Pressofusione a bassa pressione: spiegato in modo semplice

Cos'è la pressofusione a bassa pressione?

La pressofusione a bassa pressione è un processo di produzione utilizzato per produrre componenti metallici di alta qualità, dimensionalmente coerenti e strutturalmente solidi. Implica l'uso di uno stampo o utensile permanente in acciaio, che viene generalmente preriscaldato prima che il metallo fuso venga iniettato al suo interno a una bassa pressione controllata. La bassa pressione utilizzata nel processo è generalmente compresa tra 2 e 15 psi, che è significativamente inferiore alla pressione utilizzata in pressofusione ad alta pressione.

Utilizza la pressione anziché la gravità per riempire gli stampi con metalli fusi come alluminio e magnesio. A differenza della fusione per gravità, il forno di attesa in questo processo si trova sotto la fusione. Il metallo liquido viene spinto verso l'alto attraverso un tubo montante e nella cavità, mentre la pressione viene applicata costantemente, a volte con incrementi crescenti, per riempire lo stampo e mantenere il metallo in posizione finché non si solidifica. Dopo che il metallo si è indurito, la pressione viene rilasciata e l'eventuale liquido metallico ancora presente nel tubo o nella cavità rifluisce nel forno di mantenimento per essere riutilizzato.

Come funziona la pressofusione a bassa pressione?

La pressofusione a bassa pressione prevede tipicamente le seguenti fasi:

Lavori di pressofusione a bassa pressione

Lo stampo (stampo) viene prima preparato rivestendolo con un materiale refrattario in grado di resistere alle alte temperature e impedire al metallo di aderire allo stampo. Lo stampo viene preriscaldato a una temperatura che garantirà un buon flusso del metallo ed eviterà la solidificazione prematura del metallo fuso.

Il metallo viene riscaldato ad una temperatura superiore al suo punto di fusione in una fornace. Il metallo fuso viene poi trasferito in un forno di attesa (crogiolo) che mantiene la temperatura ed elimina eventuali impurità dal metallo.

Il crogiolo viene quindi pressurizzato per forzare il metallo fuso attraverso un tubo montante centrale (gambo di riempimento) e nella cavità dello stampo.

La bassa pressione (tipicamente tra 7 e 15 psi) garantisce che il metallo fuso fluisca uniformemente e riempia la cavità dello stampo senza turbolenze, producendo parti con buona finitura superficiale, dettagli fini e meno difetti.

Una volta riempita la cavità dello stampo, il metallo fuso viene lasciato raffreddare e solidificare. Lo stampo viene quindi aperto e la fusione viene rimossa. Il pezzo fuso può essere soggetto a ulteriori lavorazioni, come rifilatura, granigliatura o trattamento termico, a seconda della sua applicazione finale.

Applicazioni della pressofusione a bassa pressione

LLPDC presenta numerosi vantaggi che lo rendono un metodo di pressofusione applicabile in diversi settori. Ecco alcune delle applicazioni della pressofusione a bassa pressione:

Industria automobilistica

Cerchioni fusi a bassa pressione

La pressofusione a bassa pressione viene utilizzata nell'industria automobilistica per produrre componenti come blocchi motore, testate cilindri e scatole di trasmissione. Il processo fornisce un'elevata precisione e una finitura superficiale superiore, rendendolo adatto alla produzione di componenti di motori ad alte prestazioni.

Industria aerospaziale

La pressofusione a bassa pressione viene utilizzata anche nell'industria aerospaziale per produrre componenti di aeromobili come carrelli di atterraggio, strutture alari e pale di turbine. Il processo di fusione a bassa pressione fornisce elevata resistenza e precisione, rendendolo adatto per componenti aeronautici critici.

Equipaggiamento industriale

La pressofusione a bassa pressione viene utilizzata nella produzione di apparecchiature industriali come pompe, valvole e componenti idraulici. Il processo fornisce un'eccellente precisione dimensionale, riducendo la necessità di ulteriori operazioni di lavorazione.

Applicazioni architettoniche

La pressofusione a bassa pressione può essere utilizzata anche per produrre componenti architettonici decorativi e funzionali come maniglie di porte, infissi di finestre e lampadari.

Vantaggi della pressofusione a bassa pressione

Getti altamente puri

La purezza dei getti prodotti mediante pressofusione a bassa pressione è eccezionalmente elevata, a causa della minima o inesistente scoria responsabile delle impurità. Questo basso livello di scorie può essere attribuito al design della macchina di colata. Tipicamente, le scorie si trovano sulla superficie dei metalli fusi. Poiché nella colata a bassa pressione i tubi montanti scendono nel forno di attesa, il metallo liquido che viene forzato nella cavità dello stampo non contiene scorie. Ciò si traduce in getti altamente puri, ulteriormente aiutati dal processo a bassa pressione, che riduce le possibilità che le scorie entrino nello stampo.

Inoltre, il processo di riempimento stabile della pressofusione a bassa pressione impedisce l'ossidazione del metallo fuso. Questo perché la stabilità riduce o elimina la caduta, l'impatto e gli spruzzi del metallo fuso durante il processo, con conseguente assenza di formazione di scorie di ossidazione che potrebbero influenzare la purezza dei pezzi fusi.

Alta precisione

La precisione delle parti prodotte mediante pressofusione a bassa pressione è attribuita al mantenimento di una bassa pressione durante la solidificazione. La bassa pressione consente il riempimento continuo della cavità dello stampo, compensando eventuali ritiri di volume man mano che il metallo fuso solidifica. Di conseguenza, il processo è ideale per la produzione di parti assialsimmetriche come le ruote, dove l’elevata precisione è fondamentale.

Porosità ridotta

Il flusso del metallo durante l'iniezione è molto regolare grazie all'atmosfera a bassa pressione. Riduce al minimo la formazione di sacche d'aria e porosità, ottenendo parti con maggiore resistenza e affidabilità.

Buono per forme complesse.

La maggiore fluidità del metallo liquido risultante dal riempimento a bassa pressione è la ragione dell'eccellente formabilità nella pressofusione a bassa pressione. Di conseguenza, i getti realizzati con questo processo hanno contorni netti e superfici lisce. Ciò rende il processo adatto alla produzione di pezzi fusi con geometrie complesse.

Parte complessa di fusione a bassa pressione

Possibilità di trattamento termico

Le parti realizzate in LPDC possono essere ulteriormente trattate termicamente per migliorarne la resistenza grazie alla loro bassa porosità. Ciò amplia l'ambito dell'applicazione del processo.

Svantaggi della pressofusione a bassa pressione

Sebbene il processo di pressofusione a bassa pressione sia ideale per ottenere prodotti accurati, presenta anche degli svantaggi.

Ciclo di lancio lungo

Uno svantaggio del processo di pressofusione a bassa pressione è il suo ciclo più lento, principalmente a causa della bassa pressione coinvolta. Di conseguenza, il processo ha un tasso di produzione basso, rendendo le parti fabbricate relativamente costose per produzioni in grandi lotti.

Non adatto per la realizzazione di parti a parete sottile

Una bassa pressione significa che è difficile spingere il flusso di metallo in aree strette come pareti sottili. Lo spessore minimo delle pareti delle parti colate a bassa pressione è 3 mm.

Pressofusione a bassa pressione vs. pressofusione ad alta pressione

L'idoneità della pressofusione a bassa e ad alta pressione dipende da vari fattori, come la complessità dei componenti, il volume di produzione e il budget di produzione. Di seguito vengono spiegate le differenze tra i due metodi e vengono delineati i vantaggi della pressofusione a bassa pressione rispetto alla pressofusione ad alta pressione.

Tempo di ciclo

La pressofusione a bassa pressione funziona tipicamente entro un intervallo di pressione compreso tra 0.7 bar e 1 bar, mentre la pressofusione ad alta pressione utilizza livelli di pressione significativamente più elevati, spesso superiori a 1000 bar. Di conseguenza, la pressofusione a bassa pressione offre un tempo di ciclo più lungo rispetto alla pressofusione ad alta pressione. Il processo di pressofusione a bassa pressione è più adatto per la produzione in volumi ridotti, mentre il processo di pressofusione ad alta pressione è più adatto per la produzione in volumi elevati.

Forza della parte

La compattezza del prodotto di colata a bassa pressione è inferiore a quella di la fusione ad alta pressione, così come la forza. Grazie alla sua migliore purezza, l'allungamento dei prodotti di fusione a bassa pressione è maggiore. La fusione ad alta pressione possiede una resistenza migliore, ma un allungamento inferiore. (Allungamento: per quanto tempo le parti possono essere allungate prima che si rompano sotto le forze di trazione)

Qualità del casting

Le fusioni a bassa pressione generalmente mostrano una qualità superiore rispetto alle fusioni ad alta pressione. Questo perché la riduzione di volume derivante dal ritiro durante la solidificazione è compensata da un'iniezione continua di metallo fuso nella cavità dello stampo fino al completamento della solidificazione.

Inoltre le fusioni a bassa pressione hanno un grado di purezza più elevato grazie alla minore quantità di scorie presenti e sono prive di pori. Ciò è in contrasto con le fusioni ad alta pressione che possono presentare porosità a causa dell'alta pressione coinvolta e possono anche contenere scorie iniettate nella cavità dello stampo. Le fusioni ad alta pressione non possono essere trattate termicamente perché il calore dilata i pori all'interno delle parti e provoca crepe.

Le dimensioni contano

La pressofusione a bassa pressione può essere utilizzata nella produzione di pezzi di grandi dimensioni, così come di componenti più piccoli, come finiture decorative per mobili ed elementi architettonici. Il processo consente la produzione di disegni complessi con un elevato grado di dettaglio e uniformità, rendendolo un'opzione interessante per le applicazioni in cui l'aspetto è importante.

La pressofusione ad alta pressione, invece, può produrre solo pezzi relativamente piccoli. La dimensione della parte che il processo può gestire è limitata dalla forza di bloccaggio che l'attrezzatura può fornire.

Costo

L’utilizzo della colata ad alta pressione comporta costi operativi e di investimento più elevati rispetto alla colata a bassa pressione, in gran parte a causa della necessità di macchinari specializzati. Tuttavia, la pressofusione ad alta pressione spesso comporta un costo di produzione per pezzo inferiore, poiché il processo facilita tempi di ciclo più rapidi.

Spessore parete

La fusione a bassa pressione è un metodo di produzione adatto per la produzione di componenti a pareti spesse, ma non è adatto per creare parti a pareti sottili con uno spessore inferiore a 3 mm. Al contrario, la fusione ad alta pressione è in grado di produrre parti a pareti sottili con uno spessore minimo di 0.40 mm.

Materiali utilizzati nella pressofusione a bassa pressione

Alluminio

L’alluminio è il metallo più comunemente utilizzato per la pressofusione a bassa pressione. È leggero, resistente alla corrosione e ha un eccellente rapporto resistenza/peso, che lo rende ideale per una varietà di applicazioni.

Magnesio

Il magnesio è comunemente utilizzato anche nella pressofusione a bassa pressione grazie alla sua leggerezza e all'eccellente rapporto resistenza/peso. Viene spesso utilizzato nell'industria automobilistica e aerospaziale.

Zinco

Lo zinco è un metallo economico comunemente utilizzato nella pressofusione a bassa pressione per parti piccole e complesse, come hardware decorativo e funzionale.

Rame e leghe di rame

Il rame e le sue leghe, come ottone e bronzo, possono essere utilizzati anche nella pressofusione a bassa pressione. Questi metalli hanno un'eccellente conduttività termica ed elettrica, che li rende ideali per componenti elettrici.

Sebbene la fusione a bassa pressione possa essere applicata a questi metalli, è più diffusa l'applicazione su metalli leggeri, in particolare le leghe di alluminio.

Altro processo di fusione

Colata per gravità

Pressofusione in gravità, noto anche come processo di fusione in stampo permanente, prevede l'uso della gravità per riempire uno stampo con metallo fuso. Questo metodo è particolarmente adatto per la fusione di leghe non ferrose come alluminio, rame, magnesio e zinco.

Un vantaggio chiave della fusione per gravità è la sua compatibilità con un’ampia gamma di materiali, a differenza della fusione a bassa pressione che viene utilizzata prevalentemente per la fusione delle leghe di alluminio. Questo è il motivo per cui la fusione a bassa pressione viene chiamata anche “pressofusione di alluminio a bassa pressione”.

Casting di investimento

La microfusione, detta anche microfusione, è un metodo basato sull'antico processo della fusione a cera persa. Il processo prevede la creazione di un modello in cera nella forma desiderata del prodotto finale, utilizzando tecniche come stampaggio a iniezione or stampa 3D.

Il modello in cera viene quindi rivestito con un impasto ceramico, con lo spessore del rivestimento attentamente controllato per formare uno stampo. Una volta che la cera si solidifica, lo stampo viene preriscaldato e la cera viene sciolta, lasciando dietro di sé un involucro metallico. Il metallo fuso può quindi essere versato nello stampo e vengono eseguite le fasi necessarie per completare il processo di fusione.

Rispetto alla fusione a bassa pressione, la fusione a cera persa è nota per la sua elevata precisione, poiché il modello in cera viene creato utilizzando processi di produzione precisi come la stampa 3D. Inoltre, il materiale ceramico utilizzato nella fusione a cera persa non si espande, garantendo un prodotto finale più preciso.

Fusione di sabbia

Le fonderie, fabbriche specializzate che producono getti di metallo, utilizzano comunemente la fusione in sabbia come processo di fusione del metallo primario. In questo processo tradizionale, viene realizzato uno stampo mescolando sabbia, argilla e acqua. Una volta che lo stampo è pronto, viene riempito con metallo fuso e, al termine, lo stampo viene rotto per rivelare la fusione.

Quando si decide tra pressofusione e fusione in sabbia, la scelta dipende dal tipo di metallo utilizzato. La fusione in sabbia è preferibile rispetto alla fusione a bassa pressione quando si lavora con metalli ad alta temperatura.

Conclusione

La pressofusione a bassa pressione è un processo di fusione del metallo che prevede l'iniezione di metallo fuso in uno stampo con bassa sovrapressione. Questo processo è estremamente accurato nella creazione di fusioni con geometrie complesse. Produce anche getti puri con proprietà materiali eccezionali, rendendolo un processo popolare in molti settori.

Questo articolo ha fornito un'introduzione al funzionamento della pressofusione a bassa pressione, nonché ai suoi vantaggi e svantaggi. Inoltre, ha esplorato processi di fusione alternativi che possono essere utilizzati al posto della pressofusione a bassa pressione.

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