Il processo di pressofusione è una tecnologia di produzione standard comune a tutti i settori industriali. Questo processo di pressofusione può variare in diversi metodi e tecnologie a seconda della forma e della struttura complessa.
Questa guida fornirà una breve panoramica sui processi di pressofusione, le loro tipologie, le applicazioni e i pro e i contro.
Che cos'è la pressofusione?
La pressofusione è un tipo di fusione dei metalli che prevede l’iniezione di metallo fuso in una cavità dello stampo ad alta pressione. Gli attrezzisti di precisione realizzano due stampi in acciaio temprato — la metà dello stampo di copertura (fissa) e la metà dello stampo di espulsione (mobile) — che funzionano in modo simile a uno stampo a iniezione per formare la cavità dello stampo lungo una linea di divisione. I metalli non ferrosi, quali zinco, rame, alluminio, magnesio, piombo, peltro e leghe a base di stagno, costituiscono la maggior parte dei pezzi pressofusi. I produttori utilizzano macchine a camera calda o a camera fredda a seconda del punto di fusione e delle proprietà chimiche della lega specifica.
Processo di pressofusione
Il processo standard di pressofusione prevede quattro fasi fondamentali volte a garantire un’elevata precisione dimensionale e una finitura superficiale di qualità superiore:
1. Preparazione e lubrificazione dello stampo: Prima di ogni ciclo, la cavità dello stampo viene pulita e spruzzata con un agente distaccante. L'applicazione di lubrificanti ad alte prestazioni come AMINO - Agente distaccante per pressofusione aiuta a regolare la temperatura dello stampo, impedisce che il metallo fuso si saldi allo stampo in acciaio e facilita lo sformatura senza intoppi e senza difetti superficiali.
2. Iniezione e riempimento rapido: Il metallo grezzo viene fuso in un forno di mantenimento o in un crogiolo. Uno stantuffo idraulico o pneumatico spinge una dose dosata di metallo fuso attraverso un sistema di canali di colata nella cavità sigillata dello stampo ad alta pressione, tipicamente compresa tra 10 e 175 MPa (da 1.500 a 25.400 psi). Questa iniezione ad alta velocità riempie rapidamente le sezioni a pareti sottili e complesse prima che inizi la solidificazione, prevenendo discontinuità superficiali o difetti di colata.
3. Solidificazione ed espulsione (sformatura): Il metallo liquido viene mantenuto sotto alta pressione mentre si raffredda rapidamente e si solidifica all'interno dello stampo raffreddato ad acqua. Una volta solidificato, le due metà dello stampo si separano. Azionati da una piastra di espulsione, i perni di espulsione uniformemente distribuiti nello stampo mobile spingono il pezzo indurito fuori dalla cavità, completando così il processo di sformatura.
4. Rifinitura e finitura: Dopo la sformatura, le operazioni secondarie separano i residui metallici — quali canali di colata, canali di distribuzione, punti di iniezione e bave — dal componente utile. La macchina esegue in genere questa fase utilizzando stampi specializzati per la rifilatura o la finitura. Per ottenere le specifiche dimensionali finali possono essere applicati ulteriori processi di lavorazione secondaria, tra cui segatura, rettifica, foratura e lucidatura.
Infine, i pezzi finiti vengono sottoposti a un controllo di qualità volto a verificare l'integrità strutturale e a individuare i difetti di fusione più comuni, quali porosità da ritiro, difetti di saldatura a freddo o intrappolamento di gas.
Tipi di processo di pressofusione
I tipi di tecniche di pressofusione variano a seconda dell'investimento e dei costi di produzione. Ogni azienda di pressofusione impiega una gamma diversificata di tecniche di pressofusione. I tipi di pressofusione più diffusi saranno discussi nelle sezioni seguenti.
Il processo di pressofusione a camera calda
In un processo di pressofusione a camera calda (noto anche come macchina a collo d’oca), il meccanismo di iniezione è immerso direttamente in un bagno di metallo fuso all’interno di un forno di mantenimento annesso. All’inizio del ciclo, il pistone si ritira, consentendo al metallo liquido di fluire nella camera a collo d’oca.
Un pistone pneumatico o idraulico spinge il metallo fuori dal collo d’oca e lo convoglia nella cavità dello stampo. Questa tecnica garantisce elevate velocità di produzione (fino a 15 cicli al minuto) e una facile automazione. Tuttavia, è limitata alle leghe a basso punto di fusione — come zinco, stagno e piombo — poiché i metalli con punto di fusione più elevato, come l’alluminio, corroderebbero e dissolverebbero lo stantuffo in acciaio e i componenti del collo d’oca immersi.
Applicazione
La pressofusione a camera calda è ideale per la produzione in serie di componenti di precisione di piccole e medie dimensioni, tra cui cerniere in zinco, ingranaggi, connettori elettronici, maniglie per porte di automobili, alloggiamenti per serrature e accessori decorativi.
Il processo di pressofusione a camera fredda
Nel processo di pressofusione a camera fredda, il metallo viene fuso in un forno separato e indipendente. Una siviera automatizzata o un operatore trasferisce una quantità precisa di metallo fuso in un cilindro di iniezione non riscaldato. Un pistone idraulico o meccanico spinge quindi il metallo sotto pressione nella cavità dello stampo.
A causa della necessità di versare manualmente o automaticamente il metallo fuso nella camera fredda prima di ogni colata, i tempi di ciclo sono leggermente più lunghi rispetto alle macchine a camera calda.
Le macchine per la pressofusione a camera fredda sono disponibili sia in configurazione verticale che orizzontale. Le macchine verticali sono in genere compatte, mentre quelle orizzontali rappresentano lo standard del settore per diverse classi di tonnellaggio.
Applicazione:
La pressofusione a camera fredda mantiene il meccanismo di iniezione separato dal materiale fuso, rendendola il metodo preferito per le leghe con punti di fusione più elevati, come l’alluminio, il magnesio e il rame/ottone. Tra le applicazioni tipiche figurano i blocchi motore per autoveicoli, le scatole del cambio, gli alloggiamenti per componenti elettronici, gli involucri per utensili elettrici e i componenti strutturali per dispositivi portatili.
Il processo di pressofusione a bassa pressione
Come nel caso della pressofusione ad alta pressione, gli operatori montano le due metà dello stampo sulle piastre fisse e mobili, ma la macchina è orientata verticalmente. Un forno di mantenimento ermeticamente sigillato, contenente il metallo fuso, è situato direttamente sotto la piastra fissa.
L'applicazione di una bassa pressione dell'aria (in genere fino a 1 bar o 20–100 kPa) alla camera del forno spinge il metallo fuso (di solito alluminio o magnesio) verso l'alto attraverso un tubo di risalita verticale nella camera dello stampo sovrastante. Gli stampi permanenti in acciaio sono i più comuni, sebbene siano possibili anche stampi in sabbia in impianti specializzati a bassa pressione.
Il flusso laminare ascendente riempie la cavità dal basso verso l’alto, in senso contrario alla forza di gravità, riducendo al minimo la turbolenza. La pressione viene mantenuta fino alla solidificazione del pezzo, consentendo un’alimentazione continua dal canale di colata per compensare il ritiro volumetrico e prevenire la formazione di vuoti interni.
Applicazione:
L'industria automobilistica fa ampio ricorso alla pressofusione a bassa pressione per la produzione di componenti strutturali in alluminio ad alta resistenza, quali ruote, bracci delle sospensioni e parti critiche del motore che richiedono la massima densità e capacità di trattamento termico.
Il processo di pressofusione sotto vuoto
La pressofusione sotto vuoto è una variante avanzata della pressofusione ad alta pressione convenzionale. Una pompa a vuoto rimuove l'aria e i gas dalla cavità dello stampo sigillata prima e durante l'iniezione. Questa tecnica, nota anche come pressofusione ad alta pressione assistita dal vuoto (VHPDC), è stata progettata specificamente per eliminare la porosità da gas causata dall'intrappolamento dell'aria.
Grazie alla drastica riduzione della porosità interna, i componenti realizzati mediante pressofusione sotto vuoto possono essere sottoposti a successivi trattamenti termici e operazioni di saldatura senza che si formino bolle sulla superficie.
Applicazione:
La pressofusione sotto vuoto è ampiamente utilizzata in settori che richiedono un’elevata integrità strutturale e tenuta alla pressione, tra cui le strutture dei telai automobilistici, i componenti aerospaziali, le attrezzature per la difesa, i componenti navali e i gruppi industriali sottoposti a carichi elevati.
Processo di pressofusione a pressione
La fusione a pressione combina i vantaggi dei processi tradizionali di fusione e forgiatura. Il metallo fuso viene iniettato a bassa velocità in uno stampo aperto e, mentre lo stampo si chiude e il metallo si solidifica, viene applicata una pressione idraulica estremamente elevata. Ciò elimina ogni porosità da gas e da ritiro, garantendo proprietà meccaniche eccezionali e strutture a grana fine.
Applicazione
La colata a pressione è una tecnica di grande successo commerciale per la produzione di componenti in alluminio e magnesio sottoposti a sollecitazioni elevate e con pareti spesse, tra cui bracci di controllo per autoveicoli, pistoni, cerchi in lega, proiettili per mortai militari e staffe per impieghi gravosi.
Il processo di pressofusione semisolida
La fusione di metalli semisolidi (SSM), o tixostampaggio, è una variante della pressofusione “near-net-shape” che lavora il metallo in uno stato semisolido compreso tra le temperature di liquidus e solidus. Il processo si basa sul comportamento tixotropico del fluido: la sospensione semisolida scorre come un liquido quando viene sottoposta a taglio durante l’iniezione, ma si addensa e si stabilizza quando è a riposo.
Questo riempimento laminare e non turbolento impedisce l'intrappolamento dell'aria, riduce lo shock termico sullo stampo e produce pezzi fusi compatti e ad alta resistenza con un ritiro minimo.
Applicazione
La fusione semisolida è indicata per applicazioni critiche di fascia alta in leghe di alluminio, magnesio e rame. Tra i componenti tipici figurano elementi strutturali per il settore aerospaziale, alloggiamenti per dispositivi medici, componenti per la difesa, supporti per motori, collettori d’aria e valvole di contenimento della pressione.
Pressofusione a gravità vs. pressofusione a pressione
Sia la pressofusione per gravità (GDC) che la pressofusione a pressione (PDC) utilizzano stampi metallici riutilizzabili (matrici) per modellare leghe non ferrose quali alluminio, zinco, magnesio e rame. La differenza principale risiede nel modo in cui il metallo fuso entra e riempie la cavità dello stampo.
Nella pressofusione per gravità, il metallo fuso viene versato dall’alto (utilizzando sivieri) e riempie lo stampo esclusivamente per effetto della forza di gravità, dal basso verso l’alto. Nella pressofusione a pressione, uno stantuffo spinge il metallo fuso nella cavità sotto estrema pressione idraulica (da 1.500 a 25.400 psi) e mantiene tale pressione fino al completamento della solidificazione, consentendo tempi di ciclo più rapidi e la realizzazione di pareti più sottili.