è di ± 0,1 mm.

Lo stampoPer la produzione in grande serie del cor-po valvola EGR è stato studiato lo stampo visibile nelle figure 4, 5 e 6 in varie viste CAD o fotografiche. Trattandosi di gran-de produzione, lo stampo è stato previsto con due impronte, il numero massimo tenu-to conto delle dimensioni del pezzo, della forza in chiusura della pressa disponibile per la produzione e del grado di comples-sità meccanica che il sistema veniva ad ac-quisire. Come detto, per ogni impronta occorrono ben cinque movimenti per il sicuro bloccag-gio dell’inserto e del relativo maschio. Con due impron-te si arriva a 10 movi-menti com-plessivi: un numero d’im-pronte superiore sareb-be stato sì vantaggioso per la produttività dello stampo ma avrebbe ele-vato eccessivamente il numero complessivo di

movimenti rendendo lo stampo di costru-zione molto più difficile e anche di utilizzo funzionalmente delicato. Si è ritenuto che un buon compromesso fosse l’esecuzione con due impronte: essa - in effetti - fornisce una buona produttività con una complessità meccanica dello stampo ancora accettabi-le. In realtà questo attrezzo si è dimostrato funzionalmente sicuro essendo in regolare produzione ormai da alcuni anni e avendo prodotto milioni di getti.Ma vediamo in dettaglio le particolarità di questo attrezzo.L’insieme dello stampo (figura 4) permette di vedere la reale complessità dei mecca-nismi di comando dei carrelli. In figura 6, in particolare, si vede il dettaglio del ma-schio per il collocamento in posto dell’in-serto, operazione effettuata con un robot di servizio alla pressa. Nelle figure 5, 6 e 7 si vedono altri dettagli dello stampo.Questo maschio merita attenzione. La sua forma curva deriva dal fatto che esso ser-ve anche come anima per la generazione

CARTA DI IDENTITÀ DELLO STAMPO

Fabbricante:

Mofopress sncVia delle Cantine, 55/61Calenzano (FI)Telef. 055 886891 - Fax: 055 88689223Mail: info@mofopress.it

Materiale: Tutte le parti di figura in acciaio tipo 1.2343 e 1.2344Portastampo in acciaio tipo P20 oppure C45

Dimensioni circa: 1400x900 mmPeso circa 1800 – 2000 Kg

Impiego: Produzione del corpo valvola EGR qui descritto

Metodologie di Progettazione: progetto a CAD con software CimatronE Microsystem

Messa in produzione: con CAM Cimatron

Tecnologie di Lavorazione: Fresatura su centri di lavoro ad alta velocità

Produzione prevista (con manutenzione ordinaria)(vita stampo):

125.000 iniezioni a stampo

Fig. 3 - Sezione del corpo valvola: è ben visibile l’inserto inox integrato nel getto. I limitati spessori di quest’ultimo impongono una notevole

precisione di posizionamento dell’inserto stesso (tolleranza ±0,1 mm)

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Stampo del mese

Per corpo valvola EGR

del condotto interno del corpo valvola ini-zialmente previsto di forma rettilinea con in-gresso angolare, poi sviluppato da Mofo-press durante la fase ingegnerizzazione, con forma curva per permettere l’inserimen-to dell’inserto. Poiché presente nello stam-po nella fase di riempimento e proprio in una zona prossima al punto d’iniezione, il maschio è esposto a gravose condizioni di lavoro (forti spinte e impatto diretto col me-tallo fuso a 700 °C): esso è quindi esposto a rapida usura. Per evitare le conseguen-

ze che detta usura avrebbe sulla precisio-ne del getto e sulla posizione dell’inserto, quest’ultima posizione viene controllata in automatico sul centro di lavoro dove si la-vorano le sedi sull’inserto stesso. Il control-lo continuo (sul 100% dei pezzi) segnala le eventuali “derive” d’errore: in presenza di una deriva, si provvede alla sostituzione del maschio. In pratica quest’ultimo viene so-stituito in media una volta alla settimana. La fabbricazione di questi accessori è quindi programmata e continua.

Un altro aspetto notevole di questo stampo riguarda la progettazione ed è la precisa valutazione delle dilatazioni termiche. No-nostante il sistema di termoregolazione in-stallato, lo stampo in produzione si dispone a una temperatura intorno ai 200 °C. Tutti i componenti dello stesso sono quindi sog-getti a considerevoli dilatazioni che potreb-bero facilmente bloccare i complessi movi-menti interni se i giochi sugli accoppiamenti scorrevoli non fossero stati stabiliti tenendo debito conto delle dilatazioni.

Fig. 4 - Vista CAD d’insieme dello stampo

Fig. 5 - Altra vista dell’attrezzo: le due cavità aperte permettono di vedere i maschi che generano i condotti interni ai due corpi valvola e che sono utilizzati anche per il posizionamento degli inserti nelle due forme dello stampo. Sotto: i due getti prodotti ad ogni stampata, con le relative materozze

Fig. 6 - La vista parziale dello stampo aperto permette di vedere i 4 movimenti idraulici che bloccano in posizione il maschio predetto e dell’inserto permettendogli di resistere alla spinta del metallo fuso in entrata. A sinistra in basso si vede anche il maschio stesso con l’inserto da mettere in posizione nella forma

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Le valutazioni fatte a suo tempo dai pro-gettisti di questo attrezzo si sono dimostra-te “centrate”: lo stampo è in produzione dal 2002 e opera ancor oggi in 3 esemplari iden-tici montati su altrettante isole, che hanno fornito complessivamente parecchi milioni di pezzi montati su vari modelli di vetture Diesel di categoria Euro 4. Ad oggi nella Divisione Meccanica di Mofo-press è stato costruito lo stampo esemplare numero 15.Altro punto importante è il condizionamen-to termico dello stampo. Ad ogni stampo (e ad ogni parte di ricambio) viene fatto un trattamento termico con rivestimenti per l’usura dei metalli. La grande quanti-tà di calore che entra col metallo fuso ad ogni ciclo di colata viene in parte smaltito ma in parte va “distribuito” in modo che lo stampo si disponga a una temperatura sensibilmente uniforme in tutte le sue par-ti allo scopo di compensare le dilatazio-ni termiche in vista della regolarità di fun-zionamento dei citati movimenti. Questa funzione è svolta dal sopracitato sistema di termoregolazione con numerosi canali dal layout ottimizzato: in effetti, lo stampo in produzione continua si dispone a una

temperatura sufficientemente uniforme che permette un regolare sviluppo delle dila-tazioni offrendo la possibilità di loro com-pensazione.Nella progettazione e fabbricazione di questo notevole attrezzo sono emersi i vantaggi del software Cad/Cam Cimatron della Microsystem. Questo già allora evo-luto (e oggi molto perfezionato) strumento di progettazione ha permesso di elabora-re direttamente in 3D l’intero stampo con un completo e continuo controllo di ogni passo progettuale.Analoghe considerazioni valgono per la fabbricazione dello stampo: i moduli Cam del citato software hanno permesso l’age-vole realizzazione dei percorsi-utensile e la fluida messi in produzione di tutti i com-ponenti. Ancor oggi Mofopress continua a utilizzare prodotti Cimatron Microsystem essendo però passata alla versione Ci-matronE di prestazioni naturalmente an-cor superiori.

L’azienda Mofopress nella sua forma attuale nasce nel 1969 ad opera di Giacomo Morini (attuale general manager) per la fabbricazione di

stampi per pressocolata e produzione di pezzi pressocolati di leghe di alluminio e di zinco. L’azienda si è sviluppata velocemen-te fino all’odierna consistenza che vede un organico di circa 70 persone con un appa-rato produttivo comprendente 10 impianti di pressocolata strutturati in isole robotiz-zate. Lo stampo che abbiamo descritto si colloca tra quelli del maggior impegno nel campo della pressocolata ed esprime be-ne l’alto livello tecnologico raggiunto dalla Mofopress le cui funzioni, tuttavia, non si li-mitano alla fornitura dei getti.L’Azienda, infatti, si accolla il compito di af-frontare l’intero processo di realizzazione dei manufatti partendo dall’idea dell’ogget-to o dal suo modello o prototipo, provve-dendo a:■ ingegnerizzazione del prodotto in colla-borazione col committente (in ambito di co-design);■ ottimizzazione del prodotto stesso in vi-sta della sua realizzazione mediante pres-socolata;■ realizzazione del prototipo del prodotto;■ progettazione e costruzione dello stampo;■ messa in produzione dello stampo stesso con esecuzione di pre-serie;

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Fig. 7 - Dettaglio del “maschio a banana” (colore marrone chiaro) con l’inserto (celeste) da fissare in posizione

Fig. 8 - Il sistema di rotazione per il posizionamento del maschio e dell’inserto

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Stampo del mese

Per corpo valvola EGR

■ lancio della produzione industriale dei pezzi pressofusi.Questa routine è stata seguita anche per il corpo della valvola EGR del nostro esempio, ma lo è in molti altri casi a favore di azien-de italiane ed estere. È recente il completa-mento di un progetto sviluppato per conto di un cliente russo che prevedeva la messa a punto dell’intero processo e dei mezzi per la produzione di un importante manufatto tecni-co. In questo ambito, Mofopress ha collabo-rato col committente nell’ingegnerizzazione del prodotto fino alla sua maturità industria-le, ha progettato gli stampi necessari, li ha forniti all’azienda russa provvedendo anche al lancio della produzione industriale di se-rie, in loco.Mofopress può quindi interfacciarsi con il cliente per aiutarlo a progettare e industria-lizzare il proprio prodotto in modo che esso sia aggiornato allo stato più avanzato delle tecnologie di pressocolata. L’azienda di Ca-

lenzano, infatti, offre al committente la pos-sibilità di seguire l’intera filiera, dal progetto iniziale (che può essere anche solo un’idea) fino alla consegna dei prodotti finiti, compre-se le eventuali lavorazioni meccaniche o pro-ve ad esse correlate.Tutte le attività di industrializzazione e di progettazione prodotto sono sviluppate con opportuni test FMEA, R&R, PPAP (dossier e in conformità con lo standard AIAG 3a edi-zione) APQP di progetto e di processo, con oggetto il monitoraggio delle parti critiche del processo produttivo e con relativi inter-venti immmediati su di esse.Sempre nel campo della pressocolata, Mo-fopress opera in tre ambiti:■ progetto 2D e 3D di stampi per presso-colata e stampi trancia-bave;■ fabbricazione di quegli stampi;■ prodotti da pressocolata in lega di al-luminio e silicio secondo le norme EN AC 46000-46100 e EN AC 47100 con possibi-

lità di gestione di leghe speciali grazie alla disponibilità di tre differenti forni fusori.In questa attività davvero high-tech, il controllo qualità - come ben si comprende - ha un ruo-lo essenziale. Certificata ISO TS 16949:2002, l’azienda dispone di un laboratorio tecnologi-co in grado di effettuare qualsiasi esame ri-chiesto per i pezzi prodotti poiché è equipag-giato di macchine per scopia in tempo reale, macchine di misura CNC 3D, videoproiettore di profili, spettrometro, rugosimetro, durome-tro, centro di lavoro CNC per prove distruttive, microscopi ottici ed elettronici fissi e portati-li, braccio di misura antropomorfo 3D, termo-camera per controllo processo di pressoco-lata, per ottenere miglior qualità tecnologica dei pezzi, oltre alla completa strumentazione convenzionale.Ma Mofopress effettua anche un’intensa at-tività di Ricerca & Sviluppo avvalendosi dei potenti mezzi software di progettazione dei quali dispone. Oltre alla più recente versione

Fig. 9 - Per la fabbricazione dei propri stampi, Mofopress dispone di centri di lavoro tra i più avanzati: qui un Deckel Maho DMC 100 V hi-dyn

Fig. 10 - Impianto per analisi ai raggi X dei getti prodotti: i corpi delle valvole EGR sono così controllati

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Stampi segnalati ne LO STAMPO DEL MESEGhilardi Stampi (3/93)Rpm (4/93)Combar (5/93)Fontata Pietro (6/93)Stampi Pasquini (1/94)Giurgola Stampi (2/94)Termostampi (3/94)Galvanin Luigino (4/94)Cassini Stampi (5/94)F.lli Colombo (6/94)DI. GI. Emme (7/94)Signal Lux (8/94)Csp (9/94)Minu (2/95)Faib (3/95)ISP.E.R. (4/95)Off. Mecc. Beretta Carlo Bcd (5/95)Gefit (6/95)Fil Stampi (7/95)Rigo Group (8/95)Euromeccanica (9/95)Giurgola Stampi (1/96)Oms (2/96)Bear Plast (3/96)Meccanica Patron (4/96)Massolini (5/96)Omb (6/96)Metalfond (7/96)Oms (8/96)F.M.S. (9/96)Atiplast (1/97)Galvanin Stampia (2/97)Gmp (3/97)Amp (4/97)King Plast (5/97)Max Moulds (6/97)Cps (7/97)Euromoulding (8/97)Pida (9/97)ATI Plast (1/98)

Ghilardi Stampi (2/98)Idea Stampi (3/98)Phoenix International (4/98)Nuova Stame (5/98)Micromec (6/98)P.M. Stampi (7/98)Ramal (8/98)S.E.S. (9/98)VP Stampi (10/98)Euromoulding (1/99)Giurgola Stampi (2/99)Caliberg (3/99)Cooperativa E.M. (4/99)Novawerk Stampi (5/99)Officine Cazzago Giacomo (7/99)Galvanin Luigino (9/99)Omed (10/99)Meccanotecnica Centro (1/00)Ghilardi Stampi (2/00)G.M.P. (3/00)M.P. Stampi (4/00)Barnem Stampi (5/00)P.C.M. (6/00)Essemec (7/00)Saga (8/00)Meccanica P.I. Erre (9/00)Fast (10/00)O.M.T. (11/00)F.S.T. (1/01)Centro Stampi (2/01)Abazia (3/01)I.M.E. (4/01)CO.STA.M.PLA.ST (5/01)Walmaz Stampi (6/01)Junior (7/01)Meccanica Effedibi (8/01)VP STAMPI (9/01)Termostampi (10/01)Martinelli Ettore (11/01)Mec-Plast (1/02)

Progind (2/02)MICROM (3/02)Ses (4/02)Meccarts (5/02)Giasini (6/02)OMV (7/02)B.M.Z. (8/02)Vignati (9/02)IN.CO.S. (11/02)INCOS (1/03)O.C.S. (3/03)Sacel (4/03)O.C.F. (5/03)Lorenzon (6/03)Europlastik (7/03)Vignati (8/03)Ghilardi Stampi (9/03)Sercas (10/03)Di.Gi.Emme (11/03)OCIM (1/04)M.B. (2/04)Walmaz Stampi (3/04)Stampinox (5/04) Casagrande Stampi A. & C. (6/04)Sercas (7/04)Officina Meccanica Marchetti (8/04)Caliberg (9/04)Lames (10/04)Ennegi (11/04)Inglass (2/05)Officina Meccanica Mario Bazzigaluppi (3/05)Ennegi (4/05)Giurgola Stampi (5/05)Meccanotecnica Centro (7/05)Idea Stampi (8/05)Incos (9/05)Benacchio (10/05)Progind (11/05)

CS Plastics (3/06)Tris-Stampi (5/06)Simpeg (6/06)Casagrande Stampi (7/06)CS Plastic Stampi (8/06)BI.ME (9/06)Caliberg (10/06)Rimu (11/06)Officina Meccanica Marchetti (1/07)Cs Plastic Stampi (2/07)Meccarts (3/07)Sat (4/07)Plastal (5/07)Stam & Stam (7/07)Drag Master (8/07)Teuco Guzzini (9/07)Febostampi (10/07)Arte Plast (1/08)Persico (2/08)CGF (3/08)Attrezzeria Universal (4/08)Drag Master (5/08)Pantostamp di Scalici Bernardo (8/08)Poliplast (9/08)Mas. Meccanica (10/08)Officina Marchetti (1/09)Angelo Nova (2/09)Ergotech (3/09)Technical Plast (5/09)Omplast (6/09)Optics Lite (8/09)Carro Luigi e Figli S.a.s. (9/09)

Gli stampisti interessati a presentare gratui-tamente su queste pagine uno stampo parti-colarmente significativo possono contattare la redazione di Stampi al tel. 02/39090384 (Emanuela Bianchi)

del CAD/CAM Cimatron Microsystem, l’azien-da dispone del software di modellazione Catia per interfaccia diretta con le case automobili-stiche. Oltre alla ricerca e sviluppo su prodotto pressocolato, Mofopress offre l’industrializza-zione e l’ingegnerizzazione di prodotti desti-nati ad essere realizzati mediante pressocola-ta e gestisce la progettazione di stampi sia di pressocolata sia per la tranciatura delle bave residue. Durante la fase d’industrializzazione e di progettazione degli stampi l’azienda uti-lizza sistemi di simulazione iniezione.Quest’azienda, infine, dispone di mezzi per la-vorazione meccanica dei getti prodotti e per la loro finitura fino alla condizione di “pronto” per l’impiego o per il montaggio.

■Fig. 11 - Leonardo Lotti, responsabile di Ricerca & Sviluppo alla Mofopress

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