Descrizione del prodotto e funzionamento
Il prodotto realizzato da Minifaber S.p.A. è una speciale pentola “intelligente†composta da più particolari che l’azienda costruisce per un cliente di primaria importanza
internazionale. Tale prodotto viene applicato ad un robot da cucina che ha le funzioni di impastare gli alimenti, tagliarli, tritarli, sminuzzarli nelle varie forme e dimensioni ed infine cucinarli. L’apparecchio è composto da una struttura che sostiene la ciotola, un dispositivo ad induzione elettrica per la cottura dei cibi, un motore elettrico per l’azionamento dei vari utensili e una scheda elettronica per la gestione di queste operazioni in modo automatico e sicuro, da costituire così un valido strumento per chi in cucina si affida a questi elettrodomestici. La ciotola pertanto “comunica†con tutto l’apparecchio attraverso sensori che leggono la temperatura della pentola e dei cibi in essa contenuti. La sorgente di calore è l’induzione elettromagnetica il cui principio di funzionamento è il seguente: la corrente alternata che passa in una bobina, genera un campo elettromagnetico che induce delle correnti parassite nel mezzo da riscaldare. La resistività del materiale che si oppone al flusso di queste correnti ha per effetto il riscaldamento. I materiali magnetici si riscaldano più facilmente di quelli non magnetici perché offrono una resistenza naturale al cambiamento dei campi magnetici intorno all’induttore. L’attrito risultante produce così un proprio calore aggiuntivo che si somma al riscaldamento per correnti parassite. Per questo nella ciotola è stato aggiunto un componente denominato “lamina†in acciaio inossidabile magnetico.
Descrizione dei componenti e relativo processo produttivo
L’assieme è costituito da quattro parti: la ciotola, il diffusore, la lamina e la base; tutti i componenti vengono realizzati da Minifaber S.p.A. Ciotola, diffusore e lamina sono uniti fra loro a mezzo di un processo simile allo stampaggio a caldo chiamato “impact bondingâ€, mentre la base è unita alla ciotola a mezzo di saldatura elettrica per punti.
Il processo produttivo prevede la realizzazione dei singoli componenti impiegando le necessarie tecnologie di fabbricazione. Queste operazioni vengono svolte in Minifaber S.p.A. a mezzo di stampi progettati e costruiti al proprio interno. La profonda conoscenza della lavorazione a freddo della lamiera maturata da Minifaber S.p.A. in 40 anni di attività , ha reso possibile la completa definizione dell’intero ciclo produttivo e delle relative attrezzature.
Rappresentazione dell’assieme:
“Ciotolaâ€
La ciotola ha la funzione di contenere il cibo e gli utensili del robot; è costruita in acciaio inossidabile AISI 304 per profondo stampaggio, un materiale idoneo per venire a contatto con gli alimenti e a sua volta ideale per l’imbutitura profonda. La produzione viene realizzata su una pressa idraulica della potenza di 400 tonnellate a mezzo di nr.4 passaggi di imbutitura più un’operazione di tranciatura del rifilo. Il processo di imbutitura consiste nella deformazione della lamiera all’interno di uno stampo formato principalmente da una matrice e un punzone che danno forma al pezzo e da un premilamiera che mantiene in tensione la lamiera ed evita la formazione di grinze e ondulazioni sul pezzo stampato. Nel caso di imbutiture medio-profonde e profonde, l’energia viene fornita da una pressa idraulica che svolge il proprio lavoro a velocità e pressione controllate. Questi due parametri sono molto importanti nell’imbutitura per garantire un adeguato risultato finale sul prodotto in termini di costanza dello spessore ed assenza di difetti geometrici e dimensionali. Lo stampo deve essere costruito in materiale duro e presentare un basso coefficiente di attrito; per questo motivo viene impiegato un materiale denominato X155, tipico per la produzione di utensili, viene lavorato di macchina utensile e successivamente temprato e rinvenuto per ottenere un’ottima durezza unita ad una buona tenacità . Lo stampo viene quindi lucidato e rivestito a mezzo di un processo galvanico denominato PVD che deposita il rivestimento di nitruri di titanio attraverso l’azione del vapore. Tale rivestimento previene il formarsi di grippature e incisioni sullo stampo. Un’adeguata lubrificazione è necessaria per consentire lo scorrimento della lamiera ed evitare difetti estetici: anch’essa è stata quindi appositamente studiata e messa a punto da Minifaber S.p.A. Durante l’imbutitura, il lubrificante è sottoposto a pressioni elevate e a surriscaldamento che alterano le proprietà tribologiche, pertanto deve essere utilizzato un lubrificante contenete gli additivi necessari per questo tipo di lavorazione ma che al tempo stesso sia compatibile con i materiali impiegati. Non essendo possibile realizzare forme imbutite profonde in un unico passaggio, poiché la lamiera tende ad assottigliarsi e a rompersi, è stato necessario elaborare nr.4 passaggi intermedi realizzati con altrettanti stampi che gradualmente deformano la lamiera senza romperla fino all’ottenimento del pezzo finito. La progettazione di questi stampi ha dovuto tenere conto della forma conica della ciotola con tutte le problematiche di formazione di grinze e ondulazioni che sono annesse a tale forma geometrica ma che devono essere assolutamente eliminate per questioni estetiche e funzionali del prodotto finito.
Rappresentazione della ciotola imbutita:
“Diffusoreâ€
Il diffusore è uno strato intermedio di Allumino posto tra ciotola e lamina che ha il compito di trattenere il calore della ciotola. È costituito da alluminio puro al 99,5%, senza Silicio per non abbassare il punto di fusione; viene fornito sotto forma di disco e successivamente deformato plasticamente durante la fase di impact bonding.
Rappresentazione del diffusore dopo il processo di
impact bonding:
“Laminaâ€
La lamina ha la funzione di contenere l’Alluminio durante la deformazione termoplastica, pertanto non va a contatto con l’alimento. Per la sua funzione di agevolare il riscaldamento ad induzione esposto precedentemente, viene costruita in AISI 430, un acciaio inossidabile ferritico e magnetico. La lamina si ottiene partendo da un nastro di acciaio dello spessore di mm 0,60 avvolto in una bobina. La forma viene realizzata a mezzo di imbutitura e tranciatura in un unico passaggio di stampaggio.
Rappresentazione della lamina:
“Baseâ€
La base ha la funzione di collegare la ciotola all’apparecchio a mezzo di un innesto a baionetta che deve essere solido e robusto quando è bloccato, ma altrettanto agevole quando la ciotola deve essere tolta dall’apparecchio attraverso un movimento di rotazione. La base serve inoltre a contenere i sensori che devono rilevare la temperatura dell’alimento e della ciotola. La base viene ricavata partendo anch’essa da un nastro in acciaio inossidabile di AISI 304.
Rappresentazione della base:
La forma definitiva viene realizzata a mezzo di stampaggio a freddo utilizzando uno stampo a transfert nel quale sono previste nr.12 operazioni eseguite in altrettante stazioni fissate su un’unica struttura denominata “portastampoâ€. Tali passaggi consistono in più stazioni di tranciatura, imbutitura, tranciatura laterale a mezzo di camme, coniatura e calibratura. Ad ogni colpo, il pezzo viene spostato nella stazione successiva a mezzo di un automatismo integrato nella pressa chiamato transfert. La pressa utilizzata per la produzione è una pressa meccanica della potenza di 800 tonnellate dotata di un rallentamento meccanico utile per operazioni di imbutitura poco profonda.
Esempio di stampo transfert:
Lo staff tecnico di Minifaber S.p.A. ha collaborato con il cliente durante la progettazione dei vari componenti mettendo a disposizione tutto il proprio know how per prevedere e risolvere ogni tipo di problematica. I processi inoltre sono stati messi a punto attraverso un minuzioso studio delle variabili (quali ad esempio: analisi FMEA, simulazioni di imbutitura, DOE, ecc…) e tenuti sotto controllo grazie alle più avanzate tecniche statistiche e strumenti di monitoraggio (quali ad esempio: carte di controllo, SPC, istogrammi, ecc…).
Assiematura componenti
L’assiematura della ciotola con la lamina e il diffusore in Alluminio, viene eseguita a mezzo di una tecnologia molto particolare e ancora poco diffusa in Italia chiamata “impact bonding†che Minifaber S.p.A. ha messo a punto con la collaborazione di un fornitore in possesso di impianti adeguati per questo tipo di lavorazione. Con tale processo, i particolari a contatto tra loro, tendono a saldarsi superficialmente sotto la spinta di una forte energia cinetica generata da una pressa a bilanciere a frizione della potenza di 3.000 tonnellate. I pezzi vengono preriscaldati prima di essere colpiti violentemente sotto la pressa; questo fa si che l’Alluminio che si trova ad una temperatura prossima a quella di fusione, si deforma plasticamente saldandosi superficialmente alla ciotola e alla lamina che lo contengono e ne impediscono la fuoriuscita. Tutto questo avviene all’interno di uno stampo composto essenzialmente da un punzone e una matrice. I materiali costruttivi di questo stampo devono avere requisiti di ottima tenacità , buona durezza, buona resistenza alle sollecitazioni termiche elevate; pertanto si è utilizzato un acciaio legato al Cromo Nichel Molibdeno e Vanadio della famiglia degli acciai per utensili impiegati per la forgiatura a caldo. Sulla ciotola cosi assemblata vengono eseguite lavorazioni di ripresa a mezzo di macchina utensile per permettere ai sensori di temperatura il contatto con l’Alluminio.L’unione tra ciotola e base avviene invece a mezzo di saldatura elettrica per punti. Per questa operazione Minifaber S.p.A. è ricorsa alla costruzione di una speciale macchina per saldatura a resistenza che prevede un trasformatore trifase con generatore a inverter a media frequenza (1.000Hz), 6 elettrodi in Rame/Berillio, una attrezzatura per il posizionamento dei pezzi da saldare e un controllo elettronico per la gestione dei programmi e la lettura diretta della corrente impiegata in saldatura. Il ciclo di saldatura per resistenza prevede le seguenti fasi: accostaggio dell’elettrodo, preriscaldo, saldatura e forgiatura. L’impiego di un generatore ad inverter a 1.000Hz fa in modo che ciascuna di queste fasi abbia un intervallo di tempo molto breve (nell’ordine di pochi millisecondi). Durante la fase di saldatura, il pezzo viene attraversato da una corrente molto elevata (circa 70.000 A): il risultato è una saldatura fredda ben penetrata che riduce al minimo le deformazioni. Il pannello di controllo elettronico verifica che la saldatura sia avvenuta nei parametri di processo, in caso contrario, la macchina interrompe automaticamente il ciclo di produzione.
Foto della macchina di saldatura:
A questo punto il pezzo è pronto per la spedizione.
Presso il cliente vengono eseguite le operazioni finali di saldatura delle due maniglie e lucidatura che in Italia sono divenute ormai difficili da realizzare per la competizione dei paesi low cost. Il prodotto viene così ultimato con l’assemblaggio dei componenti elettrici, elettronici e plastici e pronto per essere confezionato e venduto sul mercato. In molte case in Italia e nel Mondo è presente oggi un prodotto che contiene la conoscenza e la tecnologia italiana e soprattutto bergamasca, frutto anche del lavoro di uomini e donne che hanno frequentato l’I.T.I.S. P. Paleocapa di Bergamo.
Si ringrazia l’intero staff di Minifaber S.p.A. ed in particolare:
- il sig.Melocchi Raffaello, ex allievo I.T.I.S. Paleocapa e la sig.ra Melocchi Rita, titolari;
- il dott.Rocchi Alessandro, ex allievo I.T.I.S. Paleocapa e Direttore di Stabilimento;
- il sig.Riccardo Marchesi, ex allievo I.T.I.S. Paleocapa e Responsabile Tecnico.
Nota informativa: le fotografie contenute nel presente articolo sono esclusivamente a titolo di esempio e ottenibili dalla semplice consultazione di siti internet di prodotti commerciali.
Le rappresentazioni dei componenti e i disegni degli stampi sono di esclusiva proprietà di Minifaber S.p.A.: ne sono quindi vietate la riproduzione e la diffusione. Ciascuna violazione sarà perseguita a termini di legge.