In questo post vedremo un caso reale dedicato alla qualità superficiale nel settore automobilistico. Questo post fa parte di una serie in cui spieghiamo l’importanza della simulazione per pressofusione in camera calda attraverso casi di studio e analisi reali.

Potete trovare una lista completa degli argomenti trattati nel nostro primo post sul tema, cliccando qui.

Qualità superficiale: un caso nel settore automobilistico

Protagoniste di questo studio sono le lamelle delle prese d’aria che controllano e dirigono il flusso dell’aria condizionata nell’abitacolo delle auto.

Queste lamelle sono solitamente fatte di plastica, ma l’oggetto del nostro studio è la placca centrale, usata dal guidatore per dirigere l’aria verso gli altri condotti e per questo fatta in lega metallica.

Questo prodotto offre delle sfide soprattutto per la qualità superficiale, a causa della sua posizione esposta in piena vista all’interno dell’abitacolo, delle possibili criticità riscontrate dopo i trattamenti superficiali e il fatto che debba essere installata su auto di lusso.

Obiettivo e fasi della simulazione

L’analisi di simulazione si concentrerà quindi sulla progettazione di un flusso ottimale dall’alimentatore per evitare difetti come i segni di flusso e le bolle nel prodotto.

Nella prima fase del procedimento abbiamo studiato gli effetti di diverse configurazioni dei canali di alimentazione, una dopo l’altra, per identificare quelle con le caratteristiche migliori. In seguito abbiamo migliorato la forma dei canali, soprattutto in prossimità dell’ingresso dello stampo.

Gli obiettivi da raggiungere durante le varie fasi della simulazione erano:

• Riempimento costante dello stampo seguendo la direzione principale del flusso
• Diminuzione della probabilità di cavitazione per aumentare la velocità del flusso
• Riduzione del tempo di riempimento e mantenimento dell’alta temperatura della lega durante l’intera fase
• Mancanza di bolle d’aria nel prodotto

Risultati

Nello studio della qualità superficiale di un prodotto, il parametro principale di cui tenere conto è la temperatura. La temperatura deve rimanere il più alta e consistente possibile durante tutta la durata del riempimento, fino alla fine del processo, soprattutto per le parti visibili.

L’immagine rappresenta i risultati dell’analisi alla fine del ciclo di riempimento: la temperatura è sufficientemente alta e omogenea, con caratteristiche migliori nella superficie superiore, che richiede un livello di qualità maggiore dal momento che sarà visibile nell’abitacolo dell’auto.

Dall’analisi del campo di velocità è possibile osservare la direzione dell’alimentazione e il modulo della velocità all’ingresso dello stampo: un punto particolarmente critico poiché è spesso soggetto a fenomeni di cavitazione, causando l’usura dello stampo.

Guardando l’immagine, possiamo notare la regolarità del riempimento e che gli ultimi volumi riempiti sono quelli vicini ai pozzetti, permettendo alla lega a bassa temperatura, cioè quella arrivata prima nello stampo, di uscire.

Il campo della velocità, che dipende non solo dalla geometria dei canali di alimentazione, ma anche da condizioni di contorno al livello dell’entrata dello stampo, è stato ottenuto utilizzando parametri comuni per la pressofusione di questo tipo di prodotto. Lo schema della velocità è sufficientemente basso, anche in prossimità dell’attacco di colata. Questo ha un effetto positivo sulla produzione perché permette di utilizzare parametri di riempimento più alti senza il rischio di usura prematura dello stampo.

L’immagine seguente mostra invece che l’impatto dei canali di alimentazione è ben bilanciato: i due canali di alimentazione, identificati dai colori rosso e blu, riempiono lo stampo in maniera costante. Il corretto funzionamento dei canali piccoli sulla sinistra viene confermato: la presenza del colore arancione, per quanto scarsa, è necessaria per evitare i segni di flusso.

L’influenza dei canali di alimentazione (colorata in arancione) dovrebbe essere limitata, ma non a zero: la sua presenza è necessaria per evitare segni di flusso nella zona d’entrata.

Ed infine, il campo che mostra gli intrappolamenti d’aria indica una situazione favorevole: l’aria contenuta nel pressofuso non è un problema, poiché è uniformemente distribuita nell’intero volume e concentrata solo nei diffusori, garantendo il raggiungimento della qualità superficiale richiesta.

Tutte queste analisi confermano che il progetto e il sistema di riempimento sono ottimizzati per ottenere la migliore qualità estetica, garantendo una superficie omogenea che può essere sottoposta al trattamento richiesto e contribuire all’aumento del valore percepito degli interni dell’auto.

Per concludere, lo studio di simulazione ci ha permesso di assicurare la miglior qualità superficiale per le bocchette dell’aria condizionata, attraverso l’analisi di quattro fattori principali: la direzione del flusso principale, la sua velocità, il tempo e la temperatura di riempimento e l’assenza di intrappolamenti d’aria. Grazie all’analisi di questi fattori, è stato possibile ottimizzare il processo di pressofusione ridisegnando le forme dei canali di alimentazione e quindi di soddisfare i livelli di qualità estetica richiesta.