TL;DR

Uno stampo per pressofusione è uno strumento di alta precisione e riutilizzabile, realizzato tipicamente in due metà di acciaio temprato, che funge da elemento centrale nel processo di pressofusione. Il metallo fuso viene iniettato nella cavità dello stampo sotto un'enorme pressione, consentendo la produzione su larga scala di parti metalliche complesse. Questo metodo è noto per la creazione di componenti con eccezionale accuratezza dimensionale e una superficie particolarmente liscia.

Cos'è uno Stampo per Pressofusione? Il Meccanismo Centrale Spiegato

Un mold per la pressofusione, noto anche come stampo o attrezzatura, è uno strumento produttivo sofisticato utilizzato per conferire al metallo fuso una forma specifica e desiderata. Fondamentalmente, lo stampo è composto da due metà principali: la "semimatrice fissa", che è stazionaria, e la "semimatrice mobile", che può muoversi. Quando queste due metà vengono serrate insieme sotto alta pressione, formano una cavità interna che rappresenta l'esatto negativo del pezzo da produrre. Questo processo è concettualmente simile a uno stampo ad iniezione utilizzato per le materie plastiche, ma è progettato per resistere alle temperature e pressioni estreme dei metalli fusi.

Il funzionamento fondamentale prevede l'iniezione di una lega fusa di metallo non ferroso in questa cavità sigillata a elevata velocità e pressione. Tale pressione viene mantenuta durante la solidificazione del metallo, garantendo che ogni dettaglio della cavità dello stampo venga riempito. Questa tecnica è fondamentale per produrre componenti con geometrie complesse e pareti sottili, difficilmente realizzabili con altri metodi di fusione. Una volta che il metallo si è raffreddato e indurito, la metà dello stampo eiettrice si ritrae e un meccanismo di espulsione spinge fuori il getto finito.

La scelta del metallo è cruciale e, sebbene il processo sia più comune per le leghe non ferrose, non è esclusivamente limitata a esse. I materiali più comunemente utilizzati nella fusione in stampo includono:

• Leghe di Alluminio
• Leghe di Zinco
• Leghe di Magnesio
• Leghe di rame (come l'ottone)

Questi materiali offrono una gamma di proprietà, dalla leggerezza e resistenza (alluminio e magnesio) all'elevata resistenza alla corrosione e alla facilità di colata (zinco). Secondo Fictiv , questo processo è ideale per produzioni in grande volume in cui costanza e precisione sono fondamentali.

L'anatomia di uno stampo per pressofusione: componenti chiave e funzioni

Uno stampo per pressofusione è molto di più di un semplice blocco cavo di acciaio; si tratta di un insieme complesso di componenti progettati con precisione che lavorano in sinergia. Ogni parte svolge un ruolo fondamentale nel ciclo di fusione, dal guidare il metallo fuso fino al raffreddamento del pezzo ed alla sua espulsione pulita. Comprendere questi componenti è essenziale per apprezzare l'ingegneria alla base del processo. I componenti principali sono la struttura dello stampo, che sostiene tutte le altre parti, e la cavità vera e propria, che forma la geometria esterna del pezzo.

Il percorso del metallo fuso è controllato da una rete di canali. Ha inizio nel canale di colata , dove il metallo entra nello stampo proveniente dalla macchina di pressofusione. Da qui, scorre attraverso corridori , che sono canali ricavati mediante fresatura nelle due metà dello stampo per distribuire il metallo. Infine, passa attraverso il porta , un'apertura stretta che indirizza il metallo nella cavità dello stampo. La progettazione del sistema di canali e iniettori è fondamentale per controllare la portata e la pressione al fine di prevenire difetti.

All'interno dello stampo, il nucleo forma le caratteristiche interne del pezzo, mentre il cavità ne forma le superfici esterne. Per rimuovere il pezzo finito, il sistema di espulsione , composto da spine e piastre, spinge la fusione solidificata fuori dallo stampo. Contemporaneamente, un sistema di raffreddamento , costituito da canali attraverso i quali circolano acqua o olio, regola la temperatura dello stampo. Questo controllo è essenziale per gestire il tempo di ciclo e prevenire danni termici agli utensili. Sono inoltre previste delle valvole di sfiato per permettere all'aria intrappolata di fuoriuscire durante l'iniezione del metallo.

Tipi comuni di stampi e macchine per la pressofusione

Gli stampi per la pressofusione sono spesso classificati in base alla loro struttura o al tipo di macchina per cui sono progettati. Strutturalmente, possono essere stampi monocavità, che producono un pezzo per ciclo, oppure stampi multicavità, che producono più pezzi identici simultaneamente per una maggiore efficienza. Tuttavia, la distinzione più significativa riguarda le macchine utilizzate: pressofusione a camera calda e pressofusione a camera fredda.

Fusione a camera calda è utilizzato per leghe con punto di fusione basso, come lo zinco, lo stagno e il piombo. In questo processo, il meccanismo di iniezione è immerso nel bagno di metallo fuso all'interno del forno. Ciò permette tempi di ciclo molto rapidi poiché non è necessario trasportare il metallo da un forno esterno. Il processo è altamente automatizzato ed efficiente per la produzione in grande quantità di parti più piccole.

Pressofusione a Camera Fredda è richiesto per leghe con alto punto di fusione, in particolare alluminio e magnesio. In questo metodo, una quantità precisa di metallo fuso viene prelevata da un forno separato e versata in una "camera fredda" o canna di iniezione prima di essere spinta nello stampo da uno stantuffo. Come specificato da Wikipedia , questa separazione è necessaria per evitare danni ai componenti di iniezione a causa del contatto prolungato con metalli ad alta temperatura. Sebbene i tempi di ciclo siano più lenti rispetto al processo a camera calda, questo metodo consente la realizzazione di parti strutturali resistenti e leggere utilizzate nei settori automobilistico e aerospaziale.

Il Processo di Fusione a Pressione e le Considerazioni sulla Progettazione degli Stampi

Il processo di pressofusione è un ciclo altamente efficiente e automatizzato che trasforma metallo fuso in un componente finito in pochi secondi. Al centro di questa operazione vi è lo stampo, il cui funzionamento può essere suddiviso in diverse fasi chiave. Ogni fase deve essere attentamente controllata per garantire che il pezzo finale soddisfi rigorosi standard qualitativi. Il materiale utilizzato per lo stampo stesso è tipicamente un acciaio per utensili di alta qualità e temprato, come l'H13, scelto per la sua capacità di resistere a urti termici e usura per centinaia di migliaia di cicli.

Il ciclo produttivo segue una sequenza precisa:

1. Preparazione dello stampo e chiusura: Le superfici interne dello stampo vengono spruzzate con un lubrificante per favorire il raffreddamento e l'espulsione del pezzo. Le due metà dello stampo vengono quindi fissate saldamente insieme dalla macchina di pressofusione.
2. Iniezione: Il metallo fuso viene forzato nella cavità dello stampo ad alta pressione (compresa tra 1.500 e oltre 25.000 psi). Il metallo riempie rapidamente la cavità, spesso in pochi millisecondi.
3. Raffreddamento: Il metallo fuso si raffredda e solidifica all'interno dello stampo refrigerato ad acqua o ad olio. Durante questa fase, il pezzo assume la sua forma finale.
4. Estrazione: Una volta solidificato, la metà mobile dello stampo si apre e i perni di espulsione spingono la fusione fuori dalla cavità.
5. Taglio: L'ultimo passaggio prevede la rimozione di qualsiasi materiale in eccesso, noto come bava, insieme al canale di alimentazione e ai canali di colata, dal pezzo finito. Questa operazione viene spesso eseguita in una fase secondaria mediante uno stampo di sfrido.

La produzione corretta dei pezzi dipende fortemente dalla progettazione iniziale dello stampo. Gli ingegneri devono considerare diversi fattori per garantire la qualità del pezzo e massimizzare la durata dello stampo. Una progettazione adeguata è essenziale per prevenire difetti comuni come porosità e crepe. Tra i principali aspetti da considerare vi sono:

• Angolo di sformo: Alle superfici parallele alla direzione di apertura dello stampo viene dato un leggero angolo (sagoma di sformo) per consentire l'espulsione del pezzo senza strisciamenti o danni.
• Raggi e arrotondamenti: Gli spigoli interni vivi vengono arrotondati per migliorare il flusso del metallo e ridurre le concentrazioni di tensione nel pezzo finale.
• Spessore del muro: Le pareti dovrebbero essere il più uniformi possibile per favorire un raffreddamento costante e prevenire deformazioni o segni di ritiro.
• Linea di divisione: La linea in cui si incontrano le due metà dello stampo deve essere posizionata con attenzione per ridurre al minimo la sua visibilità sul pezzo finale e semplificare l'operazione di sbarbatura.
• Ventilazione: Devono essere previsti dei canali piccoli per permettere all'aria intrappolata nella cavità di fuoriuscire durante l'iniezione del metallo, evitando porosità da gas.

Domande frequenti

1. Qual è la differenza tra la fusione sotto pressione e altri metodi di fusione?

La differenza principale risiede nell'uso di uno stampo in acciaio riutilizzabile (lo stampo) e nell'applicazione di alta pressione. A differenza della fusione in sabbia, che utilizza uno stampo in sabbia monouso per ogni pezzo, la fusione sotto pressione impiega uno stampo permanente in acciaio adatto alla produzione in grande quantità. Rispetto alla fusione a cera persa o alla fusione in stampo permanente, la fusione sotto pressione spinge il metallo nello stampo a pressioni notevolmente più elevate, consentendo la realizzazione di componenti con pareti più sottili, dettagli più fini e una qualità superficiale superiore.

2. Quali materiali sono utilizzati per realizzare uno stampo per fusione sotto pressione?

Gli stampi per pressofusione sono realizzati in acciai utensili di alta qualità e resistenti al calore. Il materiale più comune è l'acciaio utensile H13, scelto per la sua eccellente combinazione di durezza, tenacità e resistenza alla fatica termica. Per stampi che richiedono una durata ancora maggiore, possono essere utilizzati acciai di grado superiore come l'acciaio Maraging. Il materiale deve resistere ai cicli termici ripetuti di riempimento con metallo fuso e successivo raffreddamento.

3. Quanto dura uno stampo per pressofusione?

La durata di uno stampo per pressofusione, spesso definita "vita dello stampo", varia notevolmente in base a diversi fattori. Tra questi vi sono il tipo di metallo utilizzato per la fusione (l'alluminio è più abrasivo e più caldo dello zinco), la complessità del pezzo, i tempi di ciclo e la qualità della manutenzione. Uno stampo ben mantenuto per la fusione dello zinco può durare oltre un milione di cicli, mentre uno stampo per alluminio può durare tra i 100.000 e i 150.000 cicli prima di richiedere riparazioni importanti o la sostituzione.