Il processo di produzione dei motocicli è migliorato negli ultimi tempi, soprattutto per quanto riguarda la realizzazione di pezzi più leggeri e resistenti. Uno dei modi più importanti per produrre pezzi in questo settore è la pressofusione, che consente di modellare il metallo in modo da ottenere pezzi forti e precisi che vengono utilizzati nelle motociclette di oggi. Tra questi, pezzi come parti di motori di moto, telai di moto e pezzi di carrozzeria realizzati con la fusione di alluminio sono popolari perché sono robusti, ben fatti e in grado di resistere a molto calore. 

Questo articolo illustra come la pressofusione viene utilizzata per la produzione di parti di motocicli, parlando di aspetti quali la giusta temperatura, la quantità di pressione necessaria, la velocità con cui i materiali si riscaldano o si raffreddano e il controllo che i pezzi si adattino correttamente e abbiano l'aspetto desiderato.

Conoscere la tecnologia della pressofusione

La pressofusione prende il nome dal fatto che il metallo viene spinto in uno stampo in modo rapido e con una forte pressione. Questo metodo consente di realizzare pezzi piccoli e dettagliati che si incastrano molto bene tra loro e non necessitano di grandi lavorazioni per ottenere la forma giusta.

L'industria utilizza principalmente due diversi tipi di metodi di pressofusione.

• Pressofusione a camera calda
• Pressofusione a camera fredda

La pressofusione ad alta pressione a camera fredda viene spesso utilizzata per la produzione di parti di motori di motocicli, poiché i materiali utilizzati per la loro realizzazione devono essere fusi a una temperatura piuttosto elevata.

Perché i produttori di motocicli scelgono la pressofusione?

La pressofusione è spesso utilizzata dai costruttori di motocicli perché permette di realizzare pezzi resistenti e in grado di sopportare l'uso gravoso delle moto, oltre a consentire di produrre pezzi più velocemente e a costi inferiori.

La pressofusione è importante perché ci permette di realizzare pezzi per motociclette che devono essere piuttosto resistenti e pesanti.

• Elevato rapporto resistenza/peso
• Eccellente finitura superficiale
• Conduttività termica per parti sensibili al calore
• Accuratezza dimensionale rigorosa

Poiché la pressofusione di alluminio è durevole e ha un'eccellente resistenza alla corrosione, viene utilizzata per produrre alloggiamenti per frizioni, carter, teste di cilindri e coperchi di ingranaggi.

Parti in pressofusione per motocicli

A. Componenti del motore

• Testa del cilindro
• Carter
• Alloggiamenti della pompa dell'olio
• Coperchi della trasmissione

Quando la moto è in funzione, molti componenti sono riscaldati ad alte temperature e sottoposti a una forte pressione all'interno del motore. Per questo motivo, di solito vengono realizzati inserendo il metallo in uno stampo ed esercitando una forte pressione su di esso, in modo che il metallo rimanga solido e non presenti molti fori d'aria.

B. Parti strutturali

• Morsetti del manubrio
• Staffe per pedane
• Mozzi ruota

Devono essere precisi al decimo di millimetro e devono avere la stessa resistenza di ogni altra parte della struttura.

C. Parti estetiche e di supporto

• Alloggiamenti per specchietti
• Staffe dell'indicatore
• Porta targa

Nonostante non debbano sostenere un carico, questi pezzi possono essere realizzati con una superficie eccellente, rendendo meno probabile la necessità di ulteriori lavorazioni.

Materiali e proprietà termiche

La maggior parte delle pressofusioni di motocicli è realizzata con leghe di alluminio (A380, ADC12 o LM6).

Proprietà chiave della lega di alluminio A380:

Grazie alla sua conducibilità termica, il calore è in grado di dissiparsi liberamente nelle parti del motore delle motociclette, soprattutto nei motori raffreddati ad aria. 

Dettagliato: Parti in pressofusione per motocicli

La pressofusione è una parte importante della produzione di motocicli oggi, perché consente all'azienda di realizzare rapidamente pezzi resistenti e precisi, ma leggeri. Il processo funziona bene per i metalli come l'alluminio, che sono ottimi per le strutture e le macchine perché sono resistenti ma leggeri, e inoltre emettono meno calore durante la saldatura.

Di seguito sono riportati alcuni dei componenti di pressofusione più comunemente utilizzati sulle motociclette, con l'indicazione della loro funzione, dei materiali con cui sono solitamente realizzati, della forza che devono sopportare e dei tipi di stampi più adatti alla loro realizzazione.

1. Carter motore

Funzione:

Il basamento è il luogo in cui si trovano l'albero a gomiti, la trasmissione e, a volte, il deposito dell'olio del motore. È una delle parti più difficili da trattare perché può diventare molto caldo e causare alti livelli di stress nel motore di una moto.

Materiale:

• Lega di alluminio (A380 o ADC12)
• Conduttività termica: ~96-105 W/m-K
• Punto di fusione: ~610°C
• Temperatura di esercizio: 80-120°C

Requisiti per il casting:

• Uno spessore di 2,5-3 mm consente di utilizzare materiali più leggeri.
• Passaggi all'interno del motore che contribuiscono a spostare l'olio e a mantenere le parti fredde
• Richiede l'uso di presse che lavorano ad alta pressione, insieme a una macchina per il vuoto che aiuta a mantenere il metallo privo di fori.

Tolleranza dimensionale:

• ±0,05 mm per le superfici che uniscono un cuscinetto e un alloggiamento

2. Testa del cilindro

Funzione:

La testa del cilindro chiude la parte in cui viene bruciato il carburante e tiene in posizione le valvole, le candele e l'albero a camme.

Materiale:

• Alluminio LM6 o ADC12
• Deve gestire carichi termici elevati (200-250°C)
• Buona lavorabilità e resistenza alla corrosione

Considerazioni sul casting:

• È necessario uno sfiato preciso dello stampo per evitare che il gas rimanga intrappolato nell'articolo stampato.
• La lavorazione CNC post-casting aiuta a garantire che le guide delle valvole e i fori degli alberi a camme nei componenti in alluminio siano rifiniti in modo uniforme e liscio.
• La tubazione deve essere a tenuta di pressione (il test di pressione idrostatica viene eseguito fino a 5 bar).

3. Coperchi del motore (frizione, magnete, cambio)

Funzione:

Proteggono elementi come le candele, le valvole e i pistoni all'interno del motore dallo sporco, dalla fuoriuscita di olio o da danni esterni.

Materiale:

• Alluminio A360 o A380
• Spesso verniciato a polvere o anodizzato dopo la fusione
• Spessore della parete: 2,5-4 mm

Metodo di fusione:

La pressofusione ad alta pressione spesso dà luogo a finiture superficiali lisce con piccole fosse superficiali, il che significa che la superficie è davvero liscia al tatto.

Importanza:

Consente all'auto di mantenere la pressione dell'olio e un sistema di raffreddamento efficiente.

4. Supporti per manubri e morsetti tripli

Funzione:

Le parti collegano il piantone dello sterzo alle forcelle e contribuiscono a sostenerle.

Materiale:

• Pressofusione di alluminio (A356 o A380)
• Resistenza allo snervamento: ~200-250 MPa
• La vita a fatica è stata testata fino a 100.000 volte con carichi diversi.

Dettagli sul casting:

• Richiedono un'elevata precisione dimensionale
• Il trattamento termico può essere effettuato dopo la colata per migliorare la duttilità del pezzo.
• I cuscinetti di sterzo devono essere montati con tolleranze di 0,02 mm.

5. Alloggiamenti delle pinze freno

Funzione:

Il pistone del rastrello e i canali del liquido dei freni contribuiscono ad alimentare i freni.

Materiale:

• Alluminio ad alta resistenza (A413 o ADC12 modificato)
• Deve resistere all'alta pressione dell'acqua (da 100 a 120 volte superiore alla normale pressione dell'aria).
• Elevata resistenza alla corrosione perché può sopportare il contatto con la spazzatura sulla strada e il bagnato.

Considerazioni sul casting:

• I canali interni del fluido non devono presentare difetti che possano ostruire il flusso del fluido.
• I test di tenuta devono essere eseguiti su ogni lotto di prodotto.
• La tenuta nei pistoni dipende molto dalla finitura della superficie.

6. Staffe per poggiapiedi e supporti laterali

Funzione:

Sostenere il peso del pilota e rendere stabile la motocicletta quando è parcheggiata.

Materiale:

• Leghe che combinano alluminio e silicio per renderle più resistenti all'usura
• Resistenza alla trazione: ~180 MPa
• Durezza: ~80-100 HB

Metodo di fusione:

La pressofusione a gravità o a bassa pressione viene utilizzata quando è necessario ottenere una superficie dall'aspetto più gradevole e con minori probabilità di rottura.

7. Componenti del forcellone (in alcuni modelli)

Funzione:

Supporta il ruota posteriore e contribuisce a mantenerlo in movimento verso l'alto e verso il basso.

Materiale:

• Talvolta in alluminio resistente, realizzato con stampi (A356-T6).
• Resistenza allo snervamento post-trattamento: ~240 MPa
• Spessore della parete: 4-6 mm, a seconda dei percorsi di carico

Note sul casting:

• La FEA viene utilizzata per la distribuzione delle sollecitazioni
• Saldatura o lavorazione successiva alla fusione per i cuscinetti.

Tabella riassuntiva dei principali componenti della pressofusione

Ognuno di questi componenti è importante perché contribuisce a far sì che le motociclette funzionino bene, siano sicure e non si rompano. Gli ingegneri dedicano molto tempo ad assicurarsi che i pezzi abbiano la forma giusta, siano molto leggeri ma ancora abbastanza resistenti per il lavoro da svolgere, e questo viene fatto principalmente con l'aiuto del processo di pressofusione dell'alluminio.

Parametri del processo di pressofusione

A. Pressione di iniezione

Nella pressofusione ad alta pressione, la quantità di pressione utilizzata è di circa 200-1000 libbre per pollice quadrato, che aiuta il metallo a muoversi rapidamente nello stampo e assicura che non ci siano troppe bolle d'aria nel pezzo.

B. Temperatura dello stampo

Le temperature tipiche degli stampi sono solitamente comprese tra 180 e 300 gradi Celsius e sono regolate da canali di raffreddamento per garantire che il metallo si raffreddi e si indurisca in modo uniforme.

C. Tempo di riempimento

Se si inietta lo stampo entro 0,1 secondi per i pezzi piccoli, si evitano le chiusure a freddo e si liscia la superficie.

D. Postelaborazione

Dopo la fusione, i pezzi vengono sottoposti a:

• Rifinitura di guide e bocchette
• Granigliatura o burattatura
• Lavorazione di dimensioni critiche
• Trattamenti superficiali come l'anodizzazione o la verniciatura a polvere aiutano a proteggere le parti metalliche e a migliorarne l'aspetto.

Questi passaggi sono importanti perché aiutano a garantire che i componenti funzionino bene e si adattino perfettamente a una bicicletta da corsa.

Difetti comuni di fusione e soluzioni

Nonostante i vantaggi, la pressofusione può causare problemi ai getti se non viene curata con attenzione.

Difetti tipici:

È importante garantire un controllo di qualità per la colata automobilistica, in modo che rimanga sicura da usare.

Vantaggi dell'utilizzo della pressofusione per i motocicli

• Grazie alla precisione degli strumenti e delle macchine, non è necessario effettuare una post-elaborazione.
• È possibile produrre migliaia di pezzi uguali utilizzando un solo stampo per la produzione di massa.
• La pressofusione di alluminio contribuisce a ridurre il peso dei componenti.
• La buona conducibilità del calore consente un migliore raffreddamento del motore.
• Più veloce e meno costoso rispetto alla produzione di pezzi dal pieno.

Caso di studio: Produzione di carter

Il basamento è importante per qualsiasi moto perché protegge l'albero motore e la trasmissione. In genere, per produrre un basamento standard si ricorre alla pressofusione ad alta pressione.

• Temperatura di fusione: 675°C
• Temperatura dello stampo: 250°C
• Pressione di iniezione: 70 MPa
• Tempo di ciclo: 60 secondi
• Tolleranza: ±0,05 mm
• Trattamento termico: T6 per migliorare le proprietà meccaniche

I componenti di precisione aumentano le prestazioni del motore, alleggerendone il carico e risparmiando carburante.

Le ultime tendenze della pressofusione di motocicli

• Moto elettriche: Sempre più persone richiedono coperture leggere per batterie e motori.
• Leghe di magnesio: Anche se costa di più, il magnesio pesa ancora meno.
• Controllo qualità automatizzato: Gli strumenti di intelligenza artificiale vengono utilizzati per identificare i problemi di fusione mentre si verificano in tempo reale.
• Stampi stampati in 3D: Sviluppo più rapido dei campioni e tempi più brevi per la preparazione degli strumenti.

La tecnologia AW guiderà l'efficacia e la progettazione dei componenti delle motociclette in futuro.

Progettazione di stampi per parti di motocicli

Le prestazioni e la durata dei componenti di pressofusione dipendono in larga misura dal design dello stampo. Nella produzione di motocicli, gli stampi sono costruiti per le esigenze specifiche di ciascun progetto.

Ad esempio, si possono incontrare geometrie complesse, come i carter che hanno al loro interno canali per l'olio.

• Sezioni a parete sottile (spessore compreso tra 1,5 e 3 mm)
• L'uso di sfiatatoi e gating per eliminare i difetti di fusione
• Le linee di raffreddamento nello stampo aiutano a regolare la temperatura.

La produzione di uno stampo per la testa del cilindro di una motocicletta costa in genere da $15.000 a $40.000 e può produrre oltre 100.000 pezzi prima che l'usura ne riduca la precisione.

Utilizzo di leghe tecnologiche nella pressofusione di alluminio

Le esigenze meccaniche e termiche dei componenti di un motore di motocicletta determinano la scelta delle leghe di alluminio utilizzate.

Leghe comuni:

Tutti hanno determinati vantaggi, tra cui una forte conduttività termica e la resistenza alla fatica. Ad esempio, l'A380 ha una conducibilità termica di quasi 96 W/m-K, che aiuta a smaltire rapidamente il calore del motore.

Lavorare con gli strumenti e mantenerli in efficienza nella pressofusione

Vecchie parti di moto sfondo con luce dura tono bianco e nero. riparazione e manutenzione vecchie parti del motore

Con un elevato numero di pezzi fusi per il settore automobilistico, è necessario prestare particolare attenzione alla manutenzione degli utensili:

• Lucidatura degli stampi ogni 10.000 colpi
• Assicurarsi di riscaldare le pentole a circa 200°C prima di iniziare a usarle per evitare sbalzi di temperatura.
• Controllare regolarmente che non vi siano segni di danneggiamento, in quanto possono verificarsi difetti come bagliori e parti di stampo non allineate.

Oggi le macchine gestiscono l'applicazione di agenti antimuffa e aiutano a controllare la temperatura dello stampo da un ciclo all'altro, garantendo una maggiore uniformità dei prodotti finali.

Impatto ambientale ed economico

Vantaggi ambientali:

• La pressofusione di alluminio consente di riciclare fino a 95% del materiale, riducendo così le emissioni di carbonio.
• Contribuiscono a risparmiare circa 30% di energia rispetto ai sistemi più vecchi.

Considerazioni economiche:

• Poiché gli strumenti per la pressofusione sono costosi, la quantità di pezzi realizzati comporta un costo molto basso per ciascuno di essi.
• La maggior parte delle parti di motore per motocicli realizzate con la pressofusione sono fino a 40% meno costose di quelle realizzate con la lavorazione meccanica.
• Utilizzando la pressofusione, la moderna produzione di motocicli può essere sia economica che ecologica.

Garanzia di qualità nel processo di produzione

I fornitori di parti di motocicli OEM devono applicare gli standard ISO 9001:2015 e IATF 16949. I controlli di qualità più comuni includono:

• La tecnologia a raggi X viene utilizzata per verificare se l'interno del metallo è poroso.
• Confermare le misure precise dei pezzi con le macchine di misura a coordinate (CMM).
• Verificare le aree del motore che devono essere a prova di perdite
• Utilizzo dell'acqua salata per verificare le proprietà di resistenza alla corrosione dei ricambi per motocicli

L'uso di standard assicura che i componenti soddisfino sia le esigenze meccaniche richieste sia le esigenze di sicurezza nelle applicazioni ad alte prestazioni.

Capacità di lavorare sia con la lavorazione CNC che con i trattamenti superficiali

I pezzi pressofusi sono quasi pronti, ma in alcuni punti (come le sedi dei cuscinetti o i fori delle filettature) è ancora necessaria la lavorazione CNC per garantire la massima precisione.

Le fasi di post-elaborazione comprendono anche:

• Rivestimento in polvere per la resistenza all'usura
• Anodizzazione per la protezione dalla corrosione
• La vibrazione e la burattatura sono utilizzate per rendere la superficie più attraente.

Di conseguenza, questi pezzi sono perfetti per essere utilizzati immediatamente nelle linee di assemblaggio della produzione.

Ruolo nelle prestazioni e nella sicurezza

La pressofusione è essenziale in molti settori.

• Riduzione del peso: I componenti in alluminio più leggeri sono migliori per il consumo di carburante e la maneggevolezza dell'auto.
• Gestione del calore: Grazie alla migliore conducibilità termica, il calore viene trasferito in modo efficiente dal motore, eliminando le possibilità di surriscaldamento.
• Sicurezza strutturale: Se la fusione automobilistica è perfetta, i supporti del manubrio e le staffe della pedana possono essere più resistenti durante gli incidenti.

Anche se l'alloggiamento della pinza del freno è spostato di soli 0,1 millimetri, può causare una perdita di liquido dei freni, a riprova di quanto la buona qualità sia fondamentale per la sicurezza della moto.

Sfide nella pressofusione di motocicli

Alcune sfide del settore includono:

• Riduzione dei difetti di colata nel processo di prototipazione rapida
• L'aumento dei prezzi dell'alluminio dovuto alla domanda mondiale sta portando a una scarsità di forniture.
• Cercando di mantenere la forza e di alleggerire il filo.
• L'esaurimento dei componenti dovuto al funzionamento a temperature così elevate e a cicli così rapidi

Gli esperti del settore stanno studiando materiali migliori per gli stampi, rivestimenti avanzati (come la nitrurazione) e simulazioni di colata assistite dall'intelligenza artificiale per affrontare questi problemi.

Il futuro: Fonderie intelligenti e Industria 4.0

In futuro, gli appassionati di motociclette vedranno probabilmente questi elementi con:

• I gemelli digitali possono essere utilizzati per controllare le condizioni dello stampo in qualsiasi momento.
• Utilizzo di sensori che individuano e correggono automaticamente i problemi di fusione.
• La manifattura additiva (stampa 3D) può rendere più facile e veloce la produzione di inserti per stampi complessi
• Includere l'energia verde nelle fabbriche di fusione dei metalli

L'aumento dei controlli elettronici e dei motori a batteria nella progettazione di motocicli aumenterà la necessità di parti pressofuse avanzate nel settore.

Confronto: Pressofusione e altri metodi di produzione

Il successo dei componenti per motori di motocicli dipende in larga misura dalla scelta del metodo di produzione più adatto. Vediamo come si comportano i componenti in pressofusione rispetto agli altri processi:

Mettiamo insieme un confronto tra la pressofusione e la colata in sabbia.

Per quanto riguarda i prototipi e la fusione di pezzi di grandi dimensioni, la colata in sabbia è meno costosa; la colata ad alta pressione è più indicata per la produzione di numerosi pezzi uguali per le automobili.

Pressofusione vs. forgiatura

Sebbene i pezzi forgiati siano resistenti grazie alla struttura del flusso di grani, sono meno complessi e offrono una finitura più scadente rispetto a quella che può offrire la pressofusione di alluminio. Per i pezzi che sopportano solo un carico medio, la pressofusione è un'opzione migliore e più economica rispetto ad altri metodi.

Ottimizzazione della progettazione per la fusione di parti di motocicli

Gli ingegneri utilizzano l'analisi a elementi finiti (FEA) e la fluidodinamica computazionale (CFD) durante la progettazione per garantire che un pezzo sia forte, leggero e conveniente.

Le ottimizzazioni includono:

• Aumenta la forza grazie alle nervature, ma perde poca massa muscolare
• Spessore uniforme della parete (tipicamente 2-3 mm)
• Lasciare un angolo di sformo da 0,5 a 2 gradi per facilitare il rilascio della matrice dal set di matrici.
• Sono necessari anche i bocchettoni e i tamponi per i punti in cui i carichi si uniscono al rimorchio.
• È molto importante progettare i componenti in modo così preciso, soprattutto per le moto sportive e da corsa.

Raffreddamento negli stampi di pressofusione

È importante regolare la conducibilità termica dello stampo durante la colata per mantenere l'accuratezza delle dimensioni. Ciò si ottiene attraverso:

• Nello stampo sono presenti canali di raffreddamento conformi.
• Nelle zone calde vengono utilizzati dei perni termici (deflettori).
• Ogni colpo viene spruzzato dalla macchina per uniformare il riscaldamento.

È necessario assicurarsi che la temperatura dello stampo sia compresa tra 180°C e 300°C. Il surriscaldamento del metallo può provocare affaticamento termico e causare difetti durante la colata, come strappi a caldo o saldature.

I pro e i contro della pressofusione utilizzata nella produzione di motociclette

Esaminiamo ora quanto costerebbe la produzione di un componente motociclistico di medie dimensioni, come un coperchio laterale del motore (circa 1,2 kg di alluminio):

Se si confronta questo dato con la lavorazione di barre ($8,50 al pezzo), è facile capire perché la pressofusione può farvi risparmiare. Per qualsiasi produzione di oltre 50.000 unità di ricambi per motocicli, la pressofusione è il processo più conveniente.

Garantire le certificazioni e la tracciabilità nella pressofusione di motocicli

I pezzi di pressofusione devono essere rintracciabili per tutti i lotti gestiti dai fornitori OEM. Ciò comporta:

Serializzazione delle parti

• Somministrazione di reagenti (sostanze, punto di fusione e tutto ciò che non è pulito)
• Registrazione di temperatura e pressione (fusione, iniezione e stampo)
• Test distruttivi e non distruttivi

È necessario utilizzare le norme ISO 9001, TS 16949 e, in alcuni casi, AS 9100 per le parti che entrano nel motore della moto, come le teste dei cilindri e i coperchi della trasmissione.

Integrazione con altri processi produttivi

La pressofusione non può essere fatta da sola. Il processo prevede iniziative nella produzione di motocicli.

• Saldatura (ad esempio, per le staffe di montaggio)
• Lavorazione (alesatura, filettatura, sfacciatura)
• Gli utenti possono trattare le lastre con il calore (exfor ample T6) per aumentarne la resistenza.
• Linee di assemblaggio (assistite da robot o manuali)

Un esempio automatizzato potrebbe essere un alloggiamento per ingranaggi pressofuso:

• Fusione (alluminio A380)
• Alesatura CNC (sede del cuscinetto)
• La verniciatura a polvere protegge le parti lavorate dall'usura e dalla corrosione.
• I cuscinetti a rulli e i paraoli sono utilizzati per il montaggio.

Questo metodo evidenzia il ruolo che la colata automobilistica svolge nell'industria nel suo complesso.

Conclusione

I motori e i pezzi di ricambio per motocicli si formano meglio con la pressofusione che con altri metodi, grazie all'elevata precisione e all'aspetto superbo del prodotto finale. Dall'utilizzo di pressofusione di alluminio, I produttori ottengono alti livelli di precisione dimensionale, buona capacità di trasferire il calore ed elevata resistenza rispetto al peso. I difetti di fusione possono verificarsi, ma sono facilmente risolvibili grazie al controllo del processo e a tecniche avanzate come la colata ad alta pressione. L'aumento della domanda di moto più performanti ed efficienti dal punto di vista dei consumi renderà ancora più importante la presenza dei componenti di pressofusione nell'industria motociclistica di tutto il mondo.

Domande frequenti

Perché i pezzi prodotti in pressofusione di alluminio sono speciali per i motocicli?

I pezzi prodotti attraverso la pressofusione di alluminio sono leggeri, resistenti al calore e robusti. Consente di creare parti complicate che devono combaciare strettamente tra loro.

Quali parti delle motociclette sono realizzate con il processo di pressofusione?

Tra i vari prodotti pressofusi figurano i carter motore, le teste dei cilindri, i coperchi del motore, le pinze dei freni e le parti per i supporti del manubrio.

Quali sono le strategie utilizzate per garantire la massima qualità di alcuni ricambi per motocicli?

Per garantire la qualità, si ricorre alla temperatura, alla colata sotto vuoto e a ispezioni che includono raggi X e misurazioni della pressione.

In che modo la pressofusione è migliore di altri processi?

Questo metodo consente di ottenere una superficie più liscia, una maggiore precisione, una lavorazione più rapida e una riduzione del costo unitario quando si producono molti pezzi uguali.