Pressofusione a camera fredda: Guida completa

Il processo di pressofusione a camera fredda viene avviato con un primo travaso di metallo fuso in una camera di iniezione separata e poi con una forzatura in uno stampo di acciaio. Questo processo riguarda leghe ad alta fusione come l'alluminio, il rame e il magnesio. Si tratta di un processo di produzione con tolleranze strette e ad alta pressione, utilizzato nei settori dell'automobile, dell'elettronica e della produzione di componenti industriali. 

Che cos'è la pressofusione a camera fredda e quando utilizzarla?

Pressofusione a camera fredda è uno stampaggio ad alta pressione dei metalli, che rovinerebbe o corroderebbe un sistema a camera calda. In pratica, gli operatori fondono il metallo in un altro forno. Poi versano il metallo fuso in un manicotto di pallini non riscaldato. Il metallo viene forzato nello stampo chiuso da uno stantuffo idraulico con estrema pressione. La sezione si indurisce molto rapidamente e lo stampo viene aperto per far fuoriuscire la colata. Questo processo può essere utilizzato quando la lega ha una temperatura di fusione elevata o quando la lega corrode i componenti dell'iniezione, come le leghe di alluminio e rame. Il processo sacrifica la velocità del ciclo a favore delle dimensioni e della flessibilità della lega. 

Processo di pressofusione a camera fredda passo dopo passo

La pressofusione a camera fredda è una delle tecniche più affidabili per la produzione di parti metalliche di alta qualità. Ogni processo deve essere monitorato in termini di temperatura, pressione e tempo. Piccole variazioni possono influire sulla finitura superficiale, sulla resistenza e sulla precisione dimensionale del prodotto finale.

Fusione del metallo

Si inizia fondendo il metallo in un forno separato. Le leghe più utilizzate sono quelle di alluminio, magnesio e rame. Nel caso dell'alluminio, la temperatura è tipicamente compresa tra 650 e 750 gradi. È necessario mantenere la fusione pulita.

Le impurità vengono eliminate dall'operatore con l'aiuto di agenti flussanti e strumenti di scrematura. Se rimane dell'ossido o del gas, può introdurre in futuro difetti come porosità o inclusioni.

Nei forni ad alta tecnologia, un sistema di dosaggio è il collegamento diretto tra il forno e una macchina di pressofusione China Cold. Ciò garantisce che la temperatura e la composizione del metallo fuso siano uniformi in ogni colpo.

Metallo fuso nella camera di scoppio

Quindi il metallo fuso viene versato nella camera di pallinatura o nel manicotto di pallinatura. Questa operazione può essere eseguita manualmente o automaticamente.

La siviera manuale è facile, meno veloce e ha maggiori possibilità di intrappolare aria. I sistemi di siviera automatici, a loro volta, forniscono quantità precise di metallo con una bassa turbolenza.

L'ossidazione e l'inclusione di gas possono essere evitate controllando la velocità e la temperatura di spandimento. Altri preriscaldano un po' il manicotto di pallini in modo che non si abbassi improvvisamente di temperatura, per consentire la fluidità dell'iniezione.

3. Iniezione nella cavità dello stampo

Uno stantuffo idraulico viene utilizzato per iniettare il metallo fuso ad alta pressione nella cavità dello stampo, una volta inserito nel manicotto di iniezione. Questa è la fase fondamentale della pressofusione a camera fredda.

La pressione di iniezione varia da 3.000 psi a oltre 20.000 psi, a seconda delle dimensioni del pezzo e della lega. Il ciclo di iniezione prevede normalmente due fasi:

1. Fase di riempimento veloce: Lo stantuffo viene forzato molto velocemente per riempire lo stampo fino a quando il metallo inizia a indurirsi.
2. Fase di intensificazione o confezionamento: Il metallo viene ulteriormente pressato per renderlo compatto e per eliminare il ritiro.

La tempestività di queste fasi è fondamentale. I recenti macchinari per la pressofusione a camera fredda in Cina, i sistemi servo-idraulici regolano automaticamente la pressione e la velocità di ogni colpo e garantiscono l'omogeneità.

Solidificazione e raffreddamento

• Quando il metallo fuso viene versato nello stampo, iniziano subito il raffreddamento e la solidificazione.
• La matrice è dotata di canali di raffreddamento interni in cui circola acqua o olio per raffreddare efficacemente la matrice.
• Per garantire una qualità uniforme, è necessario mantenere una temperatura ottimale dello stampo compresa tra 150 o C e 250 o C.
• Quando lo stampo è surriscaldato, i tempi di ciclo si allungano e può verificarsi un flash. Quando è troppo freddo, il metallo può solidificarsi prima di riempire la cavità e causare chiusure a freddo o errori di produzione.
• I sistemi ad alta tecnologia possono essere in grado di effettuare simulazioni termiche e sensori di temperatura per osservare le aree calde e progettare layout di raffreddamento per ottenere una distribuzione uniforme del calore.

Apertura e espulsione dei pezzi

Una volta che il metallo si è solidificato, lo stampo viene aperto dalla macchina, dopodiché i perni di espulsione o i bracci robotici estraggono la colata.

Deve essere espulso solo quando è completamente solidificato, altrimenti si deforma. Nelle forme complesse, è presente più di un perno di espulsione, che garantisce il rilascio pulito della cavità dello stampo.

I robot prendono i pezzi sulle linee automatizzate e li posizionano sui nastri trasportatori per essere rifilati e raffreddati. In questo modo si riducono i danni da movimentazione e si accelera la produzione.

Rifinitura e rifinitura

• Dopo l'espulsione del getto, il materiale in eccesso comprende ancora i canali di scorrimento, le porte e le scorie.
• Vengono tagliati con presse per rifilatura, seghe o macchine CNC.
• In altri casi, la rifilatura viene eseguita automaticamente da sistemi di rifilatura robotizzati per garantire una produzione uniforme.
• Dopo la rifilatura, i getti possono essere sottoposti a processi secondari quali lavorazione, foratura, maschiatura, lucidatura, anodizzazione o rivestimento.
• Queste misure migliorano l'accuratezza delle dimensioni e della finitura del pezzo e lo chiamano assemblaggio o ispezione finale.

Ispezione e controllo qualità

L'ultima è l'ispezione e il controllo di qualità. Ogni colata viene ispezionata per garantire che abbia le tolleranze e gli standard qualitativi necessari.

I tipi di ispezione più diffusi sono:

• Calibri/macchina di misura coordinata (CMM).
• Controllo grafico di fessure, fiammate o difetti superficiali.
• Per determinare la porosità interna si utilizzano test che non comportano la distruzione, come quelli a raggi X o a ultrasuoni.
• Test dei componenti degli alloggiamenti del motore o delle valvole, ad esempio per verificare la presenza di perdite o di pressione.

I macchinari per la moderna pressofusione a camera fredda in Cina sono solitamente dotati di sensori e software che tengono traccia di tutti i parametri - temperatura della colata, pressione di iniezione e temperatura dello stampo - che consentono di monitorare la qualità in tempo reale.

Ottimizzazione di processo e di controllo

La qualità dei risultati deve basarsi su una qualità controllata in ogni fase.

• Gli operatori controllano aspetti quali la pulizia della massa fusa, il metodo di dosaggio, la velocità del colpo, la curva di pressione e la temperatura dello stampo.
• Piccoli scarti possono aggiungere o causare errori dimensionali.
• L'automazione contribuisce a ridurre al minimo l'errore umano. La ripetibilità è migliorata e la porosità è ridotta grazie all'uso di servocomandi, movimentazione robotizzata e sistemi di vuoto.
• La manutenzione di routine - pulizia delle linee idrauliche, ispezione delle guarnizioni e calibrazione dei sensori - garantisce la regolarità del lavoro della macchina.

Sicurezza e fattori ambientali

• La manipolazione dei metalli fusi è pericolosa.
• Gli operatori devono utilizzare guanti resistenti al calore, schermi facciali e abiti protettivi.
• Le macchine devono essere dotate di arresti di emergenza, schermi termici e allarmi automatici di temperatura o pressione.
• I sistemi moderni sono anche efficienti dal punto di vista energetico e riducono al minimo gli sprechi in termini di ambiente.
• I sistemi servoidraulici consumano meno energia. I circuiti di raffreddamento sono raffreddati ad acqua.
• Alcune macchine cinesi per la pressofusione a camera fredda sono dotate di sistemi a ciclo chiuso, in cui il calore viene riutilizzato, riducendo così al minimo l'impronta di carbonio.

Materiali e leghe solitamente utilizzati.

L'uso di una camera fredda è preferibile per le leghe che non possono essere utilizzate nelle macchine a camera calda. I materiali più comunemente utilizzati sono le leghe di alluminio, magnesio, rame e alcune combinazioni di zinco e alluminio, dove la corrosione del meccanismo di iniezione deve essere evitata a tutti i costi. Nelle parti strutturali del settore automobilistico prevalgono le leghe di alluminio. Il magnesio è applicabile in situazioni in cui la leggerezza è un problema. Entrambe le leghe hanno un punto di fusione, una fluidità e un comportamento di ritiro propri, che devono essere gestiti nella progettazione dello stampo e nei parametri di processo. 

Macchinari e caratteristiche - come la scelta della macchina per la pressofusione a camera fredda in Cina.

Macchine per la pressofusione: Le macchine di pressofusione a camera fredda sono costituite da un robusto telaio, un'unità di iniezione ad alta pressione, un sistema idraulico e l'elettronica di controllo. Le macchine moderne sono dotate di servo-idraulica per risparmiare energia e migliorare il controllo, di controlli computerizzati per rendere programmabili i profili dei pallini e di sistemi ausiliari integrati, come i regolatori di temperatura dello stampo e i sistemi automatici di siviera. È inoltre possibile trovare fornitori di macchine per la pressofusione a camera fredda in Cina che offrono un'ampia varietà di modelli e diverse fasce di prezzo, nel caso in cui si tratti di macchine. Esistono modelli compatti di produttori cinesi che si adattano a piccole officine e macchine di grande tonnellaggio adatte alla produzione di grandi volumi. I costruttori cinesi tendono a confezionare attrezzature di fusione e movimentazione per fornire una linea chiavi in mano. Confrontate le macchine in termini di controllo della forza di chiusura massima (tonnellate), volume della pallottola, controllo della velocità in un'iniezione, dimensioni dello stampo e automazione. 

Elementi essenziali della progettazione di utensili e stampi

L'acciaio per utensili temprato è normalmente lo stampo. La progettazione dello stampo deve consentire un flusso controllato di metalli e di aria gassosa in uscita, nonché la geometria delle guide e dei canali di raffreddamento per raffreddare rapidamente il progetto. I punti salienti della progettazione sono la prevenzione delle chiusure a freddo, la riduzione della porosità e il contenimento del ritiro. I piani, i cursori e le anime sono tipici della formatura di geometrie complicate. Una buona manutenzione dello stampo, come la lucidatura e la granigliatura tra una serie e l'altra, aumenta la durata dell'utensile e mantiene la finitura della superficie.

Tabella del controllo qualità

Usi della pressofusione a camera fredda

La pressofusione a camera fredda è una tecnologia cruciale nell'industria contemporanea che necessita di componenti metallici di alta precisione, robusti e intricati. Grazie alla sua capacità di lavorare metalli con elevati punti di fusione, come alluminio, rame e magnesio, è stata utilizzata come processo di produzione auspicabile per componenti vitali in settori come quello automobilistico, aerospaziale, elettronico e dei macchinari pesanti.

Industria automobilistica

L'industria automobilistica è un grande consumatore di componenti pressofusi a camera fredda. Il processo viene utilizzato per la produzione di parti del blocco motore, alloggiamenti della trasmissione, coperchi della frizione, scatole del cambio e parti delle ruote. Questi componenti devono resistere a carichi meccanici elevati, alte temperature e vibrazioni costanti. La pressofusione a camera fredda viene effettuata per garantire elevati standard di dimensioni e prestazioni. A questo proposito, le leghe di alluminio e magnesio sono particolarmente apprezzate nel settore per la loro capacità di offrire resistenza anche a fronte di un peso ridotto del veicolo, aumentando così l'efficienza dei consumi e la maneggevolezza.

Industria aerospaziale

Nella produzione aerospaziale, tutti i pezzi devono garantire un perfetto equilibrio tra peso, resistenza e precisione. La pressofusione a camera fredda consente di produrre staffe strutturali, supporti della cellula, alloggiamenti e parti relative ai motori con grande precisione dimensionale. La bassa finezza della superficie e l'integrità interna che questa tecnica di colata offre la rendono molto appropriata nelle applicazioni aerospaziali, poiché i pezzi aerospaziali devono avere elevati standard di sicurezza e affidabilità.

Industria elettronica

La pressofusione a camera fredda è utile all'industria elettronica per la produzione di componenti complessi ad alta precisione. I componenti dei dispositivi elettronici, come dissipatori di calore, involucri, connettori e alloggiamenti di dispositivi elettronici, sono normalmente realizzati in leghe di alluminio. Questi componenti devono avere una buona conducibilità termica, essere leggeri e resistenti alla corrosione. I componenti in alluminio pressofuso sono utili per raffreddare efficacemente il calore, migliorando così le prestazioni e la longevità degli attuali dispositivi elettronici, tra cui computer, luci LED e dispositivi di comunicazione.

Macchinari e attrezzature industriali

Anche le pompe, le valvole, i compressori, gli alloggiamenti dei motori e le parti idrauliche delle macchine industriali vengono prodotti con la pressofusione a camera fredda. Questi componenti devono lavorare in condizioni estreme e necessitano di elevata resistenza e precisione dimensionale. Il processo garantisce uniformità dello spessore delle pareti, buone superfici di tenuta e buone caratteristiche meccaniche. Il motivo per cui i produttori scelgono questo approccio ai macchinari industriali è che possono essere prodotti in volumi elevati senza perdere in precisione.

Applicazioni per i consumatori e l'energia Applicazioni per i consumatori e l'energia

Oltre alle industrie pesanti, il processo viene applicato a beni di consumo come utensili elettrici, elettrodomestici da cucina ed elementi energetici come supporti per pannelli solari e connessioni per turbine eoliche. Le macchine cinesi per la pressofusione a camera fredda sono versatili, per questo possono produrre pezzi durevoli e leggeri in grandi quantità per migliorare le prestazioni e l'aspetto del design nei beni di consumo e nell'energia.

Vantaggi della pressofusione a camera fredda

Il processo di pressofusione a camera fredda presenta numerosi vantaggi che lo qualificano come una tecnica favorevole per la fusione di componenti metallici di alta qualità e precisione. Questi vantaggi lo rendono molto popolare in vari settori industriali.

Alta resistenza e precisione

Ciò consente ai produttori di realizzare elementi potenti, spessi e dimensionalmente precisi. L'alta pressione viene utilizzata in modo che il metallo fuso riempia completamente la cavità dello stampo senza vuoti e/o spazi vuoti. Si ottiene così un pezzo solido, con una buona integrità strutturale e uno spessore uniforme. La giusta combinazione di queste proprietà rende la pressofusione a camera fredda ideale per i pezzi che devono affrontare carichi meccanici o stress ambientali, come gli alloggiamenti e i componenti strutturali delle automobili.

Applicabile alle leghe ad alta fusione

Il processo a camera fredda, a differenza di quello a camera calda, può trattare metalli ad alto punto di fusione come alluminio, magnesio e rame. Queste leghe non possono essere utilizzate nelle macchine a camera calda perché si corrodono o vengono danneggiate dal calore. La possibilità di lavorare con queste leghe offre l'opportunità di sviluppare pezzi che costano meno, ma sono più forti e hanno un'elevata resistenza alla corrosione, qualità necessarie nei settori aerospaziale e automobilistico.

Eccellente finitura superficiale

La pressofusione a camera fredda è il processo che consente di ottenere una finitura superficiale liscia e dettagliata, con una lavorazione secondaria o una lucidatura minima o nulla del pezzo. I getti finali sono puliti e attraenti, grazie al giusto design dello stampo e al raffreddamento adeguato. La qualità della superficie migliora anche l'adesione della vernice, il rivestimento e le prestazioni di tenuta, consentendo di risparmiare tempo e costi nella fase di post-lavorazione.

Ripetitività ed efficienza

Dopo che lo stampo è stato ottimizzato e progettato, è possibile riprodurlo migliaia di volte con poche differenze nella qualità. Questo lo rende ideale per la produzione di massa degli stessi pezzi. Con le macchine per la pressofusione a camera Chinacold, i produttori possono automatizzare i processi di siviera, spruzzatura ed espulsione per migliorare la velocità di produzione e ridurre i costi di manodopera senza compromettere la precisione.

Precisione e complessità dimensionale

La pressofusione a camera fredda consente di produrre geometrie complesse e componenti a parete sottile che altrimenti sarebbero difficili o impossibili da produrre con altri processi. Si utilizza l'iniezione ad alta pressione del metallo, che cattura i dettagli complessi dello stampo e fornisce tolleranze dimensionali ristrette. Questa precisione riduce al minimo i requisiti di lavorazione e garantisce un perfetto adattamento dei pezzi una volta inseriti in prodotti più grandi.

Lunga durata dell'utensile

Poiché lo stampo è realizzato in acciaio temprato e si raffredda molto bene a ogni ciclo di cottura, può sopravvivere a migliaia di cotture prima di dover essere sostituito. Questa longevità riduce le spese di attrezzaggio nel lungo periodo, soprattutto quando la produzione è di grandi dimensioni.

Svantaggi e limiti

Sebbene la pressofusione a camera fredda presenti numerosi vantaggi, ha anche dei limiti che i produttori dovrebbero prendere in considerazione prima di implementarla in un progetto. La conoscenza di questi limiti aiuterà a scegliere il processo di colata più adatto e ad aumentare l'efficienza produttiva.

Tempi di ciclo più lenti

Il tempo di ciclo è più lungo, poiché il metallo fuso viene trasferito (a mano o in modo semiautomatico) nella camera di colata, in un forno esterno, e non attraverso il processo della camera calda. Le altre fasi di manipolazione e controllo della temperatura, che vengono eseguite in ogni ciclo, rallentano un po' la velocità di produzione. Tuttavia, le attuali macchine di pressofusione a camera fredda cinesi, dotate di sistemi di siviera integrati, hanno ridotto questo inconveniente a un livello minimo.

Aumento dei costi di allestimento e di attrezzaggio

I costi iniziali delle attrezzature e degli utensili per la pressofusione a camera fredda sono piuttosto elevati. La progettazione di precisione degli stampi, dei sistemi di iniezione e di altre parti ausiliarie comporta costi iniziali aggiuntivi. Tuttavia, quando i volumi sono elevati, il costo per pezzo si riduce significativamente con il tempo e quindi, a lungo termine, il processo diventa conveniente.

Gamma limitata di leghe

Le macchine a camera fredda vengono generalmente utilizzate con leghe ad alta fusione, tra cui alluminio, magnesio e rame. Non possono essere utilizzate con metalli a basso punto di fusione, come zinco, piombo o stagno, che di solito si ottengono con il metodo della camera calda. Ciò significa che la scelta dei materiali è leggermente limitata rispetto ad altre tecnologie di fusione.

Necessità di operatori qualificati

A causa del controllo della pressione, della temperatura e della precisione dei tempi, il processo di pressofusione a camera fredda richiede lavoratori esperti e altamente qualificati. Porosità, errori di produzione o chiusura a freddo sono alcuni dei difetti che possono insorgere in caso di incoerenza nel dosaggio o di pressione di iniezione non corretta. Per mantenere una qualità costante dei prodotti, è necessario ricorrere alla formazione e alla supervisione.

Manutenzione e consumo di energia

Un sistema a camera fredda richiede forni esterni e sistemi idraulici ad alta pressione, che consumano molta energia. Inoltre, richiede una manutenzione regolare per evitare perdite idrauliche, usura degli stampi e squilibri di temperatura. La mancata considerazione di questi aspetti può avere un impatto sulla produttività e sulla consistenza del prodotto.

Confronto tra camere fredde e calde

Le macchine a camera calda trattengono la fusione nella macchina e sono veloci. Si adattano bene alle leghe a bassa fusione come zinco e piombo. Il forno è separato da camera fredda macchine. Sono più lenti e possono lavorare con alluminio e leghe ad alte temperature senza corrodere la macchina. Selezionare componenti caldi e di zinco. Scegliere leghe a freddo e pezzi più grandi e pesanti. 

Aspetti economici e dimensioni

Alcuni dei costi principali comprendono gli utensili (stampi), le materie prime, l'ammortamento delle macchine, la manodopera, la finitura e il controllo qualità. Il costo iniziale maggiore è generalmente quello degli utensili. Il costo per pezzo diminuisce rapidamente con il volume e, pertanto, necessita di economie di scala. Per quanto riguarda l'acquisto di macchine, quelle a basso costo consentono di risparmiare sul capitale, ma possono costare di più in termini di scarti, necessitano di maggiore manutenzione o sono poco automatizzabili per risparmiare sui costi di manodopera permanenti. Considerate il costo totale di proprietà e non il prezzo di acquisto.

Componenti di una macchina per la pressofusione a camera fredda

Una macchina di pressofusione a camera fredda convenzionale è composta da:

• Telaio/unità di serraggio: È qui che viene applicata un'alta pressione allo stampo.
• Sistema di iniezione: Spinge il metallo fuso nella cavità dello stampo ad alta velocità.
• Sistema idraulico: Guida il movimento dello stantuffo e della matrice.
• Sistema di raffreddamento: Controlla la temperatura degli stampi.

I punti di acquisto da considerare in un'occhiata ai fornitori di macchine per la pressofusione a camera fredda in Cina.

• Richiedete le specifiche complete: forza di serraggio, volume di pallini, corsa e sistema di controllo.
• Informatevi sull'uso dell'automazione: stazioni di mescolamento/dosaggio, manipolazione dei pezzi e rifilatura.
• Controllare le referenze e i pezzi campione: Ordinare fotografie, radiografie e fogli di lavorazione.

Tenere conto dei servizi post-vendita e dei ricambi. Nel caso di macchine cinesi, considerate i tempi di consegna dei ricambi e dell'assistenza. Numerosi buoni produttori cinesi offrono buoni prezzi e soluzioni chiavi in mano, ma i contratti di assistenza contano. 

Tendenze future della pressofusione a camera fredda

Il processo di pressofusione a camera fredda continuerà a sviluppare l'automazione intelligente, il controllo AI e i servosistemi ad alta efficienza energetica. Le aziende cinesi si stanno sempre più orientando verso l'integrazione con l'Industria 4.0, che consente di tracciare la produzione in tempo reale, prevedere la manutenzione e controllare la qualità utilizzando il cloud. C'è anche una tendenza verso materiali leggeri come le leghe di magnesio, dove le aziende automobilistiche puntano all'efficienza dei consumi.

I nuovi sistemi ibridi combinano le tecniche di pressofusione sotto vuoto e di camera fredda per ridurre la porosità e migliorare l'integrità della superficie. I sofisticati sensori e la velocità di controllo dell'iniezione garantiscono ai produttori una maggiore uniformità e minori sprechi.

Nei prossimi anni si vedranno linee di pressofusione ancora più sostenibili con sistemi di raffreddamento a ciclo chiuso, dosaggio automatizzato delle leghe e produzione virtuale con gemelli digitali.

Pensieri finali

La pressofusione a camera fredda è rimasta un pilastro dell'attuale produzione di metalli. È accurata, durevole ed efficiente nella produzione di parti metalliche complesse. Nel sourcing della Cina, è necessario selezionare una macchina per la pressofusione a camera fredda che sia conveniente in termini di tonnellaggio e precisione di controllo e che fornisca anche una copertura di servizio a lungo termine.

La lista di controllo dell'acquirente può aiutarvi a trovare una soluzione conveniente senza sacrificare la qualità, facendo un'analisi comparativa dei modelli di macchine. L'investimento in un impianto a camera fredda affidabile fornirà risultati prevedibili e redditività a lungo termine, sia nel caso di produzione di componenti automobilistici, di alloggiamenti strutturali o di parti elettroniche.