componente automotive

Componente automotive: fasi di progettazione e realizzazione

Realizzazione di un componente automotive

Nei precedenti articoli abbiamo parlato di vari aspetti della progettazione meccanica, come, per esempio, attuare lo sviluppo di un nuovo componente automotive, dall’ideazione alla progettazione. In questo terzo appuntamento vedremo, invece, alcune linee guida sul come costruire i pezzi meccanici. L’obiettivo è quello di avere un prodotto innovativo, ad elevate qualità e prestazioni, senza trascurare aspetti determinanti come il controllo dei costi e la programmazione dei tempi.

In ogni gara il calendario è perfettamente definito: non è possibile spostare una scadenza. Nel giorno fissato, all’orario prestabilito, occorre trovarsi sulla griglia di partenza con il motore acceso e la vettura a punto. Pertanto, la gestione dei tempi e il rispetto delle scadenze sono un fattore determinante per giungere alla vittoria. Se, per esempio, abbiamo avuto una buona intuizione, da cui ci attendiamo un miglioramento di prestazioni, e vogliamo utilizzarla in pista, è necessario seguire tutte le fasi della sua realizzazione.

Ovvero, la definizione tecnica tramite disegni e specifiche, la scelta di chi costruirà i pezzi (il fornitore), l’emissione degli ordini di acquisto e le trattative commerciali. Poi la definizione dei tempi di consegna, il trasporto e l’imballaggio dei pezzi, la verifica della corretta esecuzione dei componenti, il montaggio, i test preliminari, la messa in moto, e, infine, il collaudo in pista.

Come evitare errori di fabbricazione

Partendo dal principio: per potere costruire i pezzi dobbiamo avere i disegni costruttivi, nonché le specifiche tecniche dei vari componenti. Disegni e specifiche sono, ovviamente, il principale linguaggio da utilizzare con le officine e i fornitori. Le spiegazioni verbali, pur restando utili per i chiarimenti, sono pericolose perché interpretabili e perché si possono facilmente dimenticare. Inoltre, la scelta dei fornitori è un aspetto determinante per la riuscita di un nuovo progetto. Soprattutto quando i componenti non sono standard, e quindi devono essere realizzati “ad hoc”, e i quantitativi sono molto bassi.

A volte capita, infatti, di trovarsi a dover realizzare soltanto qualche pezzo. In situazioni simili gli errori di fabbricazione sono dietro l’angolo, e nel mondo delle corse e delle performance raramente s’incontrano l’occasione e il tempo di una seconda chance in pista. Dobbiamo quindi essere sicuri che il fornitore possieda il know-how, la tecnologia necessaria, ed infine avere esperienza sulla fabbricazione di componenti simili. Il fornitore dovrebbe, poi, essere coinvolto a progettazione non terminata. In questo modo potrà assecondare il più possibile le sue esigenze, e si potrà anche per utilizzare la sua esperienza sugli aspetti tecnologici.

Componente automotive - racing

È estremamente importante mantenere un ruolo attivo in ogni fase della progettazione e realizzazione di un componente automotive.

Effettuare un controllo qualità

Nel periodo in cui il fornitore compie le lavorazioni, che possono durare alcune settimane, è importante non mantenere un ruolo passivo, di semplice attesa della consegna dei pezzi. Telefonando, effettuando visite in officina, per vedere di persona la fabbricazione, possiamo infatti verificare che non sorgano inconvenienti, e seguire attivamente la costruzione.

Poi, finalmente, arriveranno i nostri componenti. A questo punto l’istinto porterebbe a montare tutto in fretta e furia, andare in pista e vedere i risultati. È importante invece essere razionali: il rischio a questo punto può essere quello di vanificare il lavoro svolto. Dopo la consegna, infatti, ogni pezzo deve essere controllato prima del montaggio sul veicolo. E purtroppo non è così scontato che i componenti siano coerenti con il disegno. Ecco perché va effettuato un controllo qualità.

Montaggio parziale per ogni componente automotive

Questa verifica statica delle dimensioni, delle tolleranze, del peso, dei materiali – e di ogni altro aspetto necessario – individua in anticipo eventuali difetti che potrebbero determinare avarie in pista. Le avarie sono infatti pericolose per l’integrità del pilota e dalla vettura, prima ancora che del risultato.

Successivamente si effettuano i montaggi parziali, per verificare che ogni componente automotive si accoppi correttamente l’uno all’altro. Fino a qualche decina di anni fa, prima dell’avvento della progettazione tridimensionale, e della macchine utensili a controllo numerico, era questo il momento della “sistemazione”. Cioè la fase in cui si modificavano – oppure recuperavano – i pezzi che presentavano incoerenze di progettazione o fabbricazione. Oggi le tecniche di progettazione e produzione si sono molto evolute, e gli errori sono, quindi, molto rari. Nonostante ciò un po’ di messa a punto va comunque effettuata, poiché rimane una fase fondamentale per lo sviluppo di un nuovo progetto. Successivamente si effettuano prove funzionali delle varie parti verificando funzionalità e prestazioni.

Altre considerazioni riguardano le caratteristiche strutturali del telaio come la rigidezza, la resistenza alle sollecitazioni, la resistenza nel tempo, la resistenza al crash (molto importante per la sicurezza del pilota e passeggeri) e la dinamica della struttura (frequenze, smorzamenti, e così via). Occorre, quindi, gestire al meglio gli ingombri. Così come impostare gli attacchi dei vari gruppi, e compiere le scelte più adeguate riguardo l’affidabilità, la riparabilità e la manutenzione.

Interazione circolare

Una volta che tutto sarà verificato e collaudato, si potrà procedere al montaggio definitivo di ogni singolo componente automotive. Ogni progetto, seppure geniale, per diventare vincente deve essere ben costruito e montato. L’assemblaggio deve quindi essere eseguito con cura. I meccanici vanno, poi, perfettamente informati in maniera dettagliata sulle modalità e le particolarità del montaggio: lo si può fare tramite schizzi, disegni e procedure. Nei progetti nuovi, infatti, nulla deve essere dato per scontato. Spesso tutto è dimensionato al millimetro, e anche piccole inesattezze nel montaggio possono causare importanti problematiche.

componente automotive

Realizzazione di un cambio a 6 marce

Un cambio è sostanzialmente una scatola metallica che contiene degli ingranaggi, posizionata tra il motore e il differenziale, che trasmette il moto alle ruote motrici. Ma a che cosa serve il cambio, e perché tutte le automobili ne hanno uno? Facciamo un esempio paradossale. Le ruote di una Punto, se fossero collegate direttamente all’albero motore, ruoterebbero a circa 5000 giri al minuto. Teoricamente, l’automobile viaggerebbe a circa 520 Km/h. In modo analogo, una Ferrari Formula 1, a 18.000 giri al minuto correrebbe a circa 2200 Km/h – più del doppio della velocità del suono, cioè come un caccia militare.

Ciò non è possibile, o meglio lo sarebbe se la vettura non dovesse vincere l’attrito di rotolamento delle gomme. E, soprattutto, la resistenza dell’aria. Tali velocità non sono raggiungibili perché la spinta del motore (coppia motrice) non è sufficiente a compensare tali forze resistenti. Inoltre, in tale configurazione l’automobile non riuscirebbe nemmeno a partire: sarebbe come cercare di partire da fermo con la quinta innestata.

Il ruolo del cambio in una vettura

La soluzione è molto semplice. Interponendo degli ingranaggi fra motore e ruote si riduce la velocità, ma contemporaneamente aumenta la coppia motrice. Ciò si ottiene facendo trascinare una ruota dentata più grande da una più piccola, realizzando così un riduttore di velocità. Il cambio altro non è che che un riduttore in cui i rapporti sono variabili. Li sceglie, infatti, il conducente, agendo sulla leva all’interno dell’abitacolo.

Il rapporto di riduzione deve essere elevato in 1a e in 2a per avere molta coppia alle ruote. Infatti, pur essendo vero che a bassa velocità la resistenza dell’aria è bassa, serve coppia eccedente per accelerare il veicolo che parte da fermo. Passando alle marce superiori il rapporto di riduzione diminuisce per privilegiare la velocità della vettura.

Il cambio di un automobile da corsa

Il cambio di un automobile da corsa è molto più che un semplice componente automotive: deve essere leggero, con ingombri ridotti, e deve offrire un cambio di marcia decisamente rapido. Particolarmente importante è, poi, una scelta corretta dei rapporti delle marce. Sia in relazione alla curva di coppia del motore, che all’efficienza aerodinamica e, infine, al peso del veicolo. In genere si realizzano più serie di marce con un diverso rapporto di riduzione (più lungo o più corto). E prima della gara, in funzione del circuito e di altri parametri, si possono così scegliere quelle desiderate sostituendo gli ingranaggi sugli alberi del cambio.

Con questi obiettivi abbiamo realizzato una evoluzione di un cambio a 6 marce. Lo scopo principale è stata la riduzione del peso, alleggerendo gli ingranaggi grazie all’utilizzo di materiali e trattamenti speciali e modificando, inoltre, la tipologia dell’ingranamento fra le ruote dentate. Ora, ecco un nuovo esempio. Facciamo che occorre realizzare cinque cambi nuovi, in due settimane. E in mano abbiamo soltanto i disegni.

componente automotive

Esempio di un programma completo

Ecco il programma: acquistiamo i particolari commerciali (cuscinetti, bulloneria, olio ecc.), costruiamo i componenti (ingranaggi, alberi ecc.), facciamo eseguire i trattamenti termici e superficiali, verifichiamo i componenti, montiamo i pezzi e infine cominciamo con il collaudo.

Restando nel nostro esempio, anche se non erano ancora pronti i disegni, già una decina di giorni fa avevamo parlato con il fornitore degli ingranaggi. L’obiettivo era quello di prenotare macchine e operatore. Ci eravamo anche assicurati che avesse già il materiale da lavorare (acciaio di qualità, difficilmente reperibile) e gli utensili. In questo modo abbiamo eliminato eventuali tempi morti.

Gli incontri con i fornitori

Gli ingranaggi devono essere lavorati, trattati termicamente in forno, essere ripresi in officina con la rettificatrice e subire un altro trattamento termico finale. Questo significa che devono essere trasportati tra officina e trattamentista per almeno quattro volte. Qualsiasi corriere, per quanto rapido, impiegherebbe come minimo quattro giorni. Decidiamo quindi di trasportare personalmente i pezzi. In questo modo infatti, siamo certi che non resteranno dimenticati in qualche angolo, in attesa della spedizione. Inoltre manteniamo un contatto diretto e continuo con i pezzi e i fornitori, controllando le lavorazioni, sollecitando e ricordando a ciascuno doveri e scadenze.

Durante questi incontri con i fornitori facciamo capire l’importanza del nostro progetto per il successo della gara, coinvolgendoli sull’obiettivo di ben figurare in campionato. Una vittoria è una grande soddisfazione per chi corre in prima persona e per il team che lo segue, ma appaga anche tutte le persone che hanno collaborato con ruoli diversi alla realizzazione della vettura.

I possibili imprevisti

Ma ecco un imprevisto. Ci troviamo in difficoltà nell’approvvigionamento di alcuni tipi di cuscinetti. Trattandosi di cuscinetti poco comuni, hanno un tempo di approvvigionamento di quindici giorni, e il programma rischia di saltare completamente.

Dopo una riunione tecnica decidiamo per una soluzione di emergenza. Ovvero, ordiniamo dei cuscinetti facilmente reperibili, diversi ma di pari ingombri, con un vita prevista più breve. Ci garantiranno sicuramente di terminare la prima gara. Per le prossime, quando arriveranno i cuscinetti di migliore qualità, li sostituiremo.

Il compromesso può essere una soluzione

Ci assicuriamo che in officina tutto sia pronto per quando arriveranno i componenti automotive da montare. Organizziamo una riunione con i meccanici per ricordare ancora una volta quanto sia importante la cura di ogni dettaglio. Li informiamo sulle caratteristiche del nuovo cambio, forniamo istruzioni per il montaggio e illustriamo i disegni. In questo modo riusciremo a risparmiare ancora un po’ di tempo, e appena arriveranno i pezzi i meccanici potranno subito iniziare a lavorare.

Il montaggio finale

Quattro giorni prima della gara abbiamo tutti i componenti automotive in officina. È un momento molto emozionante, perché finalmente vediamo dal vero ciò che avevamo soltanto immaginato o, al più, visto al computer e sulla carta. Nello stesso tempo sentiamo il lieve senso di incertezza che accompagna ogni nuovo progetto, il rischio potenziale che qualcosa non funzioni a dovere. A questo punto, il modo migliore per essere competitivi è credere nel nostro lavoro, ed effettuare con il massimo scrupolo il controllo sui pezzi e il montaggio finale. Ora è tutto pronto, e montato sull’auto. La gara ci aspetta…