Caso di studio: staffa per l'automotive dal prototipo a una serie di 500 pz

Il cliente si è presentato con un file STEP già pronto di una staffa per il fissaggio di un cablaggio in un veicolo elettrico. Il modello 3D era corretto dal punto di vista funzionale, ma non ottimizzato per la produzione e, come si è poi visto, molti costi potevano essere eliminati ancora prima di asportare il primo truciolo. Ecco tutta la storia, dal primo modello 3D ai 500 pezzi sul pallet.

Questo caso di studio mostra quanto si può guadagnare quando DFM e scelta della tecnologia vengono affrontati all'inizio, e non dopo il primo lotto costoso. Il pezzo è semplice, un supporto per cablaggio, ma è proprio sui particolari semplici che si nota di più la differenza tra “si può produrre” e “si può produrre bene e a basso costo”. Il progetto è durato sei settimane, dal primo modello 3D alla consegna della serie.

La staffa sostiene il cablaggio nel sottoscocca di un veicolo elettrico: sopporta carichi ridotti, ma deve accoppiarsi con precisione a due punti di montaggio e resistere a vibrazioni e cicli termici. Il cliente ha fornito un file STEP completo: un blocco di alluminio (6082-T6) ottenuto per fresatura CNC, con tolleranza generale di ±0,05 mm su tutte le quote e una serie prevista di 500 pz. Funzionalmente il modello 3D era corretto, ma era stato progettato “dal pieno”, senza considerare come sarebbe stato realmente prodotto.

Il controllo di producibilità (DFM) e la successiva revisione manuale hanno evidenziato tre problemi concreti, ciascuno risolvibile singolarmente, ma che insieme trasformavano un pezzo economico in uno costoso:

• Spigolo interno con raggio nullo: non realizzabile con una fresa, avrebbe richiesto l'elettroerosione (EDM) o un compromesso; la classica trappola dello spigolo vivo
• Due fori di montaggio troppo vicini al bordo previsto e, in una variante in lamiera, posizionati nella zona di piega
• Tolleranza generale di ±0,05 mm su tutte le superfici, sebbene fossero funzionalmente critiche solo due superfici di appoggio e l'interasse dei fori di montaggio

Risultato: il pezzo avrebbe dovuto essere lavorato su una macchina più precisa (e più costosa), con passate di finitura su superfici dove la funzione non lo richiede affatto e con il rischio legato allo spigolo vivo. Il punteggio DFM iniziale era 62/100.

La domanda fondamentale non era “come lavorarlo a un costo inferiore”, ma “il CNC è davvero la tecnologia giusta?”. La forma della staffa, in sostanza un profilo piegato con alette di montaggio, è un territorio da manuale per la lamiera. Dopo un confronto con l'ingegnere di produzione, il pezzo è stato riprogettato in lamiera d'acciaio piegata con spessore di 2 mm: due bracci piegati con alette di montaggio, raggio interno pari allo spessore e rigidità ottenuta con un bordino anziché con il materiale. La funzione è rimasta invariata, ma l'economia del pezzo si è ribaltata: con la lamiera si pagano il taglio e la piega, non le ore di mandrino.

Il passaggio alla lamiera non è una rimodellazione con un clic: è avvenuto in tre rapide iterazioni, ciascuna con una correzione concreta verificata sullo sviluppo e con un nuovo calcolo del preventivo:

• Iterazione 1 – prima versione piegata: forma e interasse di montaggio corretti, ma un foro cadeva nella zona di piega e, nello sviluppo, si sarebbe deformato in un ovale
• Iterazione 2 – fori distanziati di almeno 3 volte lo spessore dalla piega, aggiunto un bordino perimetrale per la rigidità (affinché la lamiera più sottile non compensasse la massa del blocco fresato con una perdita di resistenza)
• Iterazione 3 – tolleranze ristrette solo all'interasse dei fori di montaggio e alla superficie di appoggio, il resto in tolleranza generale; raggi di piega uniformati per un unico utensile della pressa piegatrice

Dopo la terza iterazione il punteggio DFM è salito a 91/100 e il pezzo poteva essere prodotto “in un'unica tirata”: taglio laser e piegatura senza ripetere l'attrezzaggio della pressa.

Prima della serie è stato prodotto e misurato il primo pezzo (first article) rispetto alle quote critiche: interasse dei fori e superficie di appoggio in tolleranza, ritorno elastico della piega compensato con l'attrezzaggio della pressa. Successivamente è stata prodotta la serie di 500 pz con trattamento superficiale di verniciatura a polvere; il pezzo è stato prodotto e spedito in due settimane anziché nelle quattro inizialmente stimate per la variante CNC. Il peso inferiore ha inoltre comportato un risparmio anche nella logistica e nel veicolo finale.

Il risparmio più economico e più rapido non è nato in produzione, ma nei primi due giorni: grazie alla scelta corretta della tecnologia e a tre modifiche mirate al progetto.

Tre lezioni valgono anche al di là di questo specifico pezzo: (1) scelga la tecnologia prima di occuparsi dei dettagli: il passaggio dal CNC alla lamiera ha portato la maggior parte del risparmio, non le micro-ottimizzazioni della lavorazione; (2) definisca le tolleranze in base alla funzione, non in modo generalizzato; (3) iteri confrontandosi con un calcolo del preventivo reale e con il DFM, non solo con l'intuito. Se il pezzo fosse andato in produzione nella forma originale, il cliente avrebbe pagato il 41 % in più al pezzo e atteso il doppio, senza alcun beneficio per la funzione.