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I consueti difetti di produzione nella pressofusione ad alta pressione

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High-Pressure Die-Casting

I consueti difetti di produzione nella pressofusione ad alta pressione

Pressofusione ad alta pressione (HPDC) è un processo di produzione che realizza pezzi complessi con una buona precisione e finitura superficiale. Tuttavia, il processo è suscettibile di vari difetti, che possono compromettere la qualità, la durata e la funzionalità del prodotto finale. Ciò significa che i difetti devono essere identificati, analizzati e mitigati per raggiungere l'efficienza. Oltre a questo, si ridurranno al minimo gli scarti del prodotto e se ne sosterrà l'integrità.

Questo articolo tratta quindi i più comuni pressofusione ad alta pressione (HPDC). Ne discuteremo anche le cause e le soluzioni per ridurre o eliminare i difetti.Usual Manufacturing Defects in High-Pressure Die-Casting

Che cos'è la pressofusione ad alta pressione?

La lega di alluminio, magnesio o zinco fusa viene iniettata in uno stampo di acciaio (matrice) ad alta pressione. lo stampo per questa pressofusione si chiama stampo per pressofusione o stampo per pressofusione ad alta pressioned. Questo processo consente la produzione di massa di componenti complessi, con un'eccellente precisione dimensionale e finitura superficiale. Tuttavia, a causa delle condizioni di alta pressione e alta velocità, possono verificarsi difetti dovuti a impostazioni improprie della macchina, proprietà del materiale o difetti di progettazione dello stampo.

Parametri di processo chiave che influenzano la formazione di difetti

Ecco alcuni dei parametri chiave che causano difetti durante il processo di pressofusione ad alta pressione;

Processo di lavorazione della pressofusione ad alta pressione

Nei processi di pressofusione ad alta pressione, il metallo fuso viene iniettato ad alta pressione in stampi di acciaio per la produzione di parti metalliche. Questo metodo consente di creare oggetti complessi, con precisione e capacità meccaniche elevate, oltre a superfici di grande bellezza, in un processo rapido.

20 tipi di difetti comuni nella pressofusione ad alta pressione.

La causa principale dei difetti di pressofusione ad alta pressione può essere rappresentata da parametri di processo inadeguati, scarsa qualità del materiale o progettazione non ottimale dello stampo. Di seguito sono riportati 15 difetti comuni, la causa principale dei problemi e le possibili soluzioni.

1. Porosità

Piccoli vuoti, cavità o bolle all'interno della colata, che riducono la resistenza meccanica e la durata, sono noti come porosità. Questi vuoti possono ridurre la forza del componente e la sua capacità di resistere ai carichi meccanici. Quindi, per motivi estetici, se la porosità è vicina alla superficie, può causare problemi, mentre la porosità interna potrebbe portare a un cedimento sotto sforzo.

Cause:

Prevenzione e soluzioni

2. Chiusura a freddo (fusione incompleta)

Se due flussi di metallo non sono riusciti a fondersi correttamente, una chiusura a freddo appare come una linea debole o una cucitura sulla superficie della colata. L'integrità strutturale è indebolita ed è possibile la formazione di cricche sotto sforzo meccanico. I cold shut derivano da casi in cui il metallo fuso che scorre insieme non riesce a unirsi in una giuntura.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

3. Difetti di restringimento

I difetti da ritiro si formano quando il metallo si contrae durante la solidificazione, lasciandoli all'interno del metallo. Poiché questi difetti riducono la densità e la resistenza del getto, il getto diventa soggetto a fratture e cedimenti meccanici. Il ritiro segue normalmente il processo di solidificazione nelle regioni più spesse del getto.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

4. Vesciche

Sollevamento della superficie di colata dovuto all'espansione di aria o gas disciolti durante la solidificazione. Inoltre, le vesciche sono contrarie alla finitura superficiale e possono staccarsi o sfaldarsi se il pezzo viene successivamente lavorato o rivestito. Se date per scontate, le bolle possono causare il cedimento del componente sotto pressione o sollecitazione.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

5. Errori di esecuzione e riempimenti corti

Le fusioni incomplete si verificano a causa della solidificazione del metallo fuso prima del completo riempimento. Ciò si traduce in componenti inutilizzabili con strutture deboli. Questo difetto è così cruciale perché la sua presenza riduce la precisione dimensionale e la funzionalità del pezzo.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

6. Flash

Si riferisce al metallo in eccesso che si infiltra nella cavità dello stampo, la sottile linea metallica in corrispondenza della linea di divisione del pezzo. Se non viene rimosso, può causare problemi durante l'assemblaggio finale o la lavorazione del pezzo. In caso estremo, potrebbe indicare l'usura dello stampo, con conseguente aumento degli scarti e dei tempi di fermo della produzione.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

7. Incollaggio e saldatura di stampi

La saldatura del metallo fuso sulla superficie dello stampo rende difficile l'espulsione e influisce sulla finitura superficiale. Può causare danni alla colata e allo stampo, aumentando così i tempi e i costi di manutenzione. La pressofusione di alluminio e magnesio, in particolare, tende ad aderire e a saldare (a causa della reattività di questi metalli con gli stampi in acciaio).

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

8. Crepe (crepe calde e fredde)

La frattura si verifica sulla superficie di colata o internamente sotto forma di crepe, distruggendo l'integrità del componente completato. Forti sollecitazioni termiche possono causare cricche a caldo durante la solidificazione e cricche a freddo dopo il raffreddamento, a causa di sollecitazioni residue o di una manipolazione errata. I difetti indesiderati possono deteriorare in modo significativo la durata del getto e causare guasti meccanici o termici. Nei componenti portanti, le cricche sono un problema particolarmente grave perché l'integrità strutturale è importante.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

9. Rughe di superficie e lacune

Queste pieghe irregolari e sovrapposte del metallo appaiono (rughe o laps) sulla superficie del getto e hanno origine in un flusso irregolare del metallo o in una solidificazione parziale prima del riempimento completo. Inoltre, questi difetti compromettono l'aspetto estetico del getto e sono potenziali punti di rottura dal punto di vista meccanico. Ulteriori processi di lavorazione, verniciatura o rivestimento possono essere impediti a causa delle rughe superficiali che interferirebbero con il processo. Questo può diventare un costoso processo di rilavorazione o di scarto.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

10. Inclusioni di ossido

Quando le impurità, come l'ossido di alluminio, l'ossido di magnesio o altri contaminanti, vengono intrappolate nel metallo fuso come inclusioni non metalliche. Queste indeboliscono la colata e creano aree fragili. Inoltre, indeboliscono la colata e causano il rischio di fratture. I casi più gravi possono causare difetti nella finitura superficiale che rendono il prodotto inadatto ad applicazioni come i componenti aerospaziali e automobilistici che devono garantire la massima precisione e resistenza.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

11. Gettito incompleto (ripresa breve)

Se la cavità dello stampo non viene riempita, il risultato è un colpo basso, con caratteristiche mancanti, bordi irregolari o componenti sottoformati. Tuttavia, questo difetto rende il getto inutilizzabile a causa dell'inadeguatezza delle specifiche e delle proprietà meccaniche richieste. Spesso le riprese brevi si verificano in aree a sezione sottile, dove il flusso di metallo è limitato, causando strutture deboli o incomplete. I pezzi di precisione sono una buona fonte di questo problema a causa dell'accuratezza dimensionale richiesta per il corretto funzionamento e assemblaggio.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

12. Difetti di erosione

I difetti di erosione sono difetti indotti dal metallo fuso ad alta velocità che colpisce continuamente determinate aree dello stampo, dove è probabile che si verifichino usura, superfici allentate e cricche. Ciò comporta a sua volta incongruenze dimensionali, con conseguente rammollimento della colata e riduzione della durata dello stampo. Tali erosioni possono causare la formazione di fori o cavità nella colata, rendendola ulteriormente inutilizzabile. In particolare, questo difetto è grave per le operazioni con lunghi cicli di produzione, quando l'usura dello stampo diventa più significativa.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

13. Controllo del calore

Il controllo termico è una situazione in cui la superficie dello stampo presenta piccole cricche a causa dei ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento. Con il passare del tempo, queste microfessure si allargano e possono compromettere la qualità dei getti, con superfici ruvide e possibilità di guasti anche inferiori. Il controllo termico accorcia lo stampo, ne riduce la durata e aumenta i tempi di fermo della produzione a causa della costante manutenzione. La causa è più comune nei processi di pressofusione che comportano notevoli fluttuazioni di temperatura e una cattiva gestione termica.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

14. Deformazione (distorsione)

Quando i getti si piegano o si deformano a causa di irregolarità di raffreddamento, sollecitazioni interne o cattiva progettazione degli stampi, si deformano e si formano parti impossibili da assemblare perché non possono rispettare la precisione dimensionale. La deformazione è particolarmente dannosa per i componenti a parete sottile o di grandi dimensioni, dove si verifica una contrazione differenziale dovuta alle diverse velocità di raffreddamento. Nei settori ad alta precisione come quello automobilistico o aerospaziale, molti pezzi deformati finiscono per diventare scarti, con conseguente spreco di materiali e costi di produzione elevati.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

15. Difetti di turbolenza

Tuttavia, quando il metallo fuso riempie la cavità dello stampo, induciamo turbolenze e modelli di flusso irregolari. L'aria intrappolata nel materiale ostacola la distribuzione del metallo. Questi difetti si formeranno come difetti superficiali, porosità o vuoti interni alla colata e porteranno all'indebolimento dell'integrità strutturale della colata. L'ossidazione indebolisce ulteriormente e degrada in alcuni punti che potrebbero staccarsi.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

16. Caduta

Le cadute possono essere dovute a una serie di difetti, tra cui parti incomplete e altri difetti di caduta, definiti come qualsiasi parte persa a causa della perdita di contatto con lo stampo o con il metallo solidificato. In particolare, nelle applicazioni critiche, il difetto di cricca si traduce in un indebolimento dell'integrità della colata e in prestazioni scadenti.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

17. Scorie

Quando il metallo fuso si ossida, si formano difetti noti come scorie, con conseguente contaminazione della colata. La diminuzione della resistenza e il deterioramento dell'aspetto rendono questi difetti potenziali cause di guasti meccanici nell'ultimo periodo di vita.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

18. Lacrime calde

Le tensioni residue presenti nei getti sviluppano lacerazioni a caldo da cricche che si formano a causa di gradienti di raffreddamento sbilanciati. Questi difetti formano debolezze strutturali soprattutto quando l'applicazione comporta dei carichi.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

19. Fori dei perni

I fori di spillo si riferiscono a piccoli tunnel di gas incorporati nelle fusioni che riducono la densità e degradano le proprietà meccaniche. La formazione di tali difetti provoca perdite nelle installazioni a tenuta di pressione.

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

20. Tagliare e lavare

La superficie dello stampo subisce danni e strutture indebolite quando il metallo fuso ad alta velocità rimuove parte dello stampo, creando difetti del tipo "cut and wash".

Cause:

Prevenzione e soluzioni:

Difetto Cause Soluzioni
Porosità Scarsa ventilazione, alta velocità. Migliorare lo sfiato, utilizzare un aspiratore.
Chiusure a freddo Temperatura bassa, riempimento lento. Aumentare la temperatura e ottimizzare il gating.
Restringimento Sezioni spesse, raffreddamento non uniforme. Ottimizzare il raffreddamento e utilizzare i riser.
Vesciche Umidità, scarsa degassificazione. Degasare il metallo, controllare la temperatura dello stampo.
Disavventure Bassa temperatura, iniezione lenta. Aumentare la pressione, ottimizzare la temperatura.
Flash Alta pressione, matrice usurata. Ottimizzare la pressione e mantenere la matrice.
Saldatura Temperatura elevata, rivestimento scadente. Utilizzare rivestimenti per stampi, controllare la temperatura.
Crepe Raffreddamento rapido, lega scadente. Ottimizzare il raffreddamento e modificare il progetto.
Rughe/Lacune Temperatura bassa, riempimento lento. Migliorare la lubrificazione e aumentare la velocità.
Inclusioni di scorie Lega contaminata, ossidazione. Utilizzare metallo pulito per migliorare la filtrazione.
Colpo corto Bassa pressione, solidificazione precoce. Aumentare la velocità e pulire il gating.
Turbolenza Alta velocità, scarso gating. Ottimizzare la velocità e migliorare il gating.
Erosione Alta velocità, materiale povero della matrice. Utilizzare matrici temprate e ridurre la velocità.
Controllo del calore Stress termico, raffreddamento insufficiente. Utilizzare stampi resistenti al calore e ottimizzare il raffreddamento.
Guasto Raffreddamento non uniforme, stress. Ottimizzare il raffreddamento e modificare il progetto.
Goccia Scarsa lubrificazione, allentamento del metallo Migliore lubrificazione, regolazione della velocità e ottimizzazione dello stampo
Scorie Ossidazione, turbolenza, impurità Ridurre la turbolenza, utilizzare metallo pulito, migliorare la flussatura
Lacrime calde Raffreddamento non uniforme, forte stress Ottimizzare il raffreddamento, perfezionare la lega, migliorare lo stampo
Fori per i pin Intrappolamento di gas, umidità Migliorare la degassificazione, ridurre l'umidità, migliorare lo sfiato
Taglio e lavaggio Alta velocità, stampo debole Ottimizzazione del gating, controllo della velocità, rafforzamento dello stampo

Fattori chiave per evitare difetti di pressofusione ad alta pressione

Punti principali per ridurre al minimo i difetti della pressofusione ad alta pressione

Per ridurre i difetti e ottenere una colata di alta qualità, i produttori devono tenere conto di quanto segue.

1. Ottimizzazione dei parametri di processo

2. Miglioramento della qualità del metallo

3. Miglioramento della progettazione di stampi e matrici

4. Manutenzione di stampi e attrezzature

5. Tecnologie intelligenti

3. Tecniche avanzate per la riduzione dei difetti

Ecco alcune delle tecniche avanzate per la riduzione dei difetti nella pressofusione ad alta pressione;

3.1. Pressofusione assistita da vuoto

Le tecniche avanzate di pressofusione assistita dal vuoto prevedono la rimozione dell'aria e dei gas intrappolati dalla cavità dello stampo prima del riempimento del metallo. Questo metodo [riduce] in modo significativo la porosità, aumenta o migliora la resistenza della colata e migliora la finitura. In un ambiente a bassa pressione all'interno dello stampo, il metallo fuso fluisce senza problemi con turbolenze e difetti minimi nella cavità. Offre alcuni dei suoi vantaggi

3.2. Monitoraggio del processo in tempo reale

Ampio uso di sensori avanzati e di sistemi di controllo della qualità basati sull'intelligenza artificiale per regolare dinamicamente i parametri di processo al fine di eliminare i difetti nella produzione. Il monitoraggio che avviene in tempo reale comprende il controllo del processo mediante sensori di temperatura, sensori di pressione e sistemi di imaging per rilevare le variazioni.

I dati vengono analizzati dagli algoritmi di intelligenza artificiale e le regolazioni automatiche vengono effettuate immediatamente per evitare che si verifichino difetti. Di seguito sono elencati i diversi vantaggi di questo processo:

3.3. Miglioramento della progettazione e della simulazione degli stampi

Il software CAE consente ai produttori di simulare e ottimizzare il flusso del metallo prima della produzione. La previsione dei potenziali difetti consente agli ingegneri di modificare i progetti di portelle e canali in modo da evitare, tra gli altri, i problemi più comuni, quali errori di esecuzione, chiusure a freddo e porosità. Con i moderni strumenti di simulazione è possibile effettuare prove virtuali dei parametri di pressofusione, riducendo i costi di tentativi ed errori. I vantaggi sono i seguenti;

Conclusione

Un requisito fondamentale per pressofusione ad alta pressione è un mercato in cui questi difetti della pressofusione ad alta pressione vengono compresi e controllati, e i pezzi di alta qualità che ne derivano vengono prodotti sulla pressa con il minor consumo possibile di materie prime. I produttori possono aumentare la produttività e ridurre i costi affrontando il problema della porosità, delle chiusure a freddo, dei ritiri, delle bolle, delle mancanze e dell'erosione.

Tecniche avanzate come la pressofusione sotto vuoto, il monitoraggio in tempo reale e il miglioramento della progettazione degli stampi possono migliorare ulteriormente l'affidabilità e l'efficacia dei macchinari per la pressofusione. L'industria della pressofusione continua a progredire nell'ottimizzazione dei materiali e dei processi. Questo ha anche un impatto su una maggiore precisione, una migliore sostenibilità e una produzione priva di difetti.

Domande frequenti (FAQ)

  1. Quali sono i difetti più comuni nella pressofusione ad alta pressione?

I difetti più comunemente riscontrati nella pressofusione ad alta pressione sono la porosità, la chiusura a freddo, il ritiro, le bolle, gli errori di produzione, l'appannamento, l'incollaggio e la saldatura dello stampo. Questi difetti possono portare a una perdita di resistenza meccanica, aspetto e funzionalità del prodotto finale.

  1. Quali metodi possono essere utilizzati per ridurre la porosità della pressofusione?

Possiamo ridurre al minimo la porosità migliorando lo sfiato e il vuoto, bilanciando la velocità di iniezione e la turbolenza, mantenendo la temperatura della fusione e dello stampo entro i parametri e utilizzando metallo fuso degassato.

  1. Qual è il motivo per cui nella pressofusione ad alta pressione si verifica un flash?

Le caratteristiche di quando si verifica il flash sono dovute a una pressione di iniezione eccessiva, a stampi usurati o disallineati e a una forza di serraggio insufficiente. Una corretta calibrazione della macchina e una corretta manutenzione degli stampi possono prevenire la formazione di flash.

  1. Che effetto ha la temperatura dello stampo sui difetti di colata?

La temperatura difettosa dello stampo può causare diversi difetti, come le basse temperature che producono la chiusura a freddo. Inoltre, provoca errori di produzione e temperature elevate che producono saldature, bolle e aumento della porosità. Una temperatura ottimale dello stampo determina un flusso regolare del metallo e una solidificazione uniforme.

  1. Come si può utilizzare la pressofusione sottovuoto per ridurre i difetti?

Assistito a vuoto pressofusione rimuove l'aria e i gas dalla cavità dello stampo, riducendo significativamente la porosità e migliorando il flusso del metallo. Migliora la qualità della colata, l'integrità strutturale e la durata complessiva del prodotto.

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