Pressofusione dell'alluminio ad alta pressione: una guida approfondita

Concetto di pressofusione ad alta pressione

La pressofusione ad alta pressione (HPDC) è un processo di fusione dei metalli utilizzato per la produzione in serie di parti metalliche complesse, ad alta integrità e con una forma quasi perfetta. Il processo prevede l'iniezione di metallo fuso in uno stampo pre-progettato ad alta pressione, tipicamente tra 1.000 e 25.000 PSI (libbre per pollice quadrato). L'alta pressione viene mantenuta finché il metallo fuso non si solidifica e viene rimosso dallo stampo.

Questo processo viene eseguito utilizzando una macchina di pressofusione a camera calda o a camera fredda. La macchina a camera calda viene utilizzata per materiali a basso punto di fusione come lo zinco, mentre la macchina a camera fredda viene utilizzata per materiali ad alto punto di fusione come alluminio e magnesio. L'HPDC è ampiamente utilizzato in settori come quello automobilistico, aerospaziale e medico grazie alla sua capacità di produrre parti di alta qualità con tolleranze strette e forme complesse.

Importanza del concetto di pressofusione ad alta pressione in vari settori

La pressofusione ad alta pressione (HPDC) è un concetto importante in vari settori grazie ai suoi numerosi vantaggi. Ecco alcuni settori che traggono vantaggio dal concetto HPDC:

Elettronica di consumo: I dispositivi elettronici di consumo come smartphone, laptop e tablet richiedono parti piccole e leggere che possano essere facilmente prodotte utilizzando il processo HPDC. Questo processo consente la produzione di disegni complessi e componenti precisi con elevata precisione.

Attrezzature medichet: Anche l'industria medica trae vantaggio dal concetto HPDC, che consente la produzione di componenti leggeri e precisi da utilizzare in dispositivi e apparecchiature mediche. Il processo fornisce componenti di alta qualità con eccellenti finiture superficiali, rendendolo ideale per i severi requisiti del settore.

Industria della difesa: L'HPDC è vantaggioso nel settore della difesa poiché consente la produzione di componenti complessi e ad alta resistenza con eccellente precisione dimensionale, fondamentali per veicoli militari, aerei e sistemi d'arma. Ciò consente innovazione e sviluppo continui per soddisfare i requisiti tecnologici avanzati delle attrezzature militari. Materiali compatibili con la pressofusione ad alta pressione

La seguente breve panoramica dei materiali compatibili aiuterà a determinare se l'HPDC è il processo di produzione appropriato o se è necessario utilizzare un metodo alternativo.

Alluminio: Questo è un materiale ampiamente utilizzato nella pressofusione ad alta pressione grazie alle sue proprietà intrinseche come leggerezza, stabilità dimensionale, conduttività elettrica, resistenza alla corrosione e resistenza termica.

Il materiale ha un buon flusso quando fuso ad alta pressione, ma richiede un sistema a camera fredda per produrre getti di alta qualità. Le leghe di alluminio comuni utilizzate nel processo includono 380, 390, 412, 443 e 518. Questo materiale è comunemente usato in settori come quello automobilistico e aerospaziale.

Magnesio: Questo è un altro materiale leggero comunemente utilizzato nel processo HPDC. Ha un'elevata lavorabilità ed è adatto alla pressofusione a camera calda grazie al suo punto di fusione più basso. Le comuni leghe di magnesio utilizzate nel processo includono AZ91D, AM60, AS41B e AE42.

Zinco: Questo è il materiale più adatto al produttore tra i tre materiali HPDC comuni. È adatto sia per sistemi a camera calda che fredda. Le leghe comuni per pressofusione di zinco ad alta pressione includono Zamak, 2, 3 e 5. I materiali pressofusi di zinco sono resistenti, durevoli e lavorabili a macchina.

Cos'è la pressofusione di alluminio ad alta pressione

La pressofusione dell'alluminio ad alta pressione (HPDC) è un processo di fusione del metallo che prevede l'iniezione di alluminio fuso ad alta pressione in uno stampo pre-progettato per creare parti metalliche di alta qualità. L'alluminio viene pressurizzato a livelli compresi tra 1.000 e 25.000 PSI per riempire la cavità dello stampo e replicare la forma della parte desiderata. Viene effettuata utilizzando una macchina di pressofusione a camera calda o fredda, a seconda del punto di fusione della lega di alluminio.

Quando dovrei scegliere il processo HPDC?

Esistono due tipi di apparecchiature utilizzate per la pressofusione ad alta pressione: apparecchiature per pressofusione a camera fredda e a camera calda. Per la fusione dell'alluminio ad alta pressione è necessario utilizzare le macchine a camera fredda.

La pressofusione ad alta pressione (HPDC) è una tecnica di produzione rapida ed economica adatta alla fusione di metalli non ferrosi. È ideale per esigenze di produzione elevate e può produrre parti a pareti sottili con una migliore qualità di finitura superficiale. Esiste però il rischio che si formino porosità all'interno del getto, che possono comprometterne l'integrità strutturale e renderlo inadatto al trattamento termico.

Componenti di una macchina per pressofusione ad alta pressione

Se un produttore intende acquistare una macchina HPDC, ecco alcuni componenti della macchina e le rispettive funzioni.

Stampo pressofuso 

È il componente principale della macchina, solitamente in acciaio. Ha un design che rappresenta il prodotto previsto ed è responsabile della modellatura del metallo fuso nella forma desiderata. Lo stampo pressofuso è costituito da due metà, una mobile e una fissa, che si bloccano con la forza quando l'operatore inietta il metallo fuso.

Perni di espulsione 

Si tratta di componenti che aiutano nell'espulsione del pressofuso dopo la solidificazione. Si trovano principalmente sulla metà mobile dello stampo e aiutano a rimuovere le parti fuse dallo stampo.

Pistone

Produce la pressione che inietta il metallo fuso dalla camera di soffiaggio nello stampo. A seconda del tipo di macchina, può essere automatizzato.

Componenti di riscaldamento

Questi sono costituiti dall'elemento riscaldante, dalla termocoppia e dalla camera di soffiaggio (ubicazione del metallo fuso). Funzionano per riscaldare il metallo immagazzinando e mantenendo la temperatura del metallo fuso. Nel sistema a camera fredda i componenti riscaldanti sono assenti.

Tubo montante: Serve come passaggio per il metallo fuso nello stampo pressofuso.

Fasi del processo di pressofusione ad alta pressione

Le seguenti informazioni forniscono una comprensione completa di come funzionano i processi di pressofusione ad alta pressione:

Il primo passo è la preparazione dello stampo: Si tratta di pulire lo stampo e lubrificarne le pareti interne per facilitarne l'espulsione e la regolazione della temperatura.

Il secondo passo è l'iniezione: Può essere effettuato utilizzando il sistema di iniezione a camera calda o a camera fredda, a seconda del tipo di materiale utilizzato. Il sistema a camera calda è adatto per metalli a basso punto di fusione come zinco e magnesio, mentre la camera fredda viene utilizzata per metalli ad alto punto di fusione come alluminio e ottone.

Il terzo passo è la rimozione della parte: Si tratta dell'utilizzo di un estrattore per liberare la cavità dello stampo ed espellere i calchi solidificati.

Il passaggio finale è il taglio: comporta la rimozione dei materiali extra presenti sulla fusione e sullo stampo utilizzando vari metodi, come una matrice o una sega.

Vantaggi e limiti delle pressofusioni ad alta pressione

Vantaggi

Tassi di produzione più elevati

La fase di iniezione nell'HPDC è un passaggio fondamentale e viene completata rapidamente, con conseguenti tassi di produzione elevati. Ciò rende il processo vantaggioso per la prototipazione rapida, in particolare per la produzione di volumi elevati, e più veloce rispetto ad altri metodi di fusione come LPDC.

Pressofusioni ad alta pressione di qualità

Le parti pressofuse prodotte utilizzando HPDC hanno un'elevata precisione dimensionale, un'eccellente uniformità e una buona finitura superficiale. Mantengono inoltre le proprietà meccaniche del materiale originario e solitamente richiedono una lavorazione minima.

Prodotti a parete sottile

L'HPDC può raggiungere uno spessore di parete sottile inferiore a 0,40 mm e il processo consente l'aggiunta di inserti o parti co-colate. Questa caratteristica riduce il numero di componenti necessari durante l'assemblaggio.

Risultati di progettazione complessi

L'HPDC è adatto per la creazione di prodotti con forme di stampo complesse grazie alla flessibilità nella progettazione dello stampo. Questa flessibilità facilita l'assemblaggio delle parti prodotte.

Stampi durevoli

Gli stampi pressofusi utilizzati nell'HPDC sono altamente durevoli e ne consentono l'utilizzo in molteplici cicli di produzione. Questa durabilità riduce il costo unitario della pressofusione.

Limitazioni

Presenza di aria 

Questo è un problema comune nell'HPDC, che provoca sacche d'aria nel prodotto finale. Ciò rende l'HPDC inadatto per prodotti che richiedono tenuta all'aria, poiché l'intrappolamento dell'aria può causare porosità e bolle superficiali durante il trattamento termico. In questi casi, la pressofusione a bassa pressione può essere un’alternativa migliore.

I costi iniziali di avvio 

I costi di avvio di una macchina HPDC personale possono essere significativi, motivo per cui molti individui e aziende scelgono di esternalizzare le proprie esigenze di pressofusione a un fornitore di servizi.

Minimizzazione dei difetti dello stampo nell'HPDC

Di seguito sono riportati alcuni dei tipi di difetti più diffusi e come minimizzarli:

Porosità

Questo è un problema comune riscontrato durante il processo HPDC. Sebbene sia difficile eliminare completamente la porosità, è possibile ridurla al minimo incorporando la tecnologia del vuoto nell'apparecchiatura.

Veloce

La bava è un altro evento comune nella fusione dell'alluminio ad alta pressione, ovvero il materiale in eccesso che fuoriesce lungo le linee di giunzione. Ciò si verifica solitamente quando la pressione di iniezione supera la forza di bloccaggio. Un modo per prevenire difetti di evaporazione è utilizzare apparecchiature di pressofusione con un tonnellaggio sufficiente.

Strappo caldo

Ciò può derivare da un raffreddamento non uniforme e può causare lacerazioni nei punti caldi delle parti. Il raffreddamento non uniforme spesso si verifica a causa della variazione dello spessore della parete in una fusione, ma può essere risolto migliorando la progettazione.

Sezioni non riempite

A causa di vari fattori possono formarsi sezioni non riempite nella cavità dello stampo. Questo problema può essere prevenuto monitorando il volume di iniezione, la velocità e la temperatura di colata.

Applicazione del processo di pressofusione ad alta pressione

Industria medica: Nel settore medico, l'HPDC è comunemente utilizzato per produrre apparecchiature di imaging ad alta produzione, pompe per infusione e altre parti mediche. L'elevata produttività del processo, la compatibilità con vari materiali e la capacità di produrre progetti complessi lo rendono una scelta popolare in questo settore.

Industria automobilistica: L'industria automobilistica si affida all'HPDC per produrre componenti veicolari cruciali come blocchi motore, supporti motore, scatole del cambio e altre parti strutturali. La compatibilità del metodo con materiali come alluminio e magnesio, la sua capacità di raggiungere un'elevata precisione e la sua capacità di produrre progetti complessi ne fanno la scelta preferita in questo settore.

Industria aerospaziale: Anche il settore aerospaziale utilizza l'HPDC per produrre parti di motori utilizzando materiali come zinco, magnesio e alluminio. Questi metalli possiedono proprietà uniche che li rendono adatti alla pressofusione ad alta pressione e la capacità del metodo di produrre progetti complessi lo rende un'opzione ideale per l'industria aerospaziale.

Confronto tra HPDC e LPDC

    A. Pressofusione di alluminio ad alta pressione

La pressofusione dell'alluminio ad alta pressione (HPDC) è un processo di produzione ampiamente utilizzato in tutto il mondo, con circa 70% di produttori di pressofusione che utilizzano questo processo. Le fasi coinvolte nel processo di pressofusione dell’alluminio sono le seguenti:

Innanzitutto, le leghe di alluminio vengono fuse in un forno separato. Successivamente, l'alluminio fuso viene trasferito nel manicotto dell'attrezzatura di pressofusione, manualmente o tramite un braccio robotico. Successivamente, il metallo fuso viene spinto nello stampo da un pistone ad alta pressione. La fusione viene lasciata raffreddare e solidificare all'interno degli stampi per un periodo specifico prima che le metà dello stampo vengano separate e il getto finito venga recuperato.

    B. Pressofusione a bassa pressione

Le macchine per la colata dell'alluminio a bassa pressione hanno una struttura diversa rispetto alle apparecchiature per la colata dell'alluminio ad alta pressione e il processo di pressofusione a bassa pressione è descritto di seguito:

Innanzitutto, la lega di alluminio viene fusa in un forno sigillato. Le metà dello stampo sono posizionate sulla parte superiore del forno e collegate tramite un tubo montante. Quindi, dall'interno del forno viene applicata una bassa pressione dell'aria, facendo sì che l'alluminio fuso salga attraverso il tubo e riempia la cavità dello stampo. La pressione dell'aria viene mantenuta fino alla solidificazione del getto. Infine si aprono le trafile e si recupera la fusione.

    C. Quando scegliere il processo HPDC o LPDC

La scelta tra pressofusione ad alta pressione (HPDC) e pressofusione a bassa pressione (LPDC) dipende da vari fattori quali la complessità della progettazione del pezzo, il volume di produzione desiderato, le proprietà del materiale richieste e considerazioni sui costi.

L'HPDC è preferito per parti complesse con pareti sottili e dettagli complessi, poiché consente flessibilità nella progettazione di stampi complessi. È ideale anche per cicli di produzione di volumi elevati poiché è un processo veloce con ritmi di produzione elevati. HPDC produce parti con elevata precisione dimensionale, buona finitura superficiale ed eccellente uniformità. Tuttavia, l'HPDC potrebbe non essere adatto per parti che non possono presentare sacche d'aria o difetti.

LPDC, invece, è adatto alla produzione di pezzi con pareti più spesse e meno complesse. È ideale per le parti con elevate proprietà meccaniche e quelle che richiedono un trattamento termico, come i componenti del motore. LPDC può anche produrre parti con meno difetti e meno porosità. Tuttavia, l'LPDC potrebbe non essere veloce come l'HPDC e potrebbe non essere adatto a cicli di produzione di volumi elevati.

Domande frequenti (FAQ)

Perché utilizzare la lavorazione CNC per stampi per pressofusione?

La lavorazione CNC è un processo di produzione ampiamente preferito per gli stampi per pressofusione grazie alla sua precisione, accuratezza e capacità di raggiungere tolleranze elevate. Poiché gli stampi per pressofusione richiedono elevati livelli di dettaglio, la lavorazione CNC è il processo preferito per la loro produzione.

Pressofusione ad alta pressione: è adatta alla plastica?

È importante notare che la pressofusione ad alta pressione non viene utilizzata per la plastica. Lo stampaggio a iniezione è il processo preferito per i polimeri plastici, mentre per i metalli viene utilizzata la pressofusione.

Come si distingue tra colata ad alta pressione e colata a gravità?

La differenza principale tra la fusione ad alta pressione e la fusione per gravità risiede nel metodo utilizzato per riempire lo stampo con il metallo fuso. La colata ad alta pressione prevede l'iniezione del metallo ad alta pressione, mentre la colata per gravità si basa sulla forza di gravità per riempire lo stampo con metallo fuso.