Processo di pressofusione per gravità
Introduzione alla pressofusione per gravità
La pressofusione per gravità (GDC) è un processo classico di lavorazione dei metalli. Il suo principio fondamentale consiste nell’utilizzare la forza di gravità per iniettare il metallo fuso in uno stampo metallico prefabbricato (solitamente realizzato in ghisa, acciaio o lega di rame). Dopo che il metallo fuso si è raffreddato e solidificato all’interno dello stampo, quest’ultimo viene aperto e il pezzo fuso viene estratto.
Questo processo è ampiamente utilizzato nei settori automobilistico, meccanico, aerospaziale ed elettrodomestico ed è particolarmente indicato per la produzione in serie di componenti metallici di medie e grandi dimensioni, caratterizzati da forme complesse e da elevati requisiti di precisione dimensionale.
Processo di pressofusione per gravità
La fusione a gravità (GD/fusione in stampo) si basa sul principio di utilizzare la forza di gravità per convogliare il metallo fuso in uno stampo metallico, dove poi si raffredda e si solidifica, consentendo di ottenere pezzi fusi di alta precisione. L'intero processo richiede un controllo rigoroso delle condizioni dello stampo, della qualità del metallo fuso, dei parametri di colata e delle tecniche di post-lavorazione, al fine di garantire l'uniformità e la resa dei pezzi fusi.
Suijin Machinery fornisce flussi di processo standard per la produzione industriale su larga scala, offrendo al contempo soluzioni ottimizzate per la personalizzazione di piccoli lotti.
Fase 1: Progettazione e produzione dello stampo / Controllo qualità
Attività principali:
- Progettare stampi (comprese cavità, canali di colata, canali di alimentazione, canali di sfiato e meccanismi di espulsione) specificamente adattati alla struttura del pezzo da fondere, al fine di garantire un flusso regolare del metallo fuso, un’alimentazione sufficiente e uno sfiato completo (evitando porosità e cavità da ritiro);
- Utilizzare acciaio per stampi per lavorazioni a caldo (ad es. H13) come materiale dello stampo, sottoposto a trattamento termico (tempra + rinvenimento) per migliorarne la resistenza alle alte temperature e all’usura. Lucidare la superficie della cavità fino a un valore Ra compreso tra 3,2 e 6,3 μm (per garantire una superficie di fusione liscia);
- Ispezione dello stampo prima della produzione: rimuovere le impurità residue dalla cavità, verificare l'eventuale usura o deformazione della cavità, controllare la funzionalità del meccanismo di espulsione e assicurarsi che i canali di raffreddamento siano liberi da ostruzioni (se è presente un sistema di raffreddamento).
Controllo qualità:
Le tolleranze dimensionali dello stampo devono essere di 1-2 gradi superiori rispetto ai requisiti della fusione. La larghezza del canale di sfiato è di 0,2-0,5 mm, mentre la profondità è di 0,1-0,3 mm, per impedire il traboccamento del metallo fuso garantendo al contempo uno sfiato efficace.
Fase 2: Preparazione delle materie prime e fusione dei metalli
Attività principali:
- Selezionare materiali in lega adeguati (ad es. lega di alluminio A356, lega di zinco ZAMAK 5, lega di rame ottone H62). Le materie prime devono essere conformi agli standard industriali (ad es. ASTM, GB/T) e devono essere prive di olio superficiale, incrostazioni di ossido e altre impurità.
- Preparare i materiali secondo le proporzioni della formula e riscaldarli in un forno (ad esempio, forno a resistenza o a induzione) fino a fusione: lega di alluminio 650-700 ℃, lega di zinco 380-420 ℃, lega di rame 900-1100 ℃.
- Trattamento di raffinazione dei metalli: aggiungere agenti di raffinazione (ad esempio, esacloroetano per le leghe di alluminio) per rimuovere gas e impurità. Lasciare riposare per 5-10 minuti per garantire una composizione uniforme. Analizzare la composizione della lega utilizzando uno spettrometro per assicurarsi che sia conforme agli standard.
Controllo qualità:
Contenuto di gas nel metallo fuso ≤ 0,15 ml/100 g (lega di alluminio), contenuto di impurità ≤ 0,51 TP3T, per evitare difetti di porosità e inclusioni nei pezzi fusi causati da gas o impurità.
Fase 3: Pretrattamento dello stampo
Attività principali:
- Preriscaldamento dello stampo: utilizzare un sistema di riscaldamento elettrico o a gas per portare la temperatura dello stampo a 150-300 ℃ (getti in lega di alluminio) e a 100-200 ℃ (getti in lega di zinco). Ciò impedisce che lo stampo a bassa temperatura entri in contatto con il metallo fuso ad alta temperatura, il che potrebbe causare difetti di chiusura a freddo o una colata incompleta.
- Applicazione dell'agente distaccante: applicare uno strato sottile di agente distaccante resistente alle alte temperature (ad esempio a base di grafite o di vetro solubile) in modo uniforme sulle superfici della cavità, del canale di colata e del meccanismo di espulsione. Lo spessore deve essere compreso tra 0,05 e 0,1 mm per garantire uno sformatura agevole del pezzo fuso e proteggere la cavità dello stampo.
Controllo qualità:
La temperatura dello stampo deve essere uniforme (differenza di temperatura ≤20 ℃). È necessario evitare accumuli o omissioni nell'applicazione dell'agente distaccante, per non compromettere la qualità superficiale del pezzo fuso e l'efficacia della sformatura.
Fase 4: Chiusura e posizionamento dello stampo
Funzionamento di base:
- Chiudere gli stampi superiori e inferiori o gli stampi multisegmento utilizzando un dispositivo di chiusura degli stampi (manuale, idraulico o a trasmissione meccanica) per garantire un posizionamento accurato degli stampi (il gioco tra il perno di posizionamento e il foro di posizionamento deve essere ≤0,03 mm) al fine di evitare disallineamenti e sbavature eccessive sul pezzo fuso.
- Controllare la pressione di chiusura dello stampo: regolare la pressione in base alle dimensioni dello stampo (generalmente 0,5-2 MPa) per garantire una chiusura ermetica dello stampo ed evitare fuoriuscite di metallo fuso.
Controllo qualità:
Una volta chiuso lo stampo, la cavità deve presentare una buona tenuta, senza fessure evidenti, e lo scostamento di posizionamento deve essere ≤0,05 mm.
Fase 5: Colata del metallo
Attività principali:
- Metodo di colata: colata manuale (piccoli lotti, pezzi semplici) o colata meccanica automatizzata (grandi lotti, pezzi di alta precisione, ad esempio bracci robotici + macchine per la colata quantitativa);
- Controllo dei parametri di colata: portata uniforme del metallo (per evitare turbolenze), velocità di colata 0,5-2 L/s (regolabile in base alle dimensioni del pezzo fuso), temperatura di colata superiore di 30-50 ℃ rispetto al punto di fusione della lega (per garantire la fluidità);
- Angolo di colata: versare il metallo in modo fluido lungo il canale di colata, evitando l’impatto diretto sulla parete della cavità (per impedire l’intrappolamento di aria e l’usura della cavità), assicurandosi che il metallo riempia lentamente l’intera cavità.
Controllo qualità:
Non devono verificarsi schizzi né interruzioni durante il getto; il tempo di riempimento della cavità deve essere compreso tra 5 e 30 secondi (a seconda della complessità del getto), evitando un riempimento eccessivamente rapido che causerebbe porosità e un riempimento eccessivamente lento che causerebbe difetti di saldatura a freddo.
Fase 6: Raffreddamento e solidificazione
Attività principali:
- Raffreddamento naturale (getti semplici) o raffreddamento forzato (getti complessi e di alta precisione): l'acqua di raffreddamento o l'aria compressa vengono immesse attraverso i canali di raffreddamento integrati nello stampo per regolare la velocità di raffreddamento.
- Tempo di raffreddamento: da regolare in base allo spessore del pezzo fuso e al tipo di lega (ad esempio, 10-20 secondi per pezzi fusi in lega di alluminio con spessore compreso tra 2 e 5 mm, 30-60 secondi per pezzi fusi con spessore compreso tra 10 e 20 mm) al fine di garantire la completa solidificazione e una struttura interna densa.
Controllo qualità:
È vietato aprire prematuramente lo stampo durante il processo di raffreddamento (per evitare deformazioni e fessurazioni del pezzo fuso). La sformatura è consentita solo dopo che il pezzo fuso si è solidificato e la temperatura è scesa al di sotto dei 200 ℃ (leghe di alluminio) o al di sotto dei 150 ℃ (leghe di zinco).
Fase 7: Apertura dello stampo ed estrazione del pezzo fuso
Attività principali:
- Una volta raggiunto il tempo di raffreddamento prestabilito, il pezzo fuso viene espulso dalla cavità dello stampo tramite un meccanismo di espulsione (perno di espulsione idraulico, asta di espulsione meccanica). La velocità di espulsione è uniforme (per evitare danni da impatto al pezzo fuso).
- Il pezzo fuso viene rimosso manualmente o tramite un braccio robotico, mentre contemporaneamente vengono eliminate le bave dal sistema di colata, dai canali di alimentazione e dai punti di collegamento con il pezzo fuso (pulizia preliminare).
Controllo qualità:
Durante il processo di estrazione, si evitano urti e graffi sul pezzo fuso. I segni di espulsione hanno una profondità ≤0,1 mm e non compromettono né l'aspetto né le prestazioni del pezzo fuso.
Passaggio 8: Rimozione dei canali di colata e dei montanti e rifilatura delle sbavature
Funzionamento di base:
- Rimuovere i canali di colata, i canali di alimentazione e le sbavature dal pezzo fuso mediante taglio meccanico (ad esempio, taglio con mola abrasiva, taglio al plasma), punzonatura o molatura;
- Dopo il taglio, levigare i bordi per garantire una superficie liscia e priva di bave taglienti (altezza delle bave ≤ 0,1 mm).
Controllo qualità:
Evitare di danneggiare il corpo del pezzo fuso durante la rimozione; la rugosità della superficie deve essere ≤ 0,2 mm/m.
Fase 9: Pulizia e ispezione dei pezzi fusi
Attività principali:
- Pulizia delle superfici: rimuovere la scoria ossidica, i residui di agente distaccante e le impurità dalla superficie del pezzo fuso mediante granigliatura (graniglia d’acciaio di diametro compreso tra 0,2 e 0,5 mm), sabbiatura o pulizia chimica.
- Ispezione visiva: ispezionare visivamente la superficie del pezzo fuso per individuare eventuali difetti quali porosità, crepe, difetti di fusione, inclusioni e cavità da ritiro (diametro della porosità superficiale ≤ 0,5 mm e non più di 2 per centimetro quadrato).
- Controllo dimensionale: utilizzare calibri, micrometri e macchine di misura a coordinate per controllare le dimensioni critiche del pezzo fuso (le tolleranze devono rispettare i requisiti di progettazione, ad esempio ±0,1-0,3 mm).
- Controllo di qualità interno (getti critici): utilizzare la radiografia, la prova a ultrasuoni o la prova con liquidi penetranti per verificare la presenza di difetti interni quali cavità da ritiro e fessurazioni (area della cavità interna da ritiro ≤ 0,5%).
Controllo qualità:
Tasso di difetti estetici ≤ 3%, tasso di conformità dimensionale ≥ 98%; i difetti interni nei pezzi fusi critici devono essere conformi alle norme ASTM E446 o GB/T 6402.
Fase 10: Elaborazione successiva (se necessario)
Attività principali:
- Lavorazioni meccaniche: su parti chiave dei getti (come fori di montaggio e superfici di accoppiamento) vengono eseguite operazioni di tornitura, fresatura, foratura e rettifica per migliorare la precisione dimensionale e la finitura superficiale (ad esempio, rugosità della superficie di accoppiamento Ra 1,6-3,2 μm);
- Trattamento termico: i pezzi fusi in lega di alluminio vengono sottoposti a un trattamento di invecchiamento (150-200 ℃, con mantenimento della temperatura per 2-4 ore) per migliorarne la resistenza e la durezza; i pezzi fusi in lega di rame vengono sottoposti a un trattamento di ricottura per eliminare le tensioni interne;
- Trattamento superficiale: verniciatura, anodizzazione (lega di alluminio), galvanizzazione (lega di zinco/lega di rame) e passivazione vengono eseguiti in base alle esigenze applicative per migliorare la resistenza alla corrosione e l'aspetto estetico.
Controllo qualità:
Dopo la lavorazione meccanica, le tolleranze dimensionali sono ≤±0,05 mm (parti chiave); dopo il trattamento termico, la durezza soddisfa i requisiti di progetto (ad es., lega di alluminio HB 80-100); l'adesione dello strato di trattamento superficiale è conforme alle norme (nessun distacco durante la prova di adesione con taglio trasversale).
Fase 11: Imballaggio e stoccaggio del prodotto finito
Attività principali:
- Classificare ed etichettare i pezzi fusi conformi (indicando il modello, il lotto e la data di produzione);
- Utilizzare imballaggi resistenti all'umidità e agli urti (come il pluriball, il polistirolo espanso + scatola di cartone) per evitare danni durante il trasporto;
- Effettuare un'ispezione casuale finale prima dello stoccaggio (percentuale di campionamento ≥ 5%) e registrare i pezzi fusi in magazzino dopo aver verificato che non presentino problemi di qualità.
Soluzione di colata Suijin
La pressofusione per gravità è un processo di formatura dei metalli caratterizzato da elevata precisione, alta efficienza e produzione su larga scala. I suoi principali vantaggi risiedono nella qualità stabile dei pezzi fusi, nell’elevata efficienza produttiva e nell’ottimo sfruttamento del materiale, rendendolo particolarmente adatto alla produzione di pezzi fusi in leghe con buona fluidità, come le leghe di alluminio e di zinco. Sebbene l’investimento iniziale negli stampi sia relativamente elevato, questo processo consente di ridurre significativamente il costo unitario nella produzione di massa, rendendolo un processo di fusione di ampio impiego in settori quali quello automobilistico, meccanico ed elettrodomestico.