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Qualità superficiale: un caso nel settore automobilistico

Protagoniste di questo studio sono le lamelle delle prese d’aria che controllano e dirigono il flusso dell’aria condizionata nell’abitacolo delle auto.

Queste lamelle sono solitamente fatte di plastica, ma l’oggetto del nostro studio è la placca centrale, usata dal guidatore per dirigere l’aria verso gli altri condotti e per questo fatta in lega metallica.

Questo prodotto offre delle sfide soprattutto per la qualità superficiale, a causa della sua posizione esposta in piena vista all’interno dell’abitacolo, delle possibili criticità riscontrate dopo i trattamenti superficiali e il fatto che debba essere installata su auto di lusso.

Obiettivo e fasi della simulazione

L’analisi di simulazione si concentrerà quindi sulla progettazione di un flusso ottimale dall’alimentatore per evitare difetti come i segni di flusso e le bolle nel prodotto.

Nella prima fase del procedimento abbiamo studiato gli effetti di diverse configurazioni dei canali di alimentazione, una dopo l’altra, per identificare quelle con le caratteristiche migliori. In seguito abbiamo migliorato la forma dei canali, soprattutto in prossimità dell’ingresso dello stampo.

Gli obiettivi da raggiungere durante le varie fasi della simulazione erano:

• Riempimento costante dello stampo seguendo la direzione principale del flusso
• Diminuzione della probabilità di cavitazione per aumentare la velocità del flusso
• Riduzione del tempo di riempimento e mantenimento dell’alta temperatura della lega durante l’intera fase
• Mancanza di bolle d’aria nel prodotto

Risultati

Nello studio della qualità superficiale di un prodotto, il parametro principale di cui tenere conto è la temperatura. La temperatura deve rimanere il più alta e consistente possibile durante tutta la durata del riempimento, fino alla fine del processo, soprattutto per le parti visibili.

L’immagine rappresenta i risultati dell’analisi alla fine del ciclo di riempimento: la temperatura è sufficientemente alta e omogenea, con caratteristiche migliori nella superficie superiore, che richiede un livello di qualità maggiore dal momento che sarà visibile nell’abitacolo dell’auto.

Dall’analisi del campo di velocità è possibile osservare la direzione dell’alimentazione e il modulo della velocità all’ingresso dello stampo: un punto particolarmente critico poiché è spesso soggetto a fenomeni di cavitazione, causando l’usura dello stampo.

Guardando l’immagine, possiamo notare la regolarità del riempimento e che gli ultimi volumi riempiti sono quelli vicini ai pozzetti, permettendo alla lega a bassa temperatura, cioè quella arrivata prima nello stampo, di uscire.

Il campo della velocità, che dipende non solo dalla geometria dei canali di alimentazione, ma anche da condizioni di contorno al livello dell’entrata dello stampo, è stato ottenuto utilizzando parametri comuni per la pressofusione di questo tipo di prodotto. Lo schema della velocità è sufficientemente basso, anche in prossimità dell’attacco di colata. Questo ha un effetto positivo sulla produzione perché permette di utilizzare parametri di riempimento più alti senza il rischio di usura prematura dello stampo.

L’immagine seguente mostra invece che l’impatto dei canali di alimentazione è ben bilanciato: i due canali di alimentazione, identificati dai colori rosso e blu, riempiono lo stampo in maniera costante. Il corretto funzionamento dei canali piccoli sulla sinistra viene confermato: la presenza del colore arancione, per quanto scarsa, è necessaria per evitare i segni di flusso.

L’influenza dei canali di alimentazione (colorata in arancione) dovrebbe essere limitata, ma non a zero: la sua presenza è necessaria per evitare segni di flusso nella zona d’entrata.

Ed infine, il campo che mostra gli intrappolamenti d’aria indica una situazione favorevole: l’aria contenuta nel pressofuso non è un problema, poiché è uniformemente distribuita nell’intero volume e concentrata solo nei diffusori, garantendo il raggiungimento della qualità superficiale richiesta.

Tutte queste analisi confermano che il progetto e il sistema di riempimento sono ottimizzati per ottenere la migliore qualità estetica, garantendo una superficie omogenea che può essere sottoposta al trattamento richiesto e contribuire all’aumento del valore percepito degli interni dell’auto.

Per concludere, lo studio di simulazione ci ha permesso di assicurare la miglior qualità superficiale per le bocchette dell’aria condizionata, attraverso l’analisi di quattro fattori principali: la direzione del flusso principale, la sua velocità, il tempo e la temperatura di riempimento e l’assenza di intrappolamenti d’aria. Grazie all’analisi di questi fattori, è stato possibile ottimizzare il processo di pressofusione ridisegnando le forme dei canali di alimentazione e quindi di soddisfare i livelli di qualità estetica richiesta.

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Il Test dello Spray Salino è un sistema di misurazione della corrosività ampiamente diffuso, utilizzato al fine di controllare la resistenza alla corrosione dei materiali e dei rivestimenti. Si tratta di un test a corrosione accelerata effettuato sui rivestimenti per valutare, dopo un determinato periodo di tempo, se possono essere utilizzati come finitura protettiva. La durata del Test allo Spray Salino dipende dalla resistenza alla corrosione del rivestimento: se ha un’alta resistenza alla corrosione il periodo di prova è maggiore.

Ambiti di utilizzo dell’SST

L’SST può essere utilizzato su diversi materiali, quali lo zinco, le superfici fosfatate, in cromatura elettrolitica, il nickel, il rame e lo stagno.

Inoltre, la prova dello spray salino è fondamentale al fine di valutare la corrosione dei prodotto o dei componenti mirati all’uso esterno o in ambienti freddi e umidi. Per riassumere, è possibile affermare che il test allo spray salino è utilizzato per:

• Analizzare la resistenza alla corrosione di diversi materiali e finiture
• Misurare l’inclinazione della corrosione quando un metallo o un rivestimento viene intaccato
• Determinare l’aderenza del rivestimento e il lento incedere della corrosione
• Valutare la resistenza alla corrosione in ambienti marittimi

I prodotti privi di resistenza SST vengono corrosi dall’influsso dell’aria salmastra.

Applicazione del test allo spray salino

Il test allo spray salino (SST) è largamente utilizzato grazie ai suoi numerosi vantaggi: è economico, veloce, adatto a diversi materiali, standardizzato e ripetibile.

Viene effettuato utilizzando una camera a vaporizzazione salina al cui interno vengono inserite le parti da testare. Il test allo spray salino è utilizzato per prevedere quali materiali resisterebbero alla corrosione in condizioni reali. L’apparato per i test è composto da una camera chiusa in cui viene vaporizzata una soluzione di acqua salina attraverso aria compressa.

Solitamente, durante il test dello spray salino si atomizza una soluzione di sale in una camera tenuta in sospensione o posta su un supporto inclinato di 15-30° rispetto alla verticale. La soluzione è composta al 5% di NaCl (Cloruro di Sodio), mentre la zona di esposizione viene mantenuta a 35° C. L’irrorazione è continua per l’intera durata del test, che può durare oltre 1000 ore.

Il risultato è un ambiente estremamente corrosivo costituito da una densa nebbia di acqua salata a cui i campioni vengono esposti.

Test dello Spray Salino Modificato

La maggior parte dei test dello spray salino sono continui, il che significa che il prodotto testato è esposto ad una continua nebbia salina per l’intera durata del test. Tuttavia alcuni prodotti non richiedono un esposizione tanto prolungata: per questi si utilizza un test modificato. ASTM G85 è un esempio di test standard che contiene diversi test allo spray salino modificati.

Ci sono diversi test dello spray salino modificati, l’ASTM G85 li include dall’A1 al A5.

Molti di questi test sono collegati ad un particolare settore industriale in base all’effetto corrosivo dell’ambiente.

• ASTM G85 Annesso A1 – Test dello spray salino all’acido acetico (non ciclico): è il test utilizzato per analizzare la resistenza alla corrosione delle placche decorative cromate per la pressofusione dello zinco quando esposte ad uno spray salino con acido acetico in un clima ad alte temperature. I campioni sono posti in una camera ed esposti indirettamente alla nebulizzazione di acqua salina.
• ASTM G85 Annesso A2 – Test della nebbia salina acidificata (ciclico): questo test si usa solitamente per studiare la corrosione delle leghe di alluminio
• ASTM G85 Annesso A3 – Test dell’acqua marina acidificata (ciclico): questo test può essere utilizzato per studiare la corrosione dei metalli rivesti o non, se esposti a cambiamenti climatici o ad una nebulizzazione di acqua marina acidificata a temperature elevate. I campioni vengono posti nella camera ed esposti a cambiamenti climatici.
• ASTM G85 Annesso A4 – Test allo spray salino SO2 (ciclico): questo test può essere usato su campioni che dovranno resistere ad un ambiente di SO2 (diossido di zolfo)/spray salino/piogge acide durante il loro ciclo vitale. Questi campioni vengono posti nelle camere ed esposti a 1-2 cicli di possibili cambi climatici.
• ASTM 685 Annesso A5 – Test della nebbia salina elettrolitica dilatata/Secco (ciclico): questo test è utilizzato per studiare la resistenza alla corrosione per le verniciature sui prodotti di acciaio se esposti al cambiamento climatico dato dallo spray salino elettrolitico dilatato.

Resistenza alla corrosione dello zinco

Quando paragonato ad altri materiali, lo zinco è noto per la sua capacità di resistere in ambienti corrosivi. Tuttavia non è altrettanto noto che la sua resistenza dipende dalla formazione di una barriera superficiale. Normalmente, quando i prodotti zincati sono esposti al normale uso, ad esempio in un ambiente marittimo o al sale stradale, lo zinco crea uno strato protettivo di carbonato di zinco: resiste all’attacco del sale e garantisce una protezione alla corrosione a lungo termine.

Per tutti questi motivi, lo zinco è il materiale perfetto da utilizzare per componenti di automobili.

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