Questa domanda vi viene rivolta molto spesso: “mi conviene progettare il pezzo in zama o in alluminio?”.

Il processo produttivo dei pezzi in zama solitamente è legato al basso costo di lavorazione di una materia prima poco conosciuta, che permette l’utilizzo di macchinari economici, un costo energetico inferiore ed una maggiore semplicità di gestione del processo rispetto all’alluminio.

Per contro, il costo unitario maggiore della materia prima e l’elevato peso specifico rendono la zama particolarmente svantaggiosa in alcune applicazioni.

Naturalmente non dobbiamo soffermarci solo su queste valutazioni.

È ovvio che esistono caratteristiche tecniche della zama che la rendono migliore rispetto all’alluminio in determinate applicazioni.

Quando l’articolo che stai progettando dovrebbe essere stampato in zama piuttosto che in alluminio?

Vanno considerate solo ragioni di natura tecnica o devono entrare in gioco anche valutazioni di natura economica e produttiva?

È necessario andare alla ricerca di risposte di carattere tecnico se desideri evitare di commettere errori strategici nella scelta della materia prima che comporrà le tue fusioni.

Purtroppo, quando stai valutando la produzione di un nuovo articolo, queste tematiche non sempre vengono affrontate con sufficiente approfondimento.

Attenzione, perché, in questo caso, rischi di esporti a problematiche e spese inaspettate che possono portare fuori mercato la tua azienda per produrre l’articolo del quale non sei riuscito ad approfondire le problematiche tecniche e produttive principali.

Non oso pensare alle potenziali conseguenze negative….

In effetti, la zama non è adatta a stampare solo fibbie, bottoni, maniglie, leve monocomando o altri pezzi di natura puramente estetica.

Non si tratta assolutamente della lega metallica più scadente in commercio, adatta solo per realizzare oggettini di scarso valore tecnico, ma nasconde doti inaspettate che la rendono la regina indiscussa di alcune applicazioni.

Allora leggi con molta attenzione questa case history, perché le problematiche che trovi all’interno sono diffusissime e comuni a moltissime aziende e la loro risoluzione è tutt’altro che banale.

Per mettere un po’ di ordine nella tua mente, voglio regalarti alcune considerazioni, nate da una prova che ho effettuato presso un mio cliente, che ha deciso di realizzare un articolo sia in zama che in alluminio (ha costruito uno stampo per zama a 2 impronte e uno stampo per alluminio a 4 impronte).

“…che scelta poco sensata…” potrai pensare a primo avviso…

In realtà questa idea ha permesso di determinare esattamente alcuni parametri tecnici, produttivi ed economici che hanno permesso di determinare con estrema precisione il punto di break eaven tra le due tecnologie, determinante per le scelte future dell’azienda…

…quindi questo è un investimento in ricerca e sviluppo.

Ecco la relazione che ho inviato al mio cliente al termine del test.

 “Ci siamo occupati dell’analisi a tavolino di 2 vostri stampi realizzati in alluminio (4 impronte) e zama (2 impronte) relativi al medesimo articolo.

Abbiamo effettuato il calcolo dei parametri di processo da inserire in macchina, facendoci aiutare dal software Formula Foundry, con l’obiettivo di trovare i migliori parametri di processo relativamente allo stampo progettato in alluminio e al medesimo stampo progettato in zama ed effettuare, se possibile, una analisi comparativa dei parametri di processo ricavati per i due stampi in esame, una analisi tecnico economica del risultato ottenuto e, per finire, una analisi dettagliata relativa alla cadenza produttiva degli impianti che producono gli articoli in oggetto.

Abbiamo anche cercato di capire dove sono concentrate le eventuali criticità di processo e di utilizzo degli stampi montati in macchina.

A questo punto, entrando nel dettaglio delle attività, riporto la sequenza di analisi effettuate per ogni singolo stampo.

A partire da questo momento, per semplicità di trattazione, chiamerò AL l’articolo in alluminio e ZN l’articolo in zama.

L’analisi a tavolino dei parametri ha evidenziato alcune caratteristiche progettuali degli stampi interessanti, che relaziono di seguito.

-Masse

Il rapporto di massa tra le impronte è pari a 2,7 (i pezzi, quindi, presentano lievi differenze tra loro).

-Puntalino e contenitore

Nel caso dell’articolo ZN viene suggerito un puntalino equivalente diametro 10 mm (il valore preciso calcolato è pari a 9,44 mm).

Per quanto riguarda l’articolo AL abbiamo stabilito che l’algoritmo di calcolo deve contenere il corretto calcolo del riempimento del contenitore (il valore ottimale è compreso tra il 30% e il 50% del riempimento del contenitore prima di eseguire l’iniezione): questo è un parametro molto importante.

-Tempo di riempimento

Nel caso dell’articolo ZN viene suggerito un tempo di riempimento pari a 41,44 ms.

Il metodo tabellare (90 ms), la formula per alta finitura (34 ms) e la formula per bassa finitura (44,50 ms), vengono confrontati tra loro.

Si nota che ad un tempo di riempimento di 41,44 ms corrisponde una velocità di attacco pari a 56,49 m/s (rappresenta un buon valore).

Nel caso dell’articolo AL, invece, viene suggerito un tempo di riempimento pari a 28,30 ms.

Il metodo tabellare (37,22 ms), la formula Ulmer (64,00 ms) e la formula Rearwin (68,00 ms) vengono tra loro confrontate.

Si nota che ad un tempo di riempimento di 28,30 ms corrisponde una velocità di attacco pari a 40,67 m/s (rappresenta un ottimo valore).

-Corsa di seconda fase

Nel caso dell’articolo ZN viene calcolata una corsa di seconda fase di ben 35,44 mm, nell’ipotesi di stampare con una pressa da 250 ton, con un pistone da 70mm di diametro: questo parametro dimostra di essere eccessivo per rispettare il tempo di riempimento che abbiamo a priori calcolato.

Nel caso dell’articolo AL viene calcolata una corsa di seconda fase di ben 89,61 mm, nell’ipotesi di stampare con una pressa da 560 ton, con un pistone da 60mm di diametro: questo parametro dimostra di essere ben dimensionato per rispettare il tempo di riempimento che abbiamo a priori calcolato.

-Velocità di attacco

Con riferimento al pezzo ZN, che si nota che ad un tempo di riempimento di 41,44 ms corrisponde una velocità di attacco pari a 56,49 m/s (rappresenta un buon valore).

In maniera del tutto analoga, con riferimento al pezzo AL, si nota che ad un tempo di riempimento di 28,30 ms corrisponde una velocità di attacco pari a 40,67 m/s (rappresenta un ottimo valore).

-Scelta dell’impianto

Nel caso del pezzo ZN, l’algoritmo di calcolo ha preso queste soluzioni.

Le soluzioni scelte (HC280 e HC400, entrambe con il pistone da 75mm) sono legate all’incrocio dei seguenti parametri.

Pressione specifica sul metallo dinamica (ovvero, alla velocità di seconda fase del pistone)pari a 335 Kg/cm² nel caso della  HC400 e 302 Kg/cm²nel caso della HC280 (il valore calcolato in fase di progettazione era 250 Kg/cm²).

Corsa di seconda fase pari a 30,9 mm per entrambe le macchine (il valore ottimale sarebbe di circa 26mm per riuscire a rispettare correttamente il tempo di riempimento calcolato).

Velocità di seconda fase pari a 1,12 m/s per entrambe le macchine (il valore ottimale dovrebbe essere compreso tra 1 e 2,5 m/s per riuscire a generare un profilo di iniezione della pressa coerente).

-Forza di apertura massima generata dall’iniezione pari a 174,32 ton nel caso della  HC400 e 158,20 tonnel caso della HC280 (il valore calcolato non deve eccedere la forza di chiusura della pressa).

Nel caso del pezzo AL, l’algoritmo di calcolo ha preso queste soluzioni.

Le soluzioni scelte (TF800 con il pistone da 65, 70 e 75 mm e CF900 con il pistone da 80mm) sono legate all’incrocio dei seguenti parametri.

Corsa di seconda fase pari a 50 mm nel caso della  CF900 e, rispettivamente, 76mm(pistone da 65mm), 66mm(pistone da 70mm)e 57mm(pistone da 75mm)nel caso della TF800.

Velocità di seconda fase pari a 2,67 m/s nel caso della  CF900 e, rispettivamente, 4,05 m/s(pistone da 65mm), 3,49 m/s(pistone da 70mm)e 3,04 m/s(pistone da 75mm)nel caso della TF800 (il valore ottimale dovrebbe essere compreso tra 2 e 5 m/s per riuscire a generare un profilo di iniezione della pressa coerente).

Forza di apertura massima generata dall’iniezione pari a 448,50 ton nel caso della  CF900 e, rispettivamente, 502,38 ton(pistone da 65mm), 434,35 ton(pistone da 70mm)e 378,57 ton(pistone da 75mm)nel caso della TF800 (anche in questo caso, il valore calcolato non deve eccedere la forza di chiusura della pressa).

–Calcolo del costo pezzo

È particolarmente interessante il dato presentato da questo tipo di analisi.

Innanzitutto abbiamo eseguito il calcolo relativo al solo costo di trasformazione (dal lingotto alla fusione), senza considerare l’incidenza della materia prima sul prodotto finito.

Nel caso del pezzo ZN, considerando la soluzione che attualmente state utilizzando nella vostra fonderia (CZ250 con pistone da 70mm) l’algoritmo di calcolo ha preso questa soluzione: il costo di trasformazione del singolo pezzo è pari a € 0,024 (ricordo che stiamo parlando di uno stampo a 2 impronte).

Nel caso del pezzo AL, invece, considerando la soluzione che attualmente state utilizzando nella vostra fonderia (PFO560 con pistone da 60mm) l’algoritmo di calcolo ha preso questa soluzione: il costo di trasformazione del singolo pezzo è pari a € 0,022 (ricordo che stiamo parlando di uno stampo a 4 impronte).

È particolarmente interessante notare che la differenza di costo di trasformazione del singolo pezzo (non considerando l’incidenza della materia prima e il fatto che lo stampo in alluminio è a 4 impronte mentre lo stampo in zama è a sole 2 impronte) è praticamente nulla (€ 0,002).

La situazione cambia radicalmente se consideriamo il calcolo relativo al solo costo di trasformazione (dal lingotto alla fusione), considerando anche l’incidenza della materia prima sul prodotto finito.

Nel caso dell’articolo ZN abbiamo considerato i seguenti parametri: costo unitario della materia prima pari a 2,7 €/Kg e percentuale di rifusione della materozza pari a 10%.

Nel caso dell’articolo AL abbiamo considerato i seguenti parametri: costo unitario della materia prima pari a 1,8 €/Kg e percentuale di rifusione della materozza pari a 30%.

Nel caso dell’articolo ZN abbiamo ottenuto il seguente riscontro: costo di trasformazione del singolo pezzo pari a € 1,458.

Nel caso dell’articolo AL abbiamo ottenuto il seguente riscontro: costo di trasformazione del singolo pezzo pari a € 0,571.

È particolarmente interessante notare che la differenza di costo di trasformazione del singolo pezzo (considerando anche l’incidenza della materia prima e il fatto che lo stampo in alluminio è a 4 impronte mentre lo stampo in zama è a sole 2 impronte) è pari a ben € 0,887 a netto vantaggio del pezzo AL.

-Cadenza produttiva degli impianti

Anche in questo caso il confronto ottenuto è decisamente interessante.

Nel caso del pezzo ZN, considerando la soluzione che attualmente state utilizzando nella vostra fonderia (CZ250 con pistone da 70mm) l’algoritmo di calcolo ha preso questa soluzione: la cadenza produttiva dopo 1 anno di produzione continuativa è pari a 811.113 pezzi (ricordo che stiamo parlando di uno stampo a 2 impronte), mentre in 10 anni di produzione continuativa (tempo tipico di recupero di un nuovo investimento) è pari a 8.111.125 pezzi, risultando l’impianto saturato al 25%.

Nel caso del pezzo AL, invece, considerando la soluzione che attualmente state utilizzando nella vostra fonderia (PFO560 con pistone da 60mm) l’algoritmo di calcolo ha preso questa soluzione: la cadenza produttiva dopo 1 anno di produzione continuativa è pari a 1.054.960 pezzi (ricordo che stiamo parlando di uno stampo a 4 impronte), mentre in 10 anni di produzione continuativa (tempo tipico di recupero di un nuovo investimento) è pari a 10.549.600 pezzi, risultando l’impianto saturato al 28%.

È particolarmente interessante notare che la differenza di cadenza produttiva degli impianti (purconsiderando il fatto che lo stampo in alluminio ha il doppio delle impronte dello stampo in zama) è pari a 243.847 pezzi in 1 anno di produzione ed è pari a ben 2.438.475 pezzi in 10 anni di produzione a favore del pezzo AL.

Effettuiamo un confronto con i dati reali che provengono quotidianamente dalla fonderia e dall’ufficio di progettazione per validare i risultati ottenuti da questa prova.

-Le soluzioni tecniche scelte per stampare al meglio l’articolo ZN sono le seguenti: HC280 e HC400, entrambe con il pistone da 75mm.

-Le soluzioni tecniche scelte per stampare al meglio l’articolo CACG_AL sono le seguenti: TF800 con il pistone da 65, 70 e 75 mm e CF900 con il pistone da 80mm.

-La differenza di costo di trasformazione del singolo pezzo (non considerando l’incidenza della materia prima e il fatto che lo stampo in alluminio è a 4 impronte mentre lo stampo in zama è a sole 2 impronte) è praticamente nulla (€ 0,002).

–La differenza di costo di trasformazione del singolo pezzo (considerando anche l’incidenza della materia prima e il fatto che lo stampo in alluminio è a 4 impronte mentre lo stampo in zama è a sole 2 impronte) pari a ben € 0,887 a netto vantaggio del pezzo AL.

-La differenza di cadenza produttiva degli impianti (purconsiderando il fatto che lo stampo in alluminio ha il doppio delle impronte dello stampo in zama) è pari a 243.847 pezzi in 1 anno di produzione ed è pari a ben 2.438.475 pezzi in 10 anni di produzione a favore del pezzo AL.

Per questa ragione, la soluzione tecnica realizzata sull’alluminio sembra la più idonea, sia dal punto di vista dei costi di realizzazione che dal punto di vista della cadenza produttiva e saturazione degli impianti”.

Concludendo, è disastroso e controproducente continuare a seguire vecchie valutazioni nella scelta delle migliori strategie di produzione della fonderia.

Ti prego di focalizzare la tua attenzione su tecniche di analisi del processo scientificamente provate, con lo scopo di arrivare a un punto di equilibrio della fonderia stabile e imperturbabile nel tempo.

Concentrati sull’ottimizzazione del processo, studia e applica il primo metodo certo per abbattere gli scarti nel processo di pressofusione che si appoggia su regole matematiche certe.

Evita in maniera assoluta i soliti metodi improvvisati per regolare e scegliere le tue presse in fonderia.

Oggi non puoi permetterti di avere processo e costi fuori controllo!

Se vuoi fare queste considerazioni in maniera corretta, devi avere la materia “pressofusione” perfettamente chiara e sotto controllo.

Per arrivare a queste conclusioni, è necessario affrontare problematiche di regolazione del processo direttamente sul campo, in fonderia, dove si accumulano tutti i problemi, dove non puoi avere margini di errore, dove non puoi più improvvisare per regolare gli impianti di ultima generazione, dove le non conformità di processo che potesti ricevere dal tuo cliente migliore si rivelerebbero come un boomerang devastante.

Basta essere in balia di inutili e pericolose soluzioni!

Analizza e controlla il processo di pressofusione con regole matematiche certe, testate e provate in tante fonderie con ottimi risultati.

Ecco come devono essere analizzati i problemi che ti ho esposto puntando sempre all’eccellenza produttiva della tua fonderia.

Con l’analisi, la conoscenza, la competenza e con un approccio matematico che, associato alla tua esperienza, può fare la vera differenza nella tua fonderia, all’interno dei tuoi stampi, nella  scelta ottimale delle tue presse, nella scelta dei migliori parametri di lavoro, nel monitoraggio della tua produzione.

Strategie di analisi scientifiche e deterministiche ti porteranno sempre alla scelta della migliore lega in commercio.

La corretta lettura e la corretta interpretazione delle le curve di iniezione della macchina ti aiuteranno a capire quale parte della stampata sta mettendo in crisi il tuo processo produttivo.

La matematica, unita alla tua esperienza, ti aiuterà a trovare sempre le migliori soluzioni tecniche, in questo modo portai capire dove sono realmente focalizzati i limiti e i problemi dei reparti produttivi strategici della tua azienda.

Le curve di iniezione dei tuoi impianti saranno il radar che ti permetterà di misurate tutte le performance dello stampo che hai appena progettato.

Se, per qualsiasi ragione, sarai costretto ad analizzare il tuo processo produttivo senza riscontri scientifici precisi, con i vecchi e deleteri 5 sensi, purtroppo, ho già terminato il mio lavoro.

Ecco cosa potrebbe capitare in questo caso:

-I tuoi costi di produzione resterebbero molto elevati.

-Non potrebbe mai decollare la tua produttività.

-Gli scarti di produzione resterebbero a livelli alti.

Ecco gli importanti risultati che otterrai nella tua fonderia, se ti affidi al metodo di lavoro giusto.

-Abbatterai decisamente gli scarti.

-Ridurrai drasticamente le non conformità dei tuoi clienti.

-Produrrai sempre con impianti adeguati.

-I problemi di qualità delle tue fusioni saranno un amarissimo ricordo.

-Abbatterai drasticamente i tuoi costi di produzione.

-I tuoi tempi di consegna si ridurranno drasticamente.

Ecco il segreto per tornare ad avere i margini di guadagno di una volta!

Allora, vuoi sostituire vecchie soluzioni improvvisate con un metodo certo per abbattere gli scarti della tua fonderia?

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Roberto Camerin

L’esperto del processo di pressofusione