Case History: albero scaricato

Albero scaricato in ghisa sferoidale EN-GJS500-7 per macchine equilibratrici per autoveicoli

Modalità e tecniche costruttiva di un albero scaricato in ghisa sferoidale

Nel nostro quinto case history descriviamo il progetto dell’albero scaricato in ghisa sferoidale EN-GJS500-7 per macchine equilibratrici per autoveicoli – che è facile trovare in molte officine meccaniche – (marchio Nexion) del cliente Nexion S.p.a

logo Nexion Spa

In quali settori l’albero scaricato viene maggiormente utilizzato

I clienti che generalmente necessitano di un albero scaricato in ghisa sferoidale per le loro macchine equilibratrici fanno parte del settore industriale delle attrezzature per gommisti e autofficine che operano a stretto contatto con il settore dei veicoli on-road e off-road (ad esempio per il cambio gomme degli autocarri), e agricolo (ad esempio per il cambio gomme dei trattori).

Benefici (qualitativi e quantitativi) della ghisa sferoidale rispetto all’acciaio

-8,3% peso del componente finale

Grazie alla riprogettazione del componente è stato possibile ridurre il peso del componente finale di quasi il 10%.

Minimo impatto sulla lavorabilità

La progettazione net-to-shape della geometria grezza in ghisa sferoidale EN-GJS-500-7 ha permesso di ridurre al minimo le lavorazioni meccaniche grazie al ridotto sovrametallo e all’utilizzo di anime.

Riduzione spreco di materiale (-82,3% peso del grezzo)

Una nuova geometria del componente grezzo in ghisa sferoidale molto vicina a quella del componente lavorato ha permesso di ridurre significativamente lo spreco di materiale (-82,3% di peso del grezzo tra ghisa e acciaio) visto che la versione precedente veniva realizzata di lavorazione meccanica partendo dal pieno di una barra laminata in C40.

Riduzione dei costi

Meno lavorazioni meccaniche abbinato ad un minor spreco di materiale, ha avuto un impatto positivo anche a livello di riduzione dei costi di produzione del componente finale.

Aumento delle performance

La soluzione in EN-GJS-500-7 si è rivelata ampiamente adeguata a sostituire l’acciaio C40 (da barra laminata).

Sviluppo dell’applicazione per macchine equilibratrici a marchio Corghi, del gruppo Nexon

L’albero scaricato per macchine equilibratrici viene utilizzato nello specifico per la realizzazione delle equilibratrici Corghi, macchine necessarie per eseguire l’equilibratura degli pneumatici, operazione fondamentale e necessaria per fare in modo che il veicolo abbia l’assetto giusto su strada. Questo tipo di albero scaricato serve per trasmettere il moto dalla trasmissione elettrica fino alla ruota a cui verrà fatta l’equilibratura.

Il problema da risolvere e la soluzione in ghisa sferoidale GJS “EN-GJS-500-7”

L’obiettivo del cliente era migliorare le prestazione del componente, che inizialmente veniva ottenuto da barra laminata in acciaio e nello specifico nel grado C40. Questa soluzione tecnologica richiedeva molte lavorazioni meccaniche per rimuovere il materiale in eccesso, realizzare il foro passante e ottenere quindi la versione lavorata. Il processo portava a un notevole spreco di materiale e conseguentemente a importanti costi di lavorazione meccanica.

A fronte di queste inefficienze produttive, l’azienda Nexion S.p.A. aveva l’esigenza di ottimizzare il processo produttivo ottenendo un componente grezzo il più prossimo possibile alla forma finale del prodotto dopo lavorazione meccanica (net-to-shape), che avesse una resistenza a trazione sufficiente per soddisfare i carichi in gioco. Prima di percorrere la soluzione in ghisa sferoidale il cliente aveva valutato anche la possibilità di realizzare l’albero in due pezzi di acciaio.

Grazie alla naturale capacità della fusione in ghisa sferoidale di ottenere un grezzo net-to-shape e alla possibilità di usare un’anima per realizzare il foro interno passante, la soluzione dell’albero scaricato in ghisa sferoidale EN-GJS-500-7 si è rivelata la strada migliore, in questo modo è stato possibile ridurre le lavorazioni meccaniche necessarie per ottenere la forma finale con un conseguente, ed importante, beneficio economico per il cliente.

I benefici ottenuti dalla realizzazione di un albero scaricato in ghisa sferoidale

Materiale di partenza
Materiale
C40 - Barra laminata
Rp0,2
260 MPa
Rm
530 MPa
A5
7
HB
156
Limite di Fatica
σAG; PS50%
-
La nuova soluzione valutata per raggiungere l’obiettivo
Materiale
EN-GJS-500-7
Rp0,2
320 MPa
Rm
500 MPa
A5
7
HB
170÷230
Limite di Fatica
σAG; PS50%
330
Prova di trazione e di fatica eseguito su provini ricavati da provette colate a parte Ø25 mmIl limite di fatica sul liscio (R-1) è stato ottenuto testando provini lisci lavorati Ø6,5 mm con il metodo dello Short Stair Case (run out a 5ML di cicli). Nella realtà il pezzo ha uno spessore variabile.
Gli obiettivi del cliente erano i seguenti:
  • Ridurre i costi di produzione del componente in acciaio (saving economico)
  • Ridurre lo spreco di materiale (materiale esportato di lavorazione meccanica)
  • Conservare le stesse performance meccaniche
Per farlo era fondamentale trovare una soluzione tecnologica che garantisse le performance minime necessarie per i carichi in gioco a cui poteva essere sollecitato l’albero scaricato. La soluzione in ghisa sferoidale EN-GJS-500-7 per le sue caratteristiche meccaniche si è rivelata più che sufficiente per intraprendere questo cambio di materiale e di tecnologia produttiva.

Modalità e tecniche costruttive con un confronto tra acciaio e ghisa

Vista la necessità di conversione dalla soluzione precedente ottenuta da barra laminata di acciaio C40 alla nuova versione in fusione di ghisa sferoidale EN-GJS-500-7, questo progetto per l’albero scaricato ha richiesto un’importante attività di co-design tra l’ufficio tecnico di Zanardi Fonderie e quello del cliente Nexion S.p.A.

Grazie alle caratteristiche intrinseche della ghisa sferoidale è stato possibile ragionare già in fase di progettazione del componente grezzo con una logica net-to-shape; l’ufficio tecnico di Zanardi Fonderie, in collaborazione con quello del cliente, ha progettato un componente grezzo con una morfologia molto prossima a quella del componente lavorato. È possibile progettare secondo questa logica grazie all’ottima “colabilità” della ghisa sferoidale e cioè alla facilità che ha la ghisa liquida di ottenere forme complesse. Questo permette di minimizzare i sovrametalli e di “portare” il materiale solo dove serve, arrivando a scaricare, per esempio attraverso l’utilizzo di anime, tutte quelle zone dove il materiale non è necessario. Infatti, proprio l’utilizzo di un’anima ha permesso di realizzare il foro passante limitando quindi le operazioni di lavorazione meccanica solo dove strettamente necessarie.

Quando si parte da una barra piena di acciaio, per la natura di questa tecnologia, è necessario partire da un cilindro di acciaio (pieno) e asportare una grande quantità di materiale per ottenere la geometria finale del componente, che nel nostro caso comprendeva anche la realizzazione per asportazione di truciolo del foro passante. Tutto questo comporta importanti costi di lavorazione, tempi più lunghi e allo stesso tempo lo spreco di molto materiale non riutilizzabile.

Tabella di confronto tra le due soluzioni

Materiale
Tecnologia
Peso di partenza prima della lavorazione
Peso componente finale
Soluzione precedente
C40 - Barra laminata
Barra
86 Kg
9,326 Kg
Soluzione in EN-GJS-500-7
EN-GJS-500-7
Fusione unica
14,88 kg
28,548 Kg
Benefici
-
-
-82,7 %
-8,3 %

Case History

Casi reali che raccontano la realizzazione dei progetti dei clienti