Che cos'è la fusione per gravità? Approfondimenti chiave per i produttori

Nell'epoca moderna della produzione, la fusione dei metalli è molto importante quando si tratta di produrre componenti con geometrie complesse di alta qualità. Tra i metodi più efficienti per farlo c'è la pressofusione per gravità. Questo processo è una combinazione di precisione, efficienza ed economicità, ed è quindi la soluzione preferita da industrie come quella automobilistica, aerospaziale e delle attrezzature industriali. In sostanza, la pressofusione per gravità prevede l'utilizzo della forza di gravità per riempire uno stampo di metallo senza dover utilizzare apparecchiature ad alta pressione, rendendo così il processo non complesso nella sua impostazione. Se siete studenti di ingegneria, manager di produzione o semplicemente interessati alle tecnologie di colata, conoscere la colata a gravità è fondamentale per avere una visione generale della produzione dei metalli.

In questo articolo vengono illustrati i principi di base della pressofusione a gravità dell'alluminio, le modalità di esecuzione, i fattori importanti come la temperatura e il tempo, il tipo di materiali utilizzati, i vantaggi e gli svantaggi e le applicazioni più comuni.

Come funziona la pressofusione a gravità dell'alluminio?

La pressofusione a gravità dell'alluminio è un processo di colata in stampo permanente che viene comunemente applicato per la produzione di parti metalliche in alluminio non ferroso. La pressofusione a gravità dell'alluminio comporta il versamento di alluminio fuso in uno stampo metallico riutilizzabile grazie alla sola influenza della gravità. Eliminando la pressofusione ad alta pressione, che utilizza una pressione di migliaia di psi per comprimere il metallo nello stampo, la pressofusione per gravità sfrutta le sole forze gravitazionali naturali, consentendo alla lega metallica fusa di fluire nelle cavità dello stampo senza alcuna restrizione.

Di seguito viene illustrato il processo tipico di questa attività:

1. Dopo essere stato preriscaldato a circa 150-300° C per evitare shock termici e favorire un flusso omogeneo del metallo, lo stampo metallico (solitamente in ghisa o acciaio) viene spinto verso lo stampo metallico.
2. Lo stampo è ricoperto da un lubrificante in ceramica o grafite per garantire che il metallo fuso non vi si attacchi.
3. Il metallo fuso (sotto forma di lega di alluminio, magnesio o rame), riscaldato a circa 650-750°C (a seconda del tipo di materiale), viene versato nello stampo.
4. Il metallo fuso viene spinto nella cavità dello stampo attraverso un canale di colata e occupa l'intero stampo per effetto della gravità.
5. Lo stampo fa solidificare la colata entro un tempo compreso tra 20 e 90 secondi, a seconda delle dimensioni e del materiale.
6. La matrice viene quindi aperta e l'oggetto viene espulso manualmente o rimosso dalla matrice.
7. Prima che il prodotto arrivi alla sua finitura, il materiale in eccesso delle guide e delle materozze viene tagliato.

Poiché il processo prevede l'uso della gravità e non della pressione meccanica, l'installazione dell'apparecchiatura è semplificata e i costi di manutenzione e di attrezzaggio sono generalmente inferiori.

Processo passo-passo di pressofusione a gravità

La tecnica di pressofusione per gravità è popolare per la sua facilità di ripetibilità ed è anche in grado di produrre metallo di alta qualità con tolleranze ristrette. A differenza della pressofusione ad alta pressione, applica la sola forza di gravità e riempie la cavità dello stampo, rendendo l'intero processo più efficiente in termini di costi e meno gravoso dal punto di vista meccanico.

Di seguito viene riportata una guida passo-passo su come viene eseguita la pressofusione a gravità dell'alluminio in un impianto ordinario:

1. Preparazione dello stampo

Il processo iniziale della colata di alluminio a gravità consiste nella preparazione dello stampo, altrimenti noto come matrice. Per la realizzazione di questi stampi, destinati a usi ripetuti, si utilizza solitamente acciaio o ghisa. Lo stampo viene pulito adeguatamente dopo che il metallo può essere versato, in modo da rimuovere eventuali residui lasciati da fusioni precedenti.

Dopo la pulizia, lo stampo viene preriscaldato a una temperatura compresa tra 150°C e 300 300°C. Il preriscaldamento fa sì che la lega di alluminio fusa non si raffreddi troppo velocemente al contatto, causando difetti come la chiusura a freddo o un riempimento inadeguato. Sulla superficie interna dello stampo viene applicato un agente distaccante, solitamente un rivestimento a base di grafite o ceramica. La funzione è duplice: garantire che la lega di alluminio fusa non si attacchi allo stampo e contribuire a ottenere una finitura più liscia del prodotto finale.

2. Fusione di leghe di alluminio

La preparazione dello stampo è seguita dalla fusione della lega metallica selezionata. Le quantità di leghe metalliche vengono poste in un forno e fuse alla temperatura di colata che dipende dalla lega. Ad esempio, i punti di fusione delle leghe di alluminio sono solitamente compresi nell'intervallo 650°C-750°C, mentre le leghe a base di rame possono richiedere punti di fusione compresi tra 900°C e 1100°С.

È di estrema importanza garantire un controllo preciso della temperatura di fusione. Un riscaldamento eccessivo potrebbe comportare una maggiore ossidazione o l'assorbimento di gas, mentre un riscaldamento insufficiente potrebbe causare un riempimento incompleto degli stampi o proprietà meccaniche scadenti.

3. Versamento del metallo fuso lega

Quando si raggiunge la giusta temperatura di fusione, il metallo fuso viene versato nello stampo preriscaldato. Nella pressofusione per gravità non viene applicata alcuna forza meccanica o pressione. La gravità fa sì che le leghe di alluminio fluiscano in modo naturale nell'ingresso della cavità dello stampo attraverso una serie di canali e porte.

Questa fase richiede una colata lenta e controllata per non creare turbolenze, che possono intrappolare i gas e causare porosità nella colata. In alcuni sistemi avanzati, esiste la possibilità di inclinare molto lentamente lo stampo durante la colata - la pressofusione a gravità inclinata per creare un flusso di metallo regolare e uniforme.

4. Riempimento della cavità dello stampo

Una volta che il metallo fuso penetra nello stampo, riempie tutte le porzioni della cavità sotto la forma dello stampo. La progettazione dello stampo è molto importante a questo punto. I sistemi di chiusura adeguatamente progettati distribuiscono il metallo in modo da evitare turbolenze, punti freddi o aree con possibili ritiri.

Poiché il flusso di metallo avviene per gravità, è necessario che il metallo venga versato alla velocità e alla temperatura corrette. La mancanza di controllo del flusso può causare difetti come riempimenti incompleti o chiusure a freddo - punti in cui due fronti di metallo si toccano ma non si fondono.

5. Solidificazione e raffreddamento

Dopo il riempimento della cavità, la lega metallica fusa inizia a raffreddarsi e a diventare solida. Il tempo di raffreddamento dipende dalle dimensioni e dalla complessità della colata e dal tipo di metallo utilizzato. Ad esempio, i pezzi di alluminio di piccole dimensioni possono solidificarsi già in 20-30 secondi, mentre quelli di grandi dimensioni o più spessi possono richiedere 60-90 secondi e oltre.

Nella maggior parte dei casi, lo stampo è raffreddato ad acqua per controllare la velocità di raffreddamento. Il raffreddamento controllato migliora la struttura dei grani e le tensioni interne e le riduce, rendendo i getti più resistenti e affidabili.

6. Apertura dello stampo e rimozione del pezzo

Lo stampo viene aperto dopo la solidificazione della lega di alluminio. A seconda del progetto, la colata può essere rimossa manualmente o espulsa attraverso la pressione fornita dai perni meccanici di espulsione incorporati nello stampo. Poiché la colata di grado utilizza uno stampo metallico, lo stampo può essere riutilizzato per migliaia di cicli e quindi il processo è economicamente vantaggioso per volumi medio-alti.

Per quanto sia necessario rimuovere i pezzi, occorre fare attenzione a non danneggiare la colata o lo stampo. A questo punto, la colata ha ancora il materiale in eccesso delle guide e delle porte, che deve essere rimosso nella fase successiva.

7. Rifinitura e rifinitura

La colata estratta tende a comportare del metallo in più, che viene attaccato alla materozza e al sistema di chiusura. Questo materiale viene tagliato meccanicamente con seghe, cesoie o strumenti di rettifica. Altre operazioni di finitura possono includere la sbavatura, la granigliatura, la lavorazione o il trattamento termico, a seconda dei casi, per ottenere le specifiche del prodotto.

Lo scopo di questa fase è quello di perfezionare l'aspetto del getto, aumentarne la precisione dimensionale e prepararlo per la sua funzione finale o per il lavoro di assemblaggio.

8. Ispezione e controllo qualità

L'ultimo processo del metodo di pressofusione a gravità è l'ispezione. I difetti superficiali, le tolleranze dimensionali e i difetti interni dei getti vengono verificati in modo affidabile. Le ispezioni visive vengono eseguite per prime e, a seconda delle necessità, seguite da altre tecniche più avanzate come:

• Per identificare la porosità interna o il restringimento, è necessario eseguire un test a raggi X.
• Cricche superficiali con il test del colorante penetrante.
• Test a ultrasuoni per la consistenza strutturale
• Test di pressione, in particolare per i componenti di gestione dei fluidi.

Solo i pezzi fusi che hanno superato tutti i controlli di qualità vengono rilasciati per l'uso o la consegna ai clienti. I pezzi scartati vengono solitamente fusi e riciclati, riducendo così lo spreco di materiali.

Tipi di pressofusione a gravità

La pressofusione per gravità è un processo versatile che si presenta in varie forme per soddisfare le diverse geometrie dei pezzi, i materiali e la produzione con varie esigenze. Anche se l'essenza dell'idea - riempire uno stampo di metallo con l'aiuto della gravità - è rimasta invariata, il processo di colata per gravità ha tipi specifici, o meglio, metodi che i diversi produttori applicano per soddisfare una particolare applicazione.

1. Stampo permanente per la pressofusione a gravità

Si tratta della più tipica pressofusione per gravità. La produzione di grandi volumi con lo stesso componente avviene utilizzando uno stampo metallico riutilizzabile (per lo più in acciaio o ghisa). Lo stampo viene preriscaldato, quindi applicato con un agente distaccante e riempito di metallo fuso. Dopo la solidificazione, il pezzo viene estratto dallo stampo e riciclato.

Applicazioni: Componenti di automobili, raccordi di condutture e alloggiamenti di pompe

Vantaggi: Elevata precisione dimensionale, buona finitura superficiale e stampo di lunga durata

2. Pressofusione a gravità inclinata

Con questo metodo, lo stampo viene inclinato lentamente durante il processo di colata. Ciò consente al metallo fuso di riempire la cavità dello stampo in modo lento e uniforme, evitando così turbolenze e possibilità di intrappolamento di gas o di perdite di freddo.

Applicazioni: Componenti a parete sottile o parti soggette a intrappolamento d'aria

Vantaggi: Miglioramento della solidità interna, della superficie e della presenza di difetti.

3. Pressofusione a gravità a bassa pressione (ibrida)

Tecnicamente, si tratta di una categoria separata, anche se alcuni possono considerarla una variante in cui una bassa pressione del gas (di solito 0,7-1,5 bar) viene applicata al metallo fuso e lo spinge delicatamente nella matrice. Questa tecnica aggiunge i vantaggi della semplicità della colata a gravità e alcuni vantaggi del controllo della pressione.

Applicazioni: Anche le ruote dei veicoli e i componenti strutturali sono realizzati con fusioni ad alta integrità.

Vantaggi: Migliore controllo del flusso di metallo, migliori proprietà meccaniche

4. Colata per gravità assistita da sabbia

Il metodo prevede l'utilizzo di anime di sabbia che vengono inserite nello stampo metallico e che permettono di formare cavità interne o sottosquadri che non sarebbe mai possibile creare utilizzando solo uno stampo in metallo pieno.

Applicazioni: Componenti complessi del motore, corpi valvola

Vantaggi: Consente la produzione di pezzi avanzati con la durata prolungata di uno stampo permanente. 

Tabella: Tipi di pressofusione a gravità

Materiali applicati nella pressofusione a gravità 

La colata in stampo a gravità è uno dei processi più comuni di colata in stampo permanente; viene applicata soprattutto alle leghe non ferrose. I materiali coinvolti in questo processo devono avere un'elevata fluidità, punti di fusione moderati e un'eccellente colabilità, in modo che il metallo fuso possa funzionare senza difetti riempiendo la cavità dello stampo. Poiché la colata per gravità applica solo la forza di gravità per riempire lo stampo senza una pressione esterna, la selezione del materiale è un fattore ancora più critico per ottenere la precisione dimensionale, la qualità della superficie e la resistenza. I principali materiali utilizzati per la pressofusione a gravità comprendono;

Leghe di alluminio

L'alluminio è il materiale più comunemente utilizzato nel processo di pressofusione per gravità grazie alle sue proprietà di leggerezza, eccezionale resistenza alla corrosione e facilità di fusione. Le leghe di alluminio tipiche sono A356, AlSi12 e A319. Queste leghe offrono una buona combinazione di resistenza, duttilità e conducibilità termica, che le rende adatte a parti di automobili come blocchi motore, teste di cilindri, alloggiamenti della trasmissione e altri pezzi della struttura.

Le leghe di alluminio utilizzate per la pressofusione a gravità fondono tipicamente a una temperatura compresa tra 660°C e 750°C. L'alluminio fuso scorre agevolmente nello stampo metallico e si raffredda rapidamente, formando una struttura densa e a grana fine. Questi prodotti possono anche essere sottoposti a un trattamento termico T5 o T6, che ne migliora le prestazioni meccaniche. La colata a gravità in alluminio offre un'elevata precisione dimensionale, una buona finitura superficiale e una lunga durata se lo stampo è ben mantenuto.

Leghe a base di rame

La colata per gravità è possibile anche con leghe di rame, in particolare bronzo e ottone. Questi materiali si applicano laddove è necessaria un'elevata resistenza all'usura, un'eccellente forza e una superba conducibilità termica/elettrica. Ad esempio, i getti di bronzo sono utilizzati in settori come le eliche marine, gli alloggiamenti delle pompe e i cuscinetti, mentre l'ottone è utilizzato in settori come gli impianti idraulici e la ferramenta decorativa.

Per quanto riguarda le temperature di fusione, le leghe a base di rame sono più elevate, comprese tra i 1000 e i 1200 gradi Celsius. In questo modo il materiale dello stampo è in grado di tollerare lo stress termico e il processo di colata deve essere ben controllato per evitare difetti di ossidazione e ritiro. La colata per gravità con leghe di rame, se adeguatamente controllata, può fornire pezzi robusti con un servizio eccellente in condizioni estreme.

Leghe di magnesio

Le leghe di magnesio sono incorporate nella pressofusione a gravità quando la progettazione di strutture leggere è una preoccupazione fondamentale, anche nel settore aerospaziale e automobilistico. Alcune delle leghe più comuni includono l'AZ91D, che combina un buon equilibrio di forza, colabilità e resistenza alla corrosione. Il suo principale vantaggio è la bassa densità di circa 1,8 g/cm³, il che significa che è il metallo strutturale più leggero che viene applicato.

Le leghe di magnesio si liquefanno a circa 600°C - 650°C. A causa dell'elevata reattività, devono essere colate in ambienti protetti o con l'ausilio di flussanti per evitare ossidazioni e bruciature. Tuttavia, la colata per gravità consente di produrre componenti in magnesio con un buon grado di precisione e meno scarti rispetto ad altre procedure di formatura.

Leghe di zinco

Sebbene lo zinco sia più adatto ai processi di pressofusione ad alta pressione, è stato utilizzato anche per la colata a gravità per applicazioni specifiche, in particolare per pezzi piccoli e ravvicinati con tolleranze più strette. Le leghe di zinco, come la Zamak 3 e la Zamak 5, sono apprezzate per il basso punto di fusione (circa 385 °C), la buona fluidità e la riproducibilità di dettagli fini negli stampi.

Le fusioni a gravità di zinco sono applicate a prodotti elettronici e di consumo e a parti meccaniche a basso carico. Il principale vantaggio dell'uso dello zinco nella pressofusione a gravità è la capacità di realizzare bordi taglienti e caratteristiche fini senza dover ricorrere a molti processi di lavorazione. Tuttavia, a causa della sua bassa resistenza meccanica rispetto all'alluminio o al rame, può essere utilizzato solo per usi non strutturali.

Leghe di alluminio potenziate al silicio

Le leghe di alluminio ricche di silicio, come l'AlSi12, sono ideali per la pressofusione a gravità, poiché il silicio aggiunto aumenta la fluidità, riduce il ritiro e aumenta la resistenza all'usura. Queste leghe sono ampiamente utilizzate nelle parti del motore, nei componenti dei freni e negli alloggiamenti idraulici, dove la stabilità dimensionale e la resistenza sono importanti.

Il contenuto di silicio che rientra nell'intervallo 7-12% migliora ulteriormente la capacità della lega di riempire forme di stampo complicate senza lacerazioni a caldo o porosità da gas. Queste leghe cristallizzano in modo costante, creando meno difetti e poche lavorazioni successive.

Alternative alla pressofusione a gravità

La pressofusione a gravità è una tecnica comunemente applicata per la produzione di parti metalliche di volume medio-alto con discrete proprietà meccaniche. Ma non sempre è la scelta migliore. Una serie di fattori come la complessità del pezzo, la finitura superficiale desiderata, il costo e il volume di produzione sono fondamentali per determinare il tipo di tecnica di fusione. In questi casi, i produttori possono ricorrere all'uso di vari processi di fusione alternativi. Di seguito viene fornito un esame approfondito delle principali alternative alla colata per gravità e dei loro punti di forza, punti deboli e applicazioni abituali.

Colata in sabbia

Il metodo di colata più tradizionale e flessibile è la colata in sabbia. Si tratta di lavorare con la cavità dello stampo preparando una miscela di sabbia per modellarla, solitamente legata da argilla o leganti chimici. Per modellare lo stampo in sabbia si utilizza un modello, solitamente in legno o metallo. Dopo la formatura dello stampo, il metallo fuso viene riempito nella cavità.

Questo processo è particolarmente indicato per volumi di produzione medio-bassi, per pezzi di grandi dimensioni o per pezzi con strutture geometriche interne complesse che non possono essere facilmente ottenute nel metallo solido. La colata in sabbia è relativamente più economica per quanto riguarda il costo degli utensili, quindi è adatta per la prototipazione o per gli ordini personalizzati.

Tuttavia, la colata in sabbia comporta una finitura irregolare e un'accuratezza di dimensionamento inferiore rispetto alla pressofusione per gravità. Lo stampo viene distrutto dopo ogni utilizzo e quindi i tempi di produzione e gli sprechi di materiale diventano più elevati per i volumi elevati. Ciononostante, la colata in sabbia è un'opzione flessibile quando i costi di allestimento sono poco importanti.

Pressofusione ad alta pressione

La pressofusione ad alta pressione (HPDC) prevede l'iniezione di metallo fuso in uno stampo di acciaio ad alta pressione, ovvero tra 600 e 1200 bar (1 pressione). Questo metodo consente di creare forme intricate con grande precisione dimensionale e qualità della superficie ad alta velocità.

L'HPDC è particolarmente utile quando si producono pezzi a pareti sottili, che non sarebbe possibile fondere con la tecnologia di sola gravità. È una pratica comune nell'industria automobilistica, elettronica e degli elettrodomestici. I tempi di ciclo ridotti e gli elevati livelli di automazione la rendono conveniente per la produzione di volumi molto elevati.

Gli svantaggi principali rispetto alla pressofusione per gravità sono il costo proibitivo degli utensili e la propensione all'intrappolamento di gas, che può causare porosità nel prodotto finale. Inoltre, a causa dell'alta pressione, il processo è solitamente limitato a componenti di piccole dimensioni e potrebbe non essere utilizzabile per parti più grandi o più spesse.

Pressofusione a bassa pressione

La pressofusione a bassa pressione (LPDC) è una versione modificata della colata a gravità. Invece di versare semplicemente il metallo fuso nello stampo, si applica una pressione positiva (tra 0,7 e 1,5 bar) nella camera del forno, facendo salire il metallo fuso nello stampo attraverso un tubo chiamato tubo di risalita.

Questo metodo offre un maggiore controllo sul flusso del metallo e riduce al minimo il rischio di porosità del gas. Viene comunemente applicato in applicazioni che richiedono parti ad alta integrità, come nel caso delle ruote automobilistiche e delle parti strutturali in alluminio. Rispetto alla pressofusione per gravità, l'LPDC consente di ottenere qualità meccaniche e tassi di scarto migliori.

Tuttavia, questo maggiore controllo ha un prezzo. La tecnologia è più complicata e costosa e il processo è più lungo. Anche in queste condizioni, l'LPDC viene spesso scelto quando è necessario migliorare la qualità della colata e l'integrità interna.

Colata centrifuga

La colata centrifuga prevede la rotazione dello stampo ad alta velocità e il versamento del metallo fuso al suo interno. Le forze centrifughe spingono il metallo contro le pareti dello stampo, riducendo la porosità e creando una struttura a grana estremamente fine.

Questa tecnica è adatta per pezzi cilindrici o tubolari, cioè tubi, anelli e boccole. Grazie alla cristallizzazione direzionale e alla costituzione densa, i pezzi formati tendono ad avere elevate proprietà meccaniche e basse proprietà di usura.

La colata centrifuga, tuttavia, è notevolmente limitata nella geometria del pezzo: può essere utilizzata solo quando si tratta di forme simmetriche e le caratteristiche interne complesse sono difficili da realizzare. Anche l'allestimento e l'attrezzatura iniziale sono piuttosto specializzati, il che si rivela un ostacolo per alcune operazioni. Tuttavia, nel caso di pezzi rotondi e ad alte prestazioni, la colata centrifuga rappresenta una buona opzione rispetto alla colata per gravità.

Colata a rivestimento (fusione a cera persa)

La microfusione, detta anche fusione a cera persa, è un processo che consiste nel creare una forma in cera del pezzo da produrre, applicare una ceramica (rivestimento) e fondere la cera per lasciare una cavità. Quindi il metallo caldo viene versato in questa cavità per produrre il pezzo finale.

Questo processo è molto prezioso per la sua capacità di realizzare pezzi molto intricati e dettagliati con una forma quasi netta. È perfetto per i componenti di dimensioni relativamente piccole o medie che richiedono un'elevata precisione dimensionale e caratteristiche estetiche di finitura superficiale di qualità, come le pale delle turbine, i componenti aerospaziali e i gioielli.

Rispetto alla pressofusione per gravità, la microfusione ha un tasso di produzione più lento e un costo elevato per pezzo, soprattutto quando il volume è elevato. Inoltre, gli stampi sono usa e getta e presentano un maggior numero di passaggi. Tuttavia, per i pezzi complicati che non possono essere realizzati con la colata a gravità, la microfusione è normalmente l'opzione migliore.

Quando usare le alternative?

La scelta della migliore alternativa al processo di pressofusione a gravità dipende dalle esigenze del pezzo e dalle condizioni di produzione. Ad esempio, la colata in sabbia è ideale per pezzi unici o grandi e pesanti. La pressofusione ad alta pressione è appropriata per la produzione su larga scala, dove sono necessari dettagli grossolani. La pressofusione a bassa pressione è perfetta se gli scopi richiedono una maggiore integrità interna. La colata centrifuga è imbattibile quando si tratta di pezzi rotondi, mentre la microfusione è più adatta per oggetti complessi e molto precisi.

Con ogni metodo, si otterrà una serie di compromessi diversi per quanto riguarda il prezzo, l'utensileria, la velocità e la qualità dei pezzi. In genere, la decisione sta nel bilanciamento di questi fattori con la funzione e l'aspetto estetico del prodotto finito.

Parametri di processo: Temperatura, pressione e tempo 

Diversi parametri tecnici influenzano il successo della pressofusione per gravità:

1. Temperatura di colata

Di solito è di 650 - 750 °C per le leghe di alluminio. Un versamento troppo caldo può causare l'intrappolamento di gas e la porosità. Se troppo freddo, il metallo potrebbe non entrare completamente nello stampo.

2. Temperatura dello stampo

Gli stampi vengono normalmente riscaldati a 150-300 °C. Il preriscaldamento dello stampo fa sì che il metallo non si solidifichi troppo presto e che il flusso del metallo diventi più fluido.

3. Tempo di raffreddamento

Il metallo deve essere lasciato solidificare prima di essere rimosso dopo il versamento. I tempi di raffreddamento variano a seconda della lega e della geometria del pezzo, ma in genere sono compresi tra 20 e 90 secondi.

4. Solo gravità (nessuna pressione esterna)

La colata a gravità non utilizza alcuna forza esterna rispetto alla pressofusione. Questa semplicità ha l'effetto di ridurre i costi e l'usura delle attrezzature.

5. Lubrificazione e rivestimento

Le superfici degli stampi sono lubrificate per facilitare il rilascio e la finitura superficiale. Alcuni dei rivestimenti tipici sono il nitruro di boro e le sospensioni di grafite.

Questi tre parametri devono essere controllati molto bene per ottimizzare getti di alta qualità con carenze minime come porosità, restringimento e chiusura a freddo.

Applicazioni della pressofusione a gravità 

La pressofusione a gravità è una delle pratiche più diffuse di fusione dei metalli che ha trovato un'ampia applicazione in diversi settori industriali grazie alla sua capacità di produrre pezzi precisi, duraturi e complessi da metalli non ferrosi. Il processo offre un'elevata ripetibilità, proprietà meccaniche adeguate e uno stretto controllo dimensionale che lo rende adatto ad applicazioni strutturali e funzionali. Di seguito sono riportati i principali settori e alcuni esempi in cui la fusione per gravità è utilizzata in modo critico.

1. Industria automobilistica

L'industria automobilistica è uno dei maggiori consumatori di componenti pressofusi per gravità. Questa tecnica è perfetta per la produzione di parti che devono essere caratterizzati da robustezza, resistenza al calore e stabilità dimensionale.

Le applicazioni principali includono:

• Teste di cilindro e blocchi motore
• Pinze e pompe dei freni
• Staffe per sospensioni e bracci di controllo
• Carter della trasmissione

La colata per gravità consente di creare geometrie complesse con superfici interne lisce, il che è molto importante per il trasporto efficiente dei fluidi nei motori e nei freni. I componenti operano a temperature comprese tra 90 e 120 °C, ma la resistenza del materiale è una delle principali preoccupazioni di progettazione.

2. Aerospaziale e aviazione

La riduzione del peso e l'affidabilità sono importanti nelle applicazioni aerospaziali. La pressofusione per gravità viene utilizzata per i pezzi che devono essere leggeri e allo stesso tempo durevoli, senza compromessi per quanto riguarda la resistenza dimensionale e alla fatica.

I getti aerospaziali tipici includono:

• Staffe di montaggio
• Componenti dell'alloggiamento
• Sistemi di condotti d'aria
• Coperchi del motore

Le leghe di alluminio e magnesio sono comunemente scelte per i componenti aerospaziali grazie al loro elevato rapporto resistenza/peso. Le fusioni devono resistere ai carichi atmosferici, alle variazioni di temperatura, da -55°C a 125°C durante il volo, e alle vibrazioni meccaniche durante il volo.

3. Macchinari industriali

La colata a gravità viene utilizzata nei macchinari pesanti e nelle attrezzature industriali per produrre parti che necessitano di forza e resistenza all'usura in presenza di sollecitazioni elevate.

I componenti comuni includono:

• Custodie per ingranaggi
• Involucri delle pompe
• Corpi dei compressori
• Collettori

Questi getti sono generalmente in lega di alluminio o bronzo, con alcuni progetti che presentano variazioni di spessore delle pareti e cavità interne complesse. Le pressioni di esercizio possono variare da 10 bar a 150 bar, a seconda del sistema.

4. Involucro elettrico ed elettronico

La colata per gravità è utilizzata per la fusione di involucri resistenti al calore e alla corrosione per componenti elettrici ed elettronici delicati.

Applicazioni tipiche:

• Alloggiamenti del motore
• Corpi di apparecchi di illuminazione
• Scatole di giunzione
• Alette di raffreddamento per dispositivi di potenza

I componenti devono garantire un'eccellente dissipazione del calore e stabilità dimensionale, impedendo al contempo l'intrusione di fattori ambientali, tra cui polvere e umidità. Le leghe di alluminio-silicio sono ampiamente utilizzate per questi scopi grazie alla loro conducibilità termica e resistenza alla corrosione.

5. Marine e cantieri navali

Le applicazioni marine richiedono materiali resistenti alla corrosione dell'acqua salata e all'esposizione costante all'umidità. La pressofusione per gravità viene utilizzata per ottenere parti robuste che funzionano in modo affidabile in tali circostanze.

Gli esempi includono:

• Alloggiamenti per eliche
• Corpi valvola
• Involucri delle pompe dell'acqua
• Raccordi e accoppiamenti

In questo caso, i materiali normalmente coinvolti sono il bronzo e le leghe alluminio-bronzo. Questi getti hanno maggiori probabilità di essere a tenuta di pressione e di lavorare in condizioni di elevata umidità, esposizione al sale e temperature comprese tra 5°C e 50°C.

6. Attrezzature agricole

Decorati con canali di raffreddamento interni, i prodotti pressofusi a gravità sono un aspetto prezioso delle macchine agricole per la loro resistenza a elementi come gli urti meccanici, l'usura ambientale e l'esposizione ai fertilizzanti o al terreno.

I componenti fusi per gravità includono:

• Corpi valvola idraulici
• Coperchi del cambio
• Staffe di montaggio
• Unità abitative PTO (sistemi di presa di forza)

Questi pezzi lavorano solitamente all'aperto in un'ampia gamma di temperature (da -20°C a 50°C) e devono funzionare anche in presenza di sporco, vibrazioni e condizioni corrosive.

7. Prodotti di consumo e hardware

La colata per gravità viene applicata anche nella produzione di parti decorative e funzionali nei prodotti di consumo, che devono essere sia resistenti che decorativi.

Le applicazioni includono:

• Maniglie e serrature delle porte
• Basi di illuminazione
• Pentole
• Alloggiamenti per utensili

Molti di questi componenti tendono a utilizzare leghe di zinco o di alluminio per la loro eccezionale finitura superficiale e la capacità di mantenere dettagli fini con una lavorazione minima per la fusione.

Versatilità della pressofusione a gravità

La versatilità della pressofusione per gravità risiede nella capacità di realizzare parti metalliche robuste, precise e complesse in diversi settori. Dall'industria automobilistica e aerospaziale ai prodotti marini e di consumo, questo processo di fusione rappresenta una soluzione solida quando l'integrità strutturale, la finitura superficiale, la precisione dimensionale e così via sono prioritari.

L'applicazione di stampi in acciaio riutilizzabili, leghe non ferrose e il flusso di metallo alimentato per gravità ne fanno una soluzione efficiente e affidabile per le moderne esigenze di produzione.

Vantaggi della pressofusione a gravità

L'utilizzo della colata per gravità presenta diversi vantaggi chiave:

• Migliori proprietà meccaniche: 

Grazie a una solidificazione meno rapida, i grani assumono una forma più uniforme e, di conseguenza, si ottiene un'elevata resistenza.

• Stampi riutilizzabili: 

Gli stampi metallici possono essere riutilizzati per migliaia di cicli, riducendo così il costo per pezzo.

• Miglioramento della finitura superficiale: 

Rispetto alla colata in sabbia, non solo la finitura è più liscia, ma richiede anche una minore lavorazione.

• Buona precisione dimensionale: 

È possibile ottenere tolleranze dell'ordine di ±0,1 mm.

• Ecologico: 

Il processo di pressofusione a gravità è anche sostenibile, perché gli stampi utilizzati possono essere riutilizzati e i rifiuti sono relativamente meno numerosi.

Grazie a questi vantaggi, molti produttori preferiscono la colata a gravità ad altre forme di colata in sabbia, quando sono richiesti volume e qualità.

Limiti della fusione per gravità

Il processo di pressofusione per gravità, come tutti gli altri processi, presenta alcuni inconvenienti, anche se è vantaggioso di per sé:

• Elevati costi di attrezzaggio: 

Rispetto alla pressofusione, il prezzo degli stampi metallici è relativamente più alto di quello degli stampi in sabbia.

• Limitato a forme semplici:

Questi delicati dettagli e sottosquadri dovrebbero essere difficili da realizzare senza un'anima complessa.

• Tempi di ciclo più lunghi: 

Il tempo di ciclo è più lento rispetto alla colata ad alta pressione, grazie al flusso e al raffreddamento naturale.

• Richiede un'operatività qualificata: 

Le maniglie della temperatura e della tempistica sono fondamentali per evitare difetti.

Questa limitazione deve essere presa in considerazione quando si decide di utilizzare la colata a gravità per un particolare pezzo.

Conclusione

La pressofusione per gravità è un metodo pratico, efficace e accurato per la produzione di pezzi in metallo, in particolare in leghe non ferrose come l'alluminio e il rame. Grazie all'uso della forza di gravità anziché della pressione esterna, il processo è caratterizzato da un'elevata qualità della superficie e da un'accuratezza dimensionale, oltre a produrre un oggetto strutturalmente solido, motivo per cui questo metodo è popolare in molti settori.

Se producete parti di automobili, componenti aerospaziali o alloggiamenti industriali, la colata per gravità vi offre un risultato coerente ed economicamente vantaggioso. Grazie allo stretto controllo di parametri quali la temperatura di colata, la temperatura dello stampo e la durata della presa, i produttori saranno in grado di produrre getti altamente specifici in termini di prestazioni e affidabilità.

Data la crescente necessità di componenti metallici leggeri, resistenti e rispettosi dell'ambiente, la pressofusione a gravità è una tecnologia vitale nel paradigma produttivo contemporaneo.