Riassunto analitico
La presente tesi, sviluppata all’interno del reparto Composti di Ferrari Spa, è incentrata sulla progettazione e sulla produzione di stampi in grafite per la realizzazione di componenti di una vettura di Formula 1; in particolare il pezzo in costruzione durante le prove, è una veneziana del convogliatore sinistro della vettura SF90.
Questo è un progetto di tipo sperimentale, sviluppato attraverso la costruzione di soluzioni di prova, non essendo presenti presso Ferrari o altre aziende di costruzione di veicoli, specifiche esperienze in merito.
L’obiettivo è quello di ottenere stampi (attrezzature che servono a dare la forma finale al pezzo da realizzare) molto precisi a livello dimensionale diversamente dagli stampi tradizionali che presentano problemi legati ai diversi coefficienti di dilatazione termica di stampo e pezzo, con una buona finitura superificiale e in tempi minori rispetto ai corrispettivi stampi in fibra di carbonio, che necessitano della produzione preliminare di un modello.
Gli stampi sono oggetti costosi che richiedono un’accurata progettazione e manutenzione per la riusabilità e presentano vincoli tecnici e tecnologici dovuti alla scelta del materiale da utilizzare, dalla cui viscosità, temperatura e caratteristiche tecniche dipendono numerose variabili da considerare nella costruzione dello stampo stesso. Devono per esempio essere progettati senza cavità che possano limitare l'estrazione del pezzo, evitando i sottosquadri, ovvero angoli minori di 90°, che di fatto renderebbero l'elemento stampato indivisibile dallo stampo stesso.
Particolare attenzione va posta agli aspetti relativi alle dilatazioni termiche che avvengono durante il processo di stampaggio a causa dell’aumento di volume dovuto al riscaldamento, fenomeno fortemente condizionante per il buon esito dell’operazione. La diversità dei coefficienti di dilatazione termica di stampo e pezzo comporta spesso notevoli imprecisioni realizzative e difficoltà nell’estrazione del pezzo.
Il progetto è suddiviso in quattro fasi:
Nella prima fase sono state studiate nel dettaglio le proprietà meccaniche del materiale grafite e partendo dal disegno di uno stampo equivalente pre-esistente in alluminio, è stato commissionato, ad un fornitore esterno, lo stesso stampo in grafite, con grado G330. In questa prima fase, essendo la grafite di natura molto fragile e con proprietà meccaniche di adattabilità piuttosto scarse, la costruzione non ha dato i risultati sperati. Si è deciso pertanto di effettuare una riprogettazione dello stampo, cercando di eliminare le criticità riscontrate attraverso una progettazione più attenta e coerente con il materiale in uso
La seconda fase ha riguardato quindi la ri-progettazione dello stampo. Si è dimostrato che la progettazione è una fase molto delicata del processo ed è sicuramente una delle più importanti, insieme alla studio delle caratteristiche del materiale. Sono stati analizzati i punti critici dello stampo precedente e si è scelto di utilizzare un grado di grafite G540, più performante rispetto al precedente, avente delle proprietà meccaniche più adatte alle esigenze progettuali.
La terza fase ha riguardato il processo di produzione dello stampo finale ottenuto partendo dal grezzo e rendendolo definitivo attraverso le lavorazioni alle macchine utensili. In questa fase vengono di norma effettuati i controlli dimensionali per verificare che lo stampo rispetti le tolleranze richieste dai requisiti di progetto.
La quarta fase ha riguardato la laminazione dei provini. Sono stati realizzati due diversi provini con differenti preparazioni dello stampo per valutarne la qualità superficiale e sono stati ottenuti ottimi risultati
Con i dati di questo progetto, raccolti nel presente elaborato, si vuole fare un passo in avanti verso la conocenza dell’utilizzo di stampi in grafite, utili nel ciclo produttivo per la produzione di alcuni pezzi particolari delle vetture di Formula1.
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