Barnem Tecnologie Plastiche S.r.l.: lo stelo bimateriale dal “cuore” metallico

Barnem Tecnologie Plastiche S.r.l.: lo stelo bimateriale dal “cuore” metallico

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Barnem Tecnologie Plastiche S.r.l.: lo stelo bimateriale dal “cuore” metallico

Lo stelo che permette lo scorrimento della tendina del vano bagagli della nuova Audi Q7.

Com’è noto, il settore automotive rappresenta una miniera inesauribile di lavoro per coloro che sviluppano e producono componenti in plastica, a patto però che le aziende di questo settore sappiano rinnovarsi continuamente e rispondere con prontezza alle mutevoli esigenze delle case automobilistiche. Per capire in che modo il mercato dell’auto determina e condiziona le scelte delle attrezzerie, abbiamo “scomodato” la Barnem Tecnologie Plastiche S.r.l. di Brescia, azienda con 45 anni di storia alle spalle specializzata nella fornitura di componenti plastici di alta qualità.

Dettaglio dello stampo aperto.

Peter Barensfeld, direttore tecnico dell’impresa, spiega: «Il mercato mondiale dell’automobile è caratterizzato da una parte da un eccesso di produzione, e dunque da una sovrabbondanza di aziende che operano nell’indotto, dall’altra da logiche che sono quasi impossibili da prevedere. Le scelte delle case automobilistiche sono spesso condizionate da criteri di tipo politico, finanziario, normativo, ecc., che variano in genere da Paese a Paese, il che produce improvvise fasi di picco e altre di calma piatta». Agli stampisti/stampatori non rimane che farsi trovare pronti: ciò significa avere la tecnologia giusta al momento giusto, il che non è sempre facile dato che le richieste delle case automobiliste evolvono continuamente. Peter Barensfeld: «I clienti pretendono pezzi di qualità sempre maggiore e decorati in maniera sempre diversa: verniciati, cromati, “laserati”, ecc. Senza dimenticare che praticamente tutte le case automobilistiche stanno cercando di ridurre il peso delle automobili, soprattutto di quelle elettriche, sostituendo componenti metallici con parti, ormai anche strutturali, in plastica. Questi trend rappresentano per noi stampisti/stampatori grandi opportunità, ma impongono continui investimenti e notevoli sforzi di aggiornamento tecnologico».

Render tridimensionale dello stampo

Un progetto importante
Per testimoniare questo tipo di situazione, abbiamo chiesto alla Barnem di fornirci un esempio notevole di “fornitura complessa”. Barensfeld: «Il portabagagli della nuova Audi Q7 monta un meccanismo che consente lo scorrimento di una tendina la quale ha la funzione di “richiudere” il vano bagagli». Questa tendina viene movimentata per mezzo di due steli (uno destro e uno sinistro) chiamati “rod-end”, che altro non sono che due slitte che scorrono all’interno di due guide simmetriche. Alla Barnem fu chiesto di realizzare sia le guide, sia gli steli di scorrimento; e proprio su questi ultimi componenti concentrammo il nostro approfondimento. Il direttore tecnico ne descrive le caratteristiche: «Lo stelo in esame è un pezzo di notevole complessità, innanzitutto perché necessita in alcune parti di precisione e tolleranze molto strette, dell’ordine dei 5 centesimi di millimetro, senza le quali non potrebbe scorrere nella maniera corretta all’interno della guida; in secondo luogo perché si tratta di un pezzo che richiede la perfezione estetica delle superfici a vista, le quali non devono avere alcun tipo di difettosità, per esempio linee di saldatura o piccoli ritiri di materiale. Infine, si tratta di un pezzo complesso perché, oltre a essere costituito da due materiali, la poliammide e la gomma, presenta al suo interno un inserto metallico».

Alcune delle macchine utensili installate in attrezzeria

L’eccezionale difficoltà nel realizzare questo componente è consistita, in particolare, nello sviluppo di uno stampo tale da permettere il costampaggio dell’inserto metallico in modo che fosse completamente rivestito della fase plastica, nonostante l’assenza di elementi geometrici di sostegno. Peter Barensfeld: «L’inserto metallico ha una consistenza minima, avendo uno spessore di appena 2 mm, e doveva essere allocato al centro di una sezione rettangolare di 20×6 mm; temevamo quindi che non potesse “reggere” alla pressione esercitata dalla plastica iniettata e si potesse deformare o muovere all’interno dello stampo».

Elettroerosioni presenti nel reparto adibito alla costruzione stampi.

I tecnici della Barnem elaborarono dunque una campagna di simulazioni del processo di stampaggio, effettuata in collaborazione con consulenti esterni mediante il software Moldflow di Autodesk, i cui risultati sono stati oggetto di molte discussione. Barensfeld: «La definizione del punto di iniezione era in questo caso quasi obbligata per via di notevoli limiti fisici del pezzo; in ogni caso, le simulazioni effettuate con Moldflow confermarono la bontà delle scelte dei nostri progettisti in termini di forze di chiusura e deformazioni generali. Più problematica, invece, fu la valutazione delle deformazioni dell’inserto metallico durante la fase di “sovrastampaggio” in quanto risultò molto difficile definire preliminarmente le condizioni al contorno della lamella». Per risolvere il problema, i tecnici della Barnem presero inizialmente spunto dalle indicazioni fornite da Moldflow, e successivamente ricorsero ai test e alle prove empiriche tipiche dello stampista esperto, fino all’individuazione della soluzione migliore. «Poiché non potevamo intervenire sulla posizione e sulla forma finale della lamella metallica, l’idea vincente fu quella di utilizzare un inserto pre-deformato mediante un’opportuna fase di stampaggio per tranciatura, in modo da compensare le deformazioni indotte durante la fase di iniezione plastica». Grazie a tale soluzione fu possibile definire il progetto complessivo dello stampo: «L’intero sviluppo è stato davvero articolato e non a caso ci ha impegnato per circa sei settimane», precisa Barensfeld.

Fase di messa a punto di uno stampo.

Notevoli complessità costruttive
Una volta definite le matematiche, disegnate dai progettisti della Barnem mediante CATIA V5, uno dei principali CAD utilizzati in ambito automotive, si passò alla fase esecutiva vera e propria. A tal proposito Peter Barensfeld descrive le tecnologie di cui l’azienda dispone in attrezzeria: «In officina sono installati centri di lavoro e fresatrici a CNC Mazak e Mikron a 3 assi ad alta velocità. Disponiamo anche di elettroerosioni a filo e a tuffo Sodick e Agie con cambio elettrico automatico, e rettificatrici Jones & Shipman e Favretto. I centri di lavoro vengono programmati mediante il CAM integrato in CATIA V5, mentre le elettroerosioni e le rettificatrici sono programmati mediante software CAM specifici».

In questo caso, lo stampo fu realizzato in 1,2343 ESU nella versione destra e sinistra e le principali difficoltà costruttive riguardarono l’ottenimento delle precisioni e delle tolleranze progettuali; trattandosi di uno stampo a iniezione per pezzi bi-materiale, e quindi di notevole ingombro, cospicuo fu il lavoro di asportazione truciolo per la realizzazione degli elettrodi. Barensfeld mette in evidenza un ulteriore aspetto: «Poiché lo stampo ha dimensioni importanti, pari a 550x500x480 mm, è risultato decisivo anche il lavoro di compattazione della meccanica e di miniaturizzazione dei vari componenti, come per esempio carrelli, spazzole e accessori vari, al fine di renderne possibile l’alloggiamento all’interno della camera della pressa».

A sinistra: la pressa adibita allo stampaggio delle guide (con scivolo e nastro trasportatore per la movimentazione dei pezzi stampati); a destra, il robot d’asservimento preleva il pallet degli inserti metallici che poi allocherà all’interno dello stampo.

La messa in produzione
Terminata la fase, durata 14 settimane, di costruzione dello stampo destro e sinistro si passò alle operazioni di messa a punto. Peter Barensfeld: «La messa a punto è quell’attività che al giorno d’oggi fa la differenza in quanto consente allo stampo di diventare un oggetto funzionale». Mettere a punto, più concretamente, significa ottimizzare il “dialogo” tra pressa e stampo, regolando tutti gli accoppiamenti, verificando le divisioni tra la fase plastica, gommosa e quella metallica dell’inserto, verificando la corrispondenza tra il modello virtuale e quello reale e così via. «Trattandosi di uno stampo di difficolta notevoli – precisa il direttore tecnico – tale attività è durata quasi quanto quella di costruzione, cioè circa 12 settimane».

Subito dopo prese avvio la produzione vera e propria, che tutt’ora avviene nel reparto stampaggio della Barnem, dove opera un considerevole numero di presse, da 30 fino a 650 tonnellate. In questo caso il manufatto viene stampato su una pressa Engel bimateria da 120 tonnellate, con una cadenza pari a circa 120.000 pezzi/anno, considerando la versione destra e sinistra. Occorre mettere in evidenza che il ciclo di produzione prevede che gli inserti metallici pre-deformati (e che la Barnem riceve da un fornitore esterno) vengano inseriti all’interno dello stampo mediante il braccio meccanico d’asservimento alla pressa stessa. «Tutti i pezzi stampati, prima di essere consegnati al cliente, vengono ispezionati con piani di controllo rigorosissimi», sottolinea Peter Barensfeld.

Il robot posiziona gli inserti metallici nelle impronte dello stampo.

Una soluzione vincente
Una particolarità della produzione in esame riguarda il processo di stampaggio e, in particolare, l’utilizzo del robot d’asservimento integrato nella pressa stessa. Peter Barensfeld chiarisce: «I pezzi, una volta stampati, possono essere fatti cadere all’esterno della pressa su uno scivolo e poi movimentati per mezzo di un nastro trasportatore. In tal modo il robot pressa, solitamente destinato alle operazioni di scarico, viene adoperato per l’asservimento di tutte le operazioni di carico dei quattro inserti metallici da posizionare all’interno dello stampo oltre alla gestione dei pallet che portano gli inserti metallici fino alla presa». La soluzione è senza dubbio brillante in quanto permette di procedere con la produzione in automatico senza l’intervento di ingombranti e costose attrezzature ulteriori rispetto al robot tre assi presente di serie, ecc. «Per arrivare a questo risultato è stata necessaria una visione d’insieme, cioè una stretta collaborazione tra i diversi reparti e i tecnici dell’azienda: i progettisti, gli stampisti, i responsabili dell’automazione».

La marcia in più dello stampista
L’esempio illustrato in queste pagine dimostra che una delle carte vincenti al giorno d’oggi in mano allo stampista è la capacità si far evolvere lo stampo a “oggetto di produzione”. Peter Barensfeld conclude: «Alcuni stampisti ritengono che il proprio lavoro finisca nel momento in cui lo stampo viene realizzato nelle loro officine; questa filosofia è costata cara a molte aziende, soprattutto durante gli anni più duri della crisi. Invece lo stampista evoluto, cioè quello che sarà competitivo ancora per molti anni, è quello in grado di rendere lo stampo funzionale, cioè di ottimizzare la messa a punto e renderlo un “tutt’uno” con la pressa».

Carta d’identità dello stampo
Pezzo finito: stelo destro e sinistro di scorrimento per la movimentazione della tendina che “richiude ” il vano bagagli della nuova Audi Q7. È stampato in poliammide e gomma e presenta al suo interno un inserto metallico.
Cliente: confidenziale.
Stampo: 2+2 cavità bimateria su tavola rotante
Peso: 960 Kg
Materiale: Inserto Metallico costampato da PA6GF15 + SEBS
Dimensioni: 550 x 500 x 480 mm.
Fabbricante: Barnem Tecnologie Plastiche S.r.l., Via della Cascina Pontevica 36 –  25124 Brescia. Tel.: 030 266 7237; email: barnem@barnem.it
Software di progettazione e simulazione: CAD CATIA V5 e Moldflow di Autodesk.
Costruzione stampo: lavorazioni meccaniche effettuate su centri di lavoro e fresatrici a 3 assi Mazak e Mikron; elettroerosioni a filo e a tuffo Sodick e Agie; rettificatrici Jones & Shipman e Favretto.
Durata della progettazione/costruzione: 14 settimane.
Durata complessiva di sviluppo dello stampo: 12 settimane
In esercizio: circa 240.000 pezzi/anno (considerando i pezzi sia destri che sinistri).
Manutenzione: Pianificata ogni 20.000 pezzi (cioè a fine di ogni lancio di produzione).

Peter Barensfeld, direttore tecnico Barnem Tecnologie Plastiche S.r.l. di Brescia.

Al servizio dell’automotive
La Barnem Tecnologie Meccaniche S.r.l. (Brescia) fu fondata nel 1972, e dunque vanta oggi 45 anni di attività nell’ambito della fornitura di componenti plastici di alta qualità. Il direttore tecnico dell’impresa, Peter Barensfeld, precisa: «La nostra azienda fornisce prodotti in prevalenza bi e tri-materiale, ad alto contenuto tecnico ed estetico, oltre che sottogruppi meccanici assemblati, per clienti che operano nel settore automotive». A tal fine operano all’interno dei due stabilimenti di Brescia, oltre all’ufficio tecnico, quattro unità distinte: l’attrezzeria adibita alla costruzione stampi; la divisione dedicata allo stampaggio; il reparto specializzato nelle decorazioni di verniciatura, tampografia e incisioni laser, e l’unità di assemblaggio.

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