La pressofusione a camera calda e quella a camera fredda sono entrambi metodi di fusione del metallo. Ma funzionano in modo diverso. La pressofusione a camera calda utilizza un forno incorporato. Funziona più velocemente e produce pezzi da metalli a basso punto di fusione come lo zinco. La colata a camera fredda, invece, utilizza un forno separato per fondere il metallo. Può produrre pezzi a partire da metalli con punto di fusione moderato o più elevato, come l'alluminio, ma non è veloce.

La scelta dipende dai tipi di metallo e dalla complessità del pezzo. Leggete questo articolo per scoprire i loro diversi aspetti, le leghe, le applicazioni e i processi.

Pressofusione a camera calda

Il processo è chiamato camere calde a causa del sistema di iniezione sommerso (sistema a collo d'oca e stantuffo) nel metallo fuso all'interno di un forno. Il processo è più rapido e si avvale di una tecnica automatizzata per la produzione di parti metalliche.

Il produttore forza il metallo fuso in uno stampo d'acciaio riutilizzabile ad alta pressione. I metalli principali utilizzati sono lo zinco, lo stagno e le leghe a base di piombo. Questo processo funziona con punti di fusione del metallo più bassi (inferiori a 450°C) per evitare danni al sistema di iniezione. Tuttavia, le leghe di piombo sono limitate in molti settori a causa della loro tossicità.

Iniezione di metallo: Il sistema a collo d'oca

I sistemi a collo d'oca nella pressofusione a camera calda servono a pompare le leghe fuse nella cavità dello stampo. Viene immerso in un forno per migliorare il flusso del metallo. Un pistone idraulico o pneumatico, azionato da olio/gas a 7-15 MPa / 1.000-2.200 psi, spinge il metallo all'interno dello stampo e su per il collo d'oca. Questo design è ideale per la produzione di massa e consente 2-5 iniezioni al minuto.

Sfide chiave:

Alcune impurità, come il metallo ossidato, possono accumularsi nel collo d'oca, formando scorie. Bloccano il flusso e riducono di conseguenza la qualità dei pezzi. I sistemi di pulizia adeguati devono quindi evitare questo problema.

Inoltre, la costante esposizione alla lega fusa deteriora nel tempo lo stantuffo e il collo d'oca. Ciò richiede la sostituzione ogni 50.000-100.000 cicli.

Materiali e durata degli stampi

Gli stampi sono realizzati con materiali più resistenti e duri come l'acciaio (ad esempio, grado H13). Questi stampi tendono a resistere a pressioni e calore intensi. Tuttavia, quando il calore supera i 400°C e si raffredda, all'interno dello stampo si formano piccole crepe. Qualsiasi matrice può durare 100.000-500.000 cicli prima di essere riparata.

Per quanto riguarda il costo, esso rimane elevato, compreso tra $20.000 e $50.000 per matrice. In alternativa, diventa accessibile quando viene utilizzato per la produzione di massa. La manutenzione regolare, i rivestimenti e la gestione della temperatura ne aumentano inevitabilmente la durata.

Ripartizione del tempo di ciclo

• Riempimento: Sono necessari 0,1-0,5 secondi per inserire il metallo fuso nello stampo. La velocità dipende solitamente dalla forza dello stantuffo e dalla viscosità del metallo.
• Solidificazione: Il metallo fuso si raffredda e si indurisce in 2-10 secondi. I pezzi più spessi hanno bisogno di più tempo, mentre quelli a parete sottile (ad esempio, 1-3 mm) si raffreddano abbastanza presto.
• Espulsione: I perni di espulsione facilitano questo processo, rimuovendo il pezzo in 1-3 secondi. Inoltre, l'uso di spray lubrificanti sullo stampo (ad esempio, grafite) evita l'incollaggio.

Controllo della temperatura

Per ottenere una qualità costante della colata, è importante scegliere una temperatura precisa. Pertanto, il forno mantiene lo zinco fuso a 410-430°C (770-806°F). Ciò significa che variazioni di temperatura anche di 10°C possono causare difetti.

Durante la colata, le resistenze elettriche o i bruciatori a gas riscaldano il forno. Nel frattempo, le termocoppie osservano la temperatura per tutto il tempo. Questo perché un controllo insufficiente (troppo caldo) degrada il metallo, mentre un freddo eccessivo provoca scorie. Allo stesso modo, una solidificazione prematura non riempie i vuoti e non provoca cricche.

Sistema di espulsione

Il pezzo è pronto per essere rimosso quando il metallo è completamente solido. I produttori aprono lo stampo utilizzando dei perni di espulsione che spingono il pezzo fuori.

Inoltre, attuatori idraulici controllare la forza ed evitare danni. Nel frattempo, i perni angolati rilasciano senza problemi forme complesse. È inoltre possibile utilizzare una nebbia lubrificante per raffreddare lo stampo e impedire che si attacchi. Tutto ciò significa che i sistemi di espulsione ben funzionanti offrono prestazioni altamente efficienti.

Vantaggi

• Questo processo è 3-4 volte più veloce della pressofusione a camera fredda.
• I forni integrati consumano 20-30% meno energia di quelli che fondono il metallo separatamente.
• Realizza pezzi con tolleranze strette (±0,1 mm) e superfici lisce.
• La fusione a camera calda è ideale per la produzione di massa (oltre 10.000 pezzi).
• È ampiamente utilizzato nelle cerniere delle automobili o negli alloggiamenti elettronici.

Svantaggi

• Questa tecnica non è adatta per alluminio o pressofusione di magnesio. Perché hanno un punto di fusione più alto, che danneggerebbe il collo d'oca.
• Gli sbalzi di temperatura dovuti a cicli frequenti sollecitano il collo d'oca e di conseguenza si formano delle crepe.
• Richiede la scrematura delle impurità per evitare scorie.

Pressofusione a camera fredda

La colata a camera fredda non è come quella a camera calda: ha un forno separato per fondere il metallo. Invece, i produttori spostano il metallo fuso attraverso una siviera nel manicotto di iniezione. Il pistone idraulico lo spinge nella cavità dello stampo. Il resto del processo è quasi simile. Questo processo funziona bene con temperature di fusione da moderate ad alte di metalli come alluminio, magnesio e leghe a base di rame.

L'iniezione e la colata di metallo

È possibile trasferire il metallo riscaldato verso la macchina utilizzando una siviera manuale o automatica.

• La siviera manuale è più lenta e non molto costante. Viene utilizzata per versare il metallo fuso nel manicotto di pallinatura. Di conseguenza, si verificano variazioni nella qualità dei pezzi.
• La siviera automatizzata si riferisce a un braccio robotico. Che misura e inserisce con precisione il metallo riscaldato. Riempie correttamente gli spazi vuoti e riduce l'errore umano. Questo processo contribuisce a migliorare i tassi di produzione di circa 10-20%. Inoltre, elimina i difetti come l'intrappolamento dell'aria e i riempimenti incompleti.

Manicotto e stantuffo

I manicotti corti fanno parte dei sistemi di iniezione. Si tratta del punto in cui il metallo fuso viene versato prima di essere iniettato nello stampo. I produttori li realizzano con materiali più duri, come l'acciaio, in modo che possano sopportare temperature e pressioni intense.

Lo stantuffo è invece un'asta azionata da un cilindro idraulico. Spinge la lega fusa nello stampo. Di solito può essere di due tipi: piatto e conico.

Uno stantuffo piatto funziona per i pezzi più semplici con uno spessore di parete costante. Gli stantuffi conici, invece, sono utili per i progetti più difficili, in quanto bloccano le turbolenze e l'intrappolamento dell'aria.

Materiali degli stampi

Fondamentalmente, gli stampi a camera fredda includono acciaio per utensili temprato come H13 o H11. Questo materiale presenta già rapporti di forza-peso e resistenza all'usura. Questo materiale è quindi in grado di gestire il calore elevato (fino a 700°C) e le intense pressioni di iniezione senza deformarsi.

Tuttavia, lo stampo deve affrontare alcune sfide. Ad esempio, i controlli termici dovuti al calore e al raffreddamento costanti causano cricche superficiali. Inoltre, l'erosione delle leghe ad alta temperatura provoca un'usura graduale.

Pertanto, è bene concentrarsi sulla manutenzione regolare, sui trattamenti superficiali e sui rivestimenti (nitrurazione o PVD). Questi possono aumentare la durata dello stampo e migliorare le prestazioni.

Canali di raffreddamento

Gli ingegneri hanno integrato i canali di raffreddamento nello stampo in modo strategico. Questi canali regolano infatti la fase di solidificazione e riducono i tempi di ciclo. La loro collocazione in prossimità di aree ad alto calore può produrre un raffreddamento costante. Questo, quindi, non provoca deformazioni, ritiri o crepe interne.

Sistema di materozze e guide

Questi componenti della macchina a camera fredda aiutano a dirigere la lega riscaldata dal manicotto di iniezione nella cavità dello stampo.

La parte del canale di colata tende a essere un punto di ingresso da cui i canali di scorrimento distribuiscono il metallo. Progettatele in modo appropriato per eliminare i difetti principali, come l'intrappolamento dell'aria e il blocco del flusso.

Sistema di espulsione

Nella fase di rimozione dei getti solidificati dallo stampo senza danni, i sistemi di espulsione assicurano un funzionamento regolare. Questi sistemi includono l'uso di perni di espulsione, spruzzi di lubrificante, attuatori idraulici e scatole di espulsione simili a camere calde.

In questo modo, il pezzo si raffredda, lo stampo si apre, attivando la scatola di espulsione e i perni di espulsione spingono fuori il pezzo fuso.

Vantaggi

• Può fondere una gamma più ampia di leghe come alluminio, magnesio e rame.
• Lo shock termico è minore perché la bussola e lo stantuffo non si trovano di fronte al metallo fuso, riducendo l'usura.
• È in grado di realizzare pezzi altamente nitidi e dettagliati con pareti sottili.

Svantaggi

• È più lento del processo a camera calda e richiede 20-60 secondi per pezzo.
• Ha bisogno di più energia e manutenzione a causa delle temperature e delle pressioni più elevate. Questo lo rende costoso.
• L'uso della siviera manuale e la manutenzione dello stampo aumentano spesso il fabbisogno di manodopera.

Confronto tra la pressofusione a camera calda e a camera fredda

Casi di studio

I produttori utilizzano comunemente la pressofusione a camera calda per realizzare fibbie e chiusure in lega di zinco. Utilizzano questa tecnica per la sua capacità di produrre pezzi di piccole dimensioni e per la produzione di massa.

Mentre gli stampi a camera fredda, la fusione produce blocchi motore in alluminio. Questa parte comprende grandi dimensioni, geometrie complesse e la necessità di un'elevata resistenza. Ecco perché la fusione a camera fredda è la soluzione migliore.

Applicazioni e settori

Automobile:

Le industrie automobilistiche utilizzano le camere calde per produrre componenti in lega di zinco come i componenti delle cinture di sicurezza, i tergicristalli e gli alloggiamenti dell'impianto audio. Le straordinarie proprietà dello zinco conferiscono loro finiture lisce e un'elevata durata.

Al contrario, la pressofusione a camera fredda è utile per realizzare staffe in alluminio per motori, componenti della sala macchine e parti di illuminazione. Questo perché è in grado di creare qualsiasi progetto difficile con un'elevata resistenza.

Aerospaziale:

La pressofusione a camera calda è raramente utilizzata per i componenti aerospaziali. Questo perché il metallo di fusione (zinco e magnesio) ha un punto di fusione più basso. Ma ciò non significa che questo processo non venga utilizzato in questo settore. Molti piccoli componenti aerospaziali in magnesio, come staffe, alloggiamenti e connettori, sono realizzati con questo processo. Ciò garantisce leggerezza, resistenza alla corrosione e durata.

Tuttavia, le parti di pressofusione a camera fredda realizzate con leghe di magnesio sono utilizzate negli aerei. Ad esempio, i telai dei sedili e i componenti della cabina. Queste parti sono più leggere e più resistenti.

Beni di consumo:

I produttori realizzano prodotti popolari nella moda e negli accessori utilizzando la pressofusione a camera calda. Ad esempio, fibbie, cerniere e finiture decorative in lega di zinco.

Gli involucri elettronici e i dissipatori di calore in alluminio sono ampiamente utilizzati nell'elettronica di consumo. Sono realizzati con un processo a camera fredda.

Applicazioni emergenti

Veicoli elettrici (EV):

La pressofusione è sempre più utilizzata per produrre alloggiamenti leggeri per le batterie e componenti strutturali per i veicoli elettrici.

La crescente domanda di componenti leggeri per i veicoli elettrici è il motivo alla base dell'ampio uso della tecnica di pressofusione. Questo processo crea alloggiamenti per le batterie e componenti strutturali con un peso inferiore alla media e più resistenti.

Tecnologia 5G:

L'alluminio e il magnesio pressofuso sono diventati componenti importanti per l'infrastruttura 5G. Ad esempio, gli alloggiamenti delle antenne e i sistemi di gestione del calore.

Conclusione

La pressofusione a camera calda opera rapidamente ed è un'opzione conveniente. Tratta metalli a basso punto di fusione come lo zinco. La pressofusione a camera fredda, invece, consuma più energia perché fonde la lega separatamente. Tuttavia, questo processo è efficace per materiali resistenti e ad alto punto di fusione come alluminio, rame, ecc. Al momento della scelta, è necessario valutare l'idoneità del metallo, la complessità del progetto e il volume di produzione. In questo modo si otterranno i risultati desiderati.