Le simulazioni sono indispensabili nello sviluppo dei componenti in plastica e vengono ottimizzate attraverso prove pratiche. In un suo progetto, Technology & Innovation (T&I) contribuisce in modo decisivo al perfezionamento di un tool di simulazione digitale interno di Freudenberg per lo sviluppo dei termoplastici. In tutto questo, gioca un ruolo importante il reparto di tooling di Laudenbach.
La plastica alla ribalta: la tendenza alla costruzione leggera, evidente da anni, viene ulteriormente rafforzata dall’elettromobilità. Il minor peso, frutto della sostituzione dei componenti in metallo pesante con componenti termoplastici, aumenta l’autonomia dei veicoli. Inoltre, alcune parti in plastica piuttosto complesse sono in grado di svolgere più funzioni contemporaneamente, spesso fungono da sede, sigillano, schermano elettronicamente e rilevano i valori misurati mediante sensori integrati. Questi componenti sono anche economicamente interessanti, soprattutto se prodotti in grandi quantità.
Alcuni anni fa, T&I ha ampliato l’esperienza di Freudenberg Sealing Technologies (FST) nello sviluppo di nuove soluzioni in plastica installando un proprio laboratorio di materie plastiche. Il cuore di questo sistema è una modernissima macchina di stampaggio ad iniezione completamente automatica che produce campioni e provini prossimi alla produzione in serie. La sua peculiarità è il metodo dello stampo base messo a punto da FST. “Non dobbiamo per forza produrre uno stampo completo complesso per ogni nuovo provino. Lo stampo base resta sempre quello, cambia solo l’inserto, ovvero cambiamo soltanto le cavità specifiche del componente. In questo modo, velocizziamo il processo di costruzione e progettazione degli stampi e ne riduciamo i costi e, di conseguenza, anche quelli dell’intero processo di sviluppo”, spiega Matthias Hauer, specialista nella lavorazione delle materie plastiche presso T&I.
Prevedere la durata
In concreto, il provino prodotto in centocinquanta esemplari è denominato multiload test specimen. La sua particolarità è che non è nato da un progetto del cliente, bensì serve esclusivamente a scopi interni. Il committente era Freudenberg Technology Innovation (FTI) in un “progetto comune” esteso a più divisioni Freudenberg. L’obiettivo primario di FST in tutto questo è guadagnare anche per i termoplastici lo stesso know-how e sviluppare componenti altrettanto complessi come è avvenuto per decenni con gli elastomeri.
Un fattore decisivo per lo sviluppo e la progettazione dei componenti in plastica sono le simulazioni digitali, in particolare le simulazioni di resistenza meccanica e durata. “Serve uno strumento digitale per simulare i materiali all’interno del componente”, spiega Hauer, lo scopo è quello di prevedere in modo affidabile la vita utile. Quanto più sofisticato e preciso è un modello di simulazione, in questo caso si ricorre al metodo degli elementi finiti (FEM), tanto più affidabile sarà il calcolo dell’aspettativa di vita prevista.
L’unico scopo dei centocinquanta multiload test specimen sviluppati e prodotti da T&I è quello di testare il grado di realtà del modello di simulazione Freudenberg. “Come un partner di sparring, i componenti servono a verificare le previsioni simulate”, ha affermato Hauer. I provini vengono tirati, piegati, compressi, ritorti, talvolta sottoposti a prove statiche, a volte fatti vibrare dinamicamente con più o meno pressione. “Le proprietà del materiale, i valori misurati e i parametri caratteristici determinati praticamente nelle prove confluiscono nel modello di simulazione per ottimizzarlo. Si tratta di un importante sviluppo di base. Ci servono modelli di simulazione univoci come questo in azienda per progettare componenti con nuovi materiali sviluppati da noi e per essere in grado di accedere a nuovi gruppi di prodotti e nuovi campi di applicazione”.
Il provino “multiload test specimen” (a destra) è nato dallo stampo realizzato a Laudenbach.
Rappresentare l’intero ciclo di sviluppo dei prodotti
Hauer accenna ad uno dei principali vantaggi di T&I sia nei progetti interni che nei progetti per i clienti: “Nello sviluppo dei componenti in plastica rappresentiamo completamente presso di noi l’intero ciclo di sviluppo del prodotto, dall’idea di partenza fino al componente di serie. Le nostre aree di competenza, ossia tecnologia dei materiali, sviluppo dei prodotti e tecnica di produzione e dei processi, abbracciano l’intera catena del valore”.
Nella costruzione degli stampi, questo comprende la collaborazione con l’FNGP Regional Office in Malesia (settore dei ricambi), i cui dipendenti conoscono il metodo dello stampo base della macchina di stampaggio ad iniezione automatica di T&I. Una delle carte vincenti di T&I nello sviluppo della componentistica in plastica è anche il reparto di tooling interno. “La geometria dei componenti del multiload test specimen, caratterizzata da cavità e nervature, è complessa, di conseguenza lo è anche la realizzazione dello stampo. Per produrlo, infatti, è stata necessaria tutta una serie di metodi di lavorazione meccanica diversi. Ancora più straordinario, quindi, è il fatto che abbia funzionato fin da subito: già i primissimi provini sono stati estratti dallo stampo senza problemi. I colleghi di Laudenbach hanno fatto un lavoro davvero strepitoso”, elogia Hauer.
