Che cos'è la pressofusione

La pressofusione è una produzione processo per la produzione di parti metalliche di dimensioni precise, dalla superficie ben definita, liscia o strutturata. Si ottiene forzando il metallo fuso ad alta pressione in stampi metallici riutilizzabili. Il processo è spesso descritto come la distanza più breve tra la materia prima e il prodotto finito. Il termine "pressofusione" viene utilizzato anche per descrivere il pezzo finito.
Il termine "pressofusione a gravità" si riferisce a fusioni realizzate in stampi in metallo sotto una testata a gravità. È noto come colata in stampo permanente negli Stati Uniti e in Canada. Ciò che chiamiamo "pressofusione" qui è conosciuto come "pressofusione ad alta pressione" in Europa.

Come si producono le pressofusioni

Pressofusione ad alta pressione

In primo luogo, uno stampo in acciaio in grado di produrre decine di migliaia di getti in rapida successione deve essere realizzato in almeno due sezioni per consentire la rimozione dei getti. Queste sezioni sono montate saldamente in una macchina e sono disposte in modo che una sia stazionaria (metà stampo fisso) e l'altra sia mobile (metà stampo iniettore). Per iniziare il ciclo di colata, le due metà dello stampo vengono fissate saldamente insieme dalla macchina di colata. Il metallo fuso viene iniettato nella cavità dello stampo, dove si solidifica rapidamente. Le metà dello stampo vengono separate e la colata viene espulsa. Gli stampi di pressofusione possono essere semplici o complessi, con slitte mobili, anime o altre sezioni a seconda della complessità della colata.
Il ciclo completo del processo di pressofusione è di gran lunga il più rapido che si conosca per la produzione di parti precise in metallo non ferroso. Questo è in netto contrasto con colata in sabbia che richiede un nuovo stampo di sabbia per ogni colata. Sebbene il processo di stampo permanente utilizzi stampi in ferro o acciaio invece che in sabbia, è notevolmente più lento e non è così preciso come il processo di stampo permanente. pressofusione.

Tipi di macchine per la pressofusione

Indipendentemente dal tipo di macchina utilizzata, è essenziale che le metà dello stampo, le anime e/o altre sezioni mobili siano saldamente bloccate in posizione durante il ciclo di colata. In genere, la forza di bloccaggio della macchina è regolata da (a) l'area della superficie proiettata del getto (misurata alla linea di divisione dello stampo) e (b) la pressione utilizzata per iniettare il metallo nello stampo. La maggior parte delle macchine utilizza meccanismi a ginocchiera azionati da cilindri idraulici (a volte anche dalla pressione dell'aria) per ottenere il bloccaggio. Altre utilizzano la pressione idraulica ad azione diretta. I sistemi di interblocco di sicurezza sono utilizzati per impedire l'apertura dello stampo durante i cicli di colata.
Le macchine per la pressofusione, grandi o piccole che siano, si distinguono fondamentalmente solo per il metodo utilizzato per iniettare il metallo fuso nello stampo. Sono classificate e descritte come macchine per la pressofusione a camera calda o a camera fredda.

Macchine per la pressofusione a camera calda

Le macchine a camera calda (Fig. 1) sono utilizzate principalmente per lo zinco e le leghe a basso punto di fusione che non attaccano ed erodono facilmente i vasi, i cilindri e gli stantuffi metallici. La tecnologia avanzata e lo sviluppo di nuovi materiali a temperatura più elevata hanno esteso l'uso di questa apparecchiatura per pressofusione di leghe di magnesio.
Figura 1: Macchina a camera calda. Il diagramma illustra il meccanismo dello stantuffo che viene immerso nel metallo fuso. Le macchine moderne sono azionate idraulicamente e dotate di controlli ciclici automatici e dispositivi di sicurezza.
Nella macchina a camera calda, il meccanismo di iniezione è immerso nel metallo fuso in un forno collegato alla macchina. Quando lo stantuffo viene sollevato, si apre una porta che consente al metallo fuso di riempire il cilindro. Quando lo stantuffo si muove verso il basso sigillando la porta, spinge il metallo fuso attraverso il collo d'oca e l'ugello nello stampo. Dopo che il metallo si è solidificato, lo stantuffo viene ritirato, lo stampo si apre e la colata risultante viene espulsa.
Le macchine a camera calda hanno un funzionamento rapido. I tempi di ciclo variano da meno di un secondo per piccoli componenti che pesano meno di un grammo a trenta secondi per una colata di diversi chili. Gli stampi vengono riempiti rapidamente (normalmente tra i cinque e i quaranta millisecondi) e il metallo viene iniettato ad alte pressioni (da 1.500 a oltre 4.500 psi). Tuttavia, la tecnologia moderna consente di controllare da vicino questi valori, producendo così fusioni con dettagli raffinati, tolleranze strette ed elevata resistenza.

Macchine per la pressofusione a camera fredda

Le macchine a camera fredda (Fig. 2) si differenziano da quelle a camera calda principalmente per un aspetto: lo stantuffo e il cilindro di iniezione non sono immersi nel metallo fuso. Il metallo fuso viene versato in una "camera fredda" attraverso una porta o una fessura di versamento da una siviera manuale o automatica. Uno stantuffo azionato idraulicamente, avanzando, sigilla la porta forzando il metallo nello stampo bloccato ad alte pressioni. Le pressioni di iniezione variano da 3.000 a oltre 10.000 psi per le leghe di alluminio e magnesio e da 6.000 a oltre 15.000 psi per le leghe di rame.

Figura 2: Macchina a camera fredda. Il diagramma illustra la matrice, la camera fredda e il pistone orizzontale (in posizione di carica).
La pressofusione consente di ottenere forme complesse con tolleranze più ristrette rispetto a molti altri processi di produzione di massa. In una macchina a camera fredda, nella camera viene versata una quantità di metallo fuso superiore a quella necessaria per riempire la cavità dello stampo. Ciò consente di mantenere una pressione sufficiente a riempire la cavità con la lega di colata. Il metallo in eccesso viene espulso insieme alla colata e fa parte del getto completo.
Il funzionamento di una macchina a "camera fredda" è un po' più lento rispetto a quello di una macchina a "camera calda", a causa dell'operazione di smistamento. La macchina a camera fredda viene utilizzata per i prodotti ad alto punto di fusione. leghe per pressofusione perché i gruppi pistone e cilindro sono meno soggetti ad attacchi, non essendo immersi nel metallo fuso.

La pressofusione e la sua costruzione

Gli stampi di pressofusione (Fig. 3) sono realizzati in acciai legati per utensili in almeno due sezioni chiamate metà stampo fisso e metà stampo espulsore. La metà stampo fissa è montata sul lato verso il sistema di iniezione del metallo fuso. La metà dello stampo di espulsione, a cui aderisce il getto e da cui viene espulso quando lo stampo viene aperto, è montata sul piano mobile della macchina.

La metà fissa della matrice è progettata per contenere il foro del canale di colata attraverso il quale il metallo fuso entra nella matrice. La metà espulsore contiene solitamente le guide (passaggi) e le porte (ingressi) che portano il metallo fuso alla cavità (o alle cavità) della matrice. La metà espulsore è anche collegata a una scatola di espulsione che ospita il meccanismo di espulsione della colata dallo stampo. L'espulsione avviene quando i perni collegati alla piastra di espulsione si spostano in avanti per forzare la colata dalla cavità. Questo avviene solitamente durante la corsa di apertura della macchina. I perni di espulsione devono essere posizionati con cura in modo che la forza esercitata sul getto durante l'espulsione non provochi deformazioni. I perni di ritorno attaccati alla piastra di espulsione la riportano in posizione di colata quando lo stampo si chiude.
Negli stampi si utilizzano spesso anime fisse e mobili. Se sono fisse, l'asse dell'anima deve essere parallelo alla direzione della stampo per pressofusione apertura. Se sono mobili, sono spesso collegati a slitte per anime. Se il lato di un progetto di pressofusione richiede una depressione, lo stampo può essere realizzato con una o più slitte per ottenere il risultato desiderato senza influire sull'espulsione del getto dalla cavità dello stampo. Tutte le slitte e le anime mobili devono essere montate con cura e devono poter essere bloccate saldamente in posizione durante il ciclo di colata. In caso contrario, il metallo fuso potrebbe essere spinto nelle loro guide di scorrimento, causando un'interruzione delle operazioni. Sebbene le slitte e le anime aumentino la complessità e il costo della costruzione dello stampo, esse consentono di produrre getti in un'ampia varietà di configurazioni e di solito in modo più economico rispetto a qualsiasi altro processo di lavorazione dei metalli.

Tipo di stampi per pressofusione

Le matrici sono classificate come: a cavità singola, a cavità multiple, combinate e unitarie (Figure da 4-A a 4-D).

Una matrice a cavità singola non richiede spiegazioni. Le matrici a cavità multiple hanno diverse cavità tutte identiche. Se uno stampo ha cavità di forme diverse, si chiama stampo combinato o famiglia. Una combinazione di stampi viene utilizzata per produrre diversi pezzi per un assemblaggio. Per i pezzi semplici, si possono utilizzare stampi unitari per ottenere economie di attrezzaggio e di produzione. Diversi pezzi per un assemblaggio, o per clienti diversi, possono essere fusi contemporaneamente con stampi unitari. Una o più matrici unitarie sono assemblate in un supporto comune e collegate da guide a un'apertura comune o a un foro di colata. Ciò consente il riempimento simultaneo di tutte le cavità.

Vantaggi della pressofusione

I componenti di pressofusione, le finiture decorative e/o i prodotti finiti offrono molte caratteristiche, vantaggi e benefici a chi sceglie questo processo produttivo.

1. I getti pressofusi sono prodotti ad alti ritmi di produzione. La lavorazione è minima o nulla.
2. I getti pressofusi possono essere prodotti con pareti più sottili rispetto a quelle ottenibili con altri metodi di fusione... e molto più resistenti rispetto agli stampi a iniezione di plastica con le stesse dimensioni.
3. La pressofusione fornisce pezzi durevoli, dimensionalmente stabili e con un aspetto di qualità.
4. Stampi per la pressofusione è in grado di produrre migliaia di getti identici entro le tolleranze specificate prima che sia necessaria un'ulteriore attrezzatura.
5. Pressofusioni di zinco possono essere facilmente placcati o rifiniti con una preparazione minima della superficie.
6. Le pressofusioni possono essere prodotte con superfici che simulano un'ampia varietà di texture.
7. Le superfici pressofuse, così come sono colate, sono più lisce rispetto alla maggior parte delle altre forme di fusione.
8. I fori nelle pressofusioni possono essere carotati e realizzati in base alle dimensioni del trapano.
9. Le filettature esterne dei pezzi possono essere prontamente pressofuse.
10. Le pressofusioni offrono elementi di fissaggio integrali, come boccole e perni, che possono comportare economie di assemblaggio.
11. Gli inserti di altri metalli e di alcuni non metalli possono essere pressofusi in loco.
12. La resistenza alla corrosione delle leghe di pressofusione varia da buona a elevata.
13. Le pressofusioni sono monolitiche. Combinano molte funzioni in un unico pezzo di forma complessa. Poiché le fusioni non sono costituite da parti separate, saldate o fissate insieme, la forza è quella del materiale, non quella delle filettature o delle saldature, ecc.
14. Processo di pressofusione può produrre pressofusione di alluminio, pressofusione di magnesio, pressofusione di zinco, pressofusione di ottone , colate di piombo e così via, e tutti questi elementi possono essere facilmente prodotti in modo massivo.

La pressofusione è un processo efficiente ed economico che, se utilizzato al massimo delle sue potenzialità, sostituisce gli assemblaggi di una varietà di pezzi prodotti con vari processi produttivi con un notevole risparmio di costi e manodopera.

Confronto con altri prodotti

Stampaggio a iniezione di materie plastiche Parti

Rispetto a stampaggio a iniezione di plastica PartiI getti pressofusi sono più forti, più rigidi, più stabili, più resistenti al calore e sono di gran lunga superiori alle materie plastiche in termini di proprietà/costo. Contribuiscono a prevenire le emissioni di radiofrequenze ed elettromagnetiche. Per la cromatura, le pressofusioni sono di gran lunga superiori alla plastica. Le pressofusioni hanno un elevato grado di permanenza sotto carico rispetto alle materie plastiche, sono completamente resistenti ai raggi ultravioletti, agli agenti atmosferici e alla fessurazione da stress in presenza di vari reagenti. I cicli di produzione delle pressofusioni sono molto più rapidi rispetto a quelli degli stampi a iniezione per materie plastiche. Le materie plastiche, tuttavia, possono essere più economiche in termini di volume unitario, hanno proprietà intrinseche di colore che tendono a eliminare la finitura, sono sensibili alla temperatura e sono buoni isolanti elettrici.

Getti in sabbia

Rispetto alle fusioni in sabbia, pressofusioni richiedono una lavorazione molto minore; possono essere realizzati con pareti più sottili; possono avere tutti o quasi tutti i fori carotati a misura; possono essere mantenuti entro limiti dimensionali molto più stretti; sono prodotti più rapidamente in stampi che producono migliaia di getti senza sostituirli; non richiedono nuove anime per ogni getto; sono facilmente dotati di inserti fusi in loco; hanno superfici più lisce e comportano un costo di manodopera molto inferiore per ogni getto. I getti in sabbia, invece, possono essere realizzati con metalli ferrosi e con molte leghe non ferrose non adatte alla pressofusione. Le forme non producibili con la pressofusione sono disponibili nei getti in sabbia; le dimensioni massime possono essere maggiori; il costo degli utensili è spesso inferiore e le piccole quantità possono essere prodotte più economicamente. colata di alluminio in sabbia

Getti in stampo permanente

Rispetto a getti in stampo permanenteI getti in stampo possono essere realizzati con limiti dimensionali più stretti e con sezioni più sottili; i fori possono essere carotati; sono prodotti a ritmi più elevati con meno lavoro manuale; hanno superfici più lisce e di solito costano meno per ogni getto in stampo. La colata in stampo permanente comporta costi di attrezzaggio leggermente inferiori; può essere realizzata con anime di sabbia che danno forme non disponibili nella colata in stampo.

Forgiati

Rispetto ai forgiati, pressofusioni possono avere forme più complesse e forme non forgiabili; possono avere sezioni più sottili; possono essere mantenuti in dimensioni più ravvicinate e avere un'incisione non realizzabile nei forgiati. I fucinati, tuttavia, sono più densi e resistenti delle pressofusioni; hanno le proprietà delle leghe battute; possono essere prodotti in metalli ferrosi e non e in dimensioni non adatte alle pressofusioni.

Timbratura

Rispetto allo stampaggio, una pressofusione può spesso sostituire più parti. I getti pressofusi richiedono spesso meno operazioni di assemblaggio; possono essere mantenuti entro limiti dimensionali più ristretti; possono avere quasi tutte le variazioni desiderate nello spessore della sezione; comportano meno scarti di lavorazione; sono producibili in forme più complesse e possono essere realizzati in forme non producibili in forme stampate. Gli stampi, invece, hanno le proprietà dei metalli battuti; possono essere realizzati in acciaio e in leghe non adatte alla pressofusione; nelle loro forme più semplici, sono prodotti più rapidamente e possono pesare meno delle pressofusioni.

Prodotti per macchine a vite

Rispetto ai prodotti delle macchine a vite, pressofusioni sono spesso prodotti più rapidamente; comportano una minore quantità di scarti; possono essere realizzati in forme difficili o impossibili da produrre da barra o da tubolare e possono richiedere un minor numero di operazioni. D'altro canto, i prodotti delle macchine a vite possono essere realizzati con acciai e leghe che non possono essere pressofusi, hanno le proprietà dei metalli battuti e richiedono una minore spesa per gli utensili.