Negli stabilimenti metallurgici i processi produttivi di fonderia sono fondamentali per realizzare con efficienza i componenti in metallo destinati ai principali settori industriali, come quello della produzione di automobili, o di attrezzature e componenti di ricambio di vario genere: ma, tipicamente, negli stabilimenti produttivi che utilizzano la tecnica di pressocolata vi sono sfide ingegneristiche complesse da vincere, specialmente legate alla complessità di questo processo.
In particolare, durante la fase di colata dei getti, si possono generare vari tipi difetti, che vanno dalla porosità causata in fase di raffreddamento dal ritiro del materiale e dalla diminuzione di volume, alla porosità dovuta all’intrappolamento di gas, legata alla fase di movimento della lega durante il riempimento dello stampo, alle imperfezioni prodotte da turbolenze del processo e dal trascinamento di scorie.
Per eliminare questi difetti microstrutturali è necessario progettare in maniera minuziosa e metodica sia l’intero processo di fusione, che l’infrastruttura fisica destinata a supportarlo e gestirlo. A questo fine, l’utilizzo dei software di simulazione numerica dedicati fornisce ai tecnici un grande aiuto sotto molti aspetti: da un lato attraverso la capacità di ricreare virtualmente il processo produttivo in varie condizioni, e, dall’altro facendo leva sull’automazione e sulla velocità di elaborazione messa a disposizione dalla progettazione computazionale. Tuttavia, in questo campo, i software di simulazione dovrebbero possedere almeno tre caratteristiche principali.
Modularità con funzionalità di ottimizzazione automatica
Una caratteristica imprescindibile che una soluzione software destinata alla fonderia deve possedere è certamente la struttura modulare dell’architettura e la sua capacità di analizzare e ottimizzare in modo automatico i parametri di processo. In altre parole, si tratta della capacità di simulare i processi in una fonderia virtuale e d’individuare, di volta in volta, in maniera sistematica le condizioni corrette per arrivare a un processo di fusione ottimale.
Ad esempio, disporre di un modulo dedicato all’ottimizzazione automatica del processo sarebbe una funzionalità di grande aiuto per il progettista. L’Ottimizzatore, in funzione dei parametri tecnologici dichiarati, i requisiti di processo richiesti e utilizzando i risultati della simulazione della colata propone soluzioni e configurazioni del sistema fusorio anche a tecnici di fonderia non particolarmente esperti di ottimizzazione. In altre parole, l’Ottimizzatore è in grado di stabilire in modo autonomo in ciascun caso quali sono le opportune correzioni da apportare alla geometria e ai parametri di processo e le suggerisce all’operatore che potrà decidere se adottarle oppure ri-modulare parametri sino a raggiungere l’obiettivo in equilibrio tra le variabili in gioco: compreso il costo del semi-lavorato.
È essenziale che il software sia in grado di simulare e ottimizzare l’intero processo di colata, dalla fase di riempimento, a quella di solidificazione, a quella di raffreddamento dentro e fuori lo stampo, e contempli anche le lavorazioni meccaniche, la separazione del componente dai sistemi di colata, il trattamento termico finale, ecc.
Espandibilità con moduli specifici
I processi di fonderia contemplano l’impiego di varie tipologie di metallo classificabili in due grandi famiglie: leghe ferrose e non ferrose. È essenziale, quindi, che la soluzione per la simulazione del processo disponga, da un lato, di un completo database di gestione delle proprietà termofisiche di tutti i materiali utilizzati, dei prodotti consumabili e dei dati di processo necessari per la simulazione e, dall’altro, sia espandibile attraverso moduli dedicati, che contemplano simulazioni anche per specifiche categorie di metalli, con microstrutture e proprietà meccaniche, chimiche e fisiche di ciascun materiale e lega anche se poco diffusa. A completamento, devono essere disponibili moduli di processo, dedicati alla gestione di specifici processi di colata e al controllo del ciclo di produzione, come anche funzionalità, o moduli, di ausilio al corretto dimensionamento e progettazione delle attrezzature e degli stampi strumentali al processo stesso; e, ancora, moduli studiati appositamente per simulare il comportamento dei getti nelle varie fasi della colata.
Interfaccia grafica comune per tutti moduli
Qualunque funzionalità o modulo si stia utilizzando, l’operare attraverso un unico ambiente integrato facilita il lavoro del progettista.
Inoltre, uno strumento ergonomico, facile da utilizzare, con grafica in 3D, capace di generare diagrammi e viste multiple con diversi livelli di dettaglio ne aumenta ulteriormente l’efficacia.
In contesti altamente competitivi, dove tempestività, qualità e efficienza sono un differenziale imprescindibile, un buon strumento di simulazione di processo risulta fondamentale per primeggiare sulla concorrenza.
