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Pressofusione – offriamo varie opzioni per una termoregolazione perfetta dello stampo

Nella pressofusione, il controllo preciso della temperatura svolge un ruolo decisivo per l’intero processo di lavorazione. In questo caso supportiamo i vostri processi produttivi fornendovi i termoregolatori atti a controllare la temperatura con efficienza. I termoregolatori Tool-Temp trovano impiego nei processi di pressofusione più diversi.

Termoregolazione dello stampo con Tool-Temp – soluzioni valide e di lunga durata

La termoregolazione dello stampo tramite termoregolatori è volta a riscaldare e mantenere lo stampo alla temperatura di esercizio desiderata, ovvero predefinita. I termoregolatori portano un’utenza alla temperatura di produzione attraverso il ricircolo di un fluido vettore, mantenendolo poi alla temperatura costante richiesta tramite riscaldamento e raffreddamento controllati. La temperatura stabile dello stampo consente di ottenere pezzi pressofusi di qualità elevata e uniforme, tempi di ciclo ottimizzati e una maggiore durata dello stampo.

La temperatura dello stampo è un fattore decisivo per la dissipazione del calore dal materiale fuso e per il riempimento dello stampo e la solidificazione del pezzo pressofuso. Una delle principali cause di errore nella pressofusione è la temperatura dello stampo non ottimale. Utilizzando un termoregolatore della nostra gamma è possibile evitare questo problema.

Termoregolazione per stampi di pressofusione
Nella produzione di pezzi pressofusi un fattore decisivo è il controllo dei processi termici a livello di forma dello stampo. Prima di andare in produzione, lo stampo per pressofusione deve essere riscaldato per raggiungere la temperatura prevista per la fusione. In generale si considera che la durata dello stampo viene prolungata, con conseguente protezione ottimale dello stampo stesso, se la differenza di temperatura tra processo di fusione e stampo è minima. La pressofusione effettuata con uno stampo freddo o preriscaldato in misura inadeguata comporta da un lato tensioni elevate sulla superficie dello stampo e dall’altro carenze qualitative del pezzo prodotto.

Per garantire una efficiente termoregolazione dello stampo, i fattori decisivi sono il termoregolatore, il fluido termovettore adeguato e i canali di regolazione dello stampo. I canali dello stampo devono essere dimensionati in modo tale da consentire la rapida circolazione e una perdita di pressione minima all’interno dello stampo. Decisivo per la scelta del termoregolatore idoneo è il dimensionamento dei canali dello stampo. Il termoregolatore deve disporre della potenza necessaria a regolare la temperatura dello stampo e a dissipare il calore. Aspetto essenziale della regolazione di temperatura ottimale è il fluido termovettore. Quanto migliori le proprietà del fluido termovettore impiegato, tanto più efficiente sarà la trasmissione di grandi quantità di calore. Date le temperature elevate, nella pressofusione si impiegano di frequente oli termovettori. Il termovettore consigliato da Tool-Temp è TOOL-THERM SH-3, olio a base minerale e stabile alle temperature per impieghi sino a 360°C.

Gestione stabile del calore
L’ottimizzazione delle temperature stampo dal punto di vista della ripartizione uniforme e della riduzione dei picchi in superficie può ritardare il danneggiamento precoce dello stampo, e in particolare la formazione di fessurazioni e di conseguenza incrementare sensibilmente la durata dello stampo stesso. Dal punto di vista della qualità dei pezzi e dei tempi di ciclo, la termoregolazione dello stampo per pressofusione svolge un ruolo fondamentale. Un volume eccessivo di scarti da pressofusione è riconducibile solitamente a una carente termoregolazione dello stampo stesso.

Pressofusione –offriamo varie opzioni per una termoregolazione perfetta

La pompa integrata nel termoregolatore trasporta il fluido termovettore dal serbatoio verso lo stampo e ritorno. Un sensore rileva la temperatura del fluido trasmettendo il valore al controllo, che a sua volta regola la temperatura del fluido termovettore e dunque indirettamente la temperatura dello stampo. Se la temperatura all’interno dello stampo aumenta, l’elettrovalvola comandata dal regolatore apre il circuito dell’acqua di raffreddamento, facendo fluire acqua fredda nello scambiatore di calore sino a che la temperatura del fluido termovettore e dunque dello stampo non scende nuovamente al valore predefinito. Se la temperatura dello stampo è esigua, i riscaldatori elettrici si attivano analogamente alla sequenza di raffreddamento.

Per soddisfare i requisiti di qualità tra cui le caratteristiche di superficie, il riempimento stampo, la precisione dimensionale e di forma dei pezzi realizzati e al fine di ottimizzare tempi di ciclo e durata, è indispensabile regolare la temperatura mediante termoregolatori.

Per la termoregolazione dello stampo per pressofusione, in funzione del fluido termovettore prescelto consigliamo due diversi sistemi:

  • Termoregolatori ad acqua pressurizzata sino a 160°C
  • Termoregolatori a olio sino a 360°C

Termoregolatori ad acqua pressurizzata sino a 160°C – potenza di riscaldamento da 6 a 48 kW
I termoregolatori ad acqua pressurizzata sono sistemi chiusi nei quali il punto di ebollizione viene portato a 140°C o 160°C mediante pressione statica. I termoregolatori ad acqua pressurizzata Tool-Temp sono dotati di vaso di espansione. Questo consente di lavorare in condizioni di bassa pressione e garantisce una regolazione di temperatura stabile. Dato il pericolo di combustione, sconsigliamo vivamente l’impiego di termoregolatori ad acqua pressurizzata per la lavorazione del magnesio. Per consentire il cambio dello stampo senza inconvenienti Tool-Temp propone termoregolatori ad acqua pressurizzata con funzione di svuotamento stampo. Determinati modelli prevedono la pulizia dei canali dello stampo tramite aria compressa. Il rilascio di pressione che trasporta l’acqua di processo verso l’uscita dell’acqua di raffreddamento garantisce la separazione senza rischi dei collegamenti idraulici.

Termoregolatori a olio sino a 360°C – potenza di riscaldamento da 8 a 48 kW
La struttura essenziale consiste in un circuito di olio caldo con alimentazione di olio freddo a monte. Il contenuto del vaso di espansione dei termoregolatori a olio Tool-Temp rimane freddo anche durante la produzione. La fuoriuscita di vapori o schiume dell’olio termovettore pertanto non è possibile. Inoltre i riscaldatori sono stati progettati in modo da evitare il cracking dell’olio. Lo scambiatore di calore del circuito dell’acqua di raffreddamento è anticalcare garantito e assicura affidabilità e durata.

I termoregolatori a olio Tool-Temp sono dotati di svuotamento stampo. Passando al funzionamento sottovuoto, il fluido termovettore viene aspirato nel vaso di espansione. I vasi di espansione di notevoli dimensioni sono stati appositamente pensati per contenere il volume di ritorno.

I vantaggi dei termoregolatori Tool-Temp nella pressofusione
I termoregolatori Tool-Temp convincono per la robustezza, che li rende resistenti alle complesse condizioni della pressofusione.

Pompa a trascinamento magnetico a lunga durata: La pompa a trascinamento magnetico sviluppata da Tool-Temp resiste ai fluidi aggressivi, corrosivi e contenenti sostanze solide e costituisce un componente chiave robusto e performante. Le pompe sono prodotte esclusivamente presso la sede centrale Tool-Temp in Svizzera.

Misurazione della temperatura sullo stampo: I termoregolatori Tool-Temp consentono di regolare la temperatura tramite quella del serbatoio o sullo stampo. La rilevazione digitale della portata e l’indicazione di pressione si visualizzano in modo chiaro sull’apparecchio e costituiscono parametri essenziali per la riproducibilità della qualità di produzione.

Il riscaldamento e raffreddamento a olio consentono elevate temperature, pertanto generano esigue tensioni del materiale all’interno dello stampo. Tuttavia l’impiego di termoregolatori a olio comporta canali dello stampo di maggiori dimensioni, per garantire la circolazione dell’olio in quantità sufficiente e il trasporto ottimale del calore. Il coefficiente di trasmissione termica dell’olio inferiore rispetto a quello dell’acqua con conseguente trasmissione ridotta, viene compensato da un maggior controllo della temperatura. Nel caso della lavorazione del magnesio l’olio è l’unica alternativa comprovata e tecnicamente affidabile.

Vantaggi dei termoregolatori a olio Tool-Temp – Pompe per l’impiego nella pressofusione
Le pompe impiegate da Tool-Temp sono dimensionate in funzione dei requisiti tecnici dei termoregolatori. La valutazione dei materiali è stata effettuata prendendo in considerazione i seguenti aspetti: buone caratteristiche di funzionamento in emergenza in caso di penetrazione di corpi estranei, resistenza agli agenti chimici e in particolare al cloruro, e comportamento in caso di funzionamento a secco. Rispetto a materiali alternativi quali l’acciaio V2A o l’ottone, il bronzo in questo caso offre notevoli vantaggi per tutti gli aspetti sopra citati. Per questa ragione, nell’ambito delle pompe abbiamo scelto di utilizzare come materiale di produzione il bronzo.

Le pompe in bronzo da noi sviluppate e prodotte sono disponibili a scelta e in funzione delle esigenze con guarnizione ad anello scorrevole o con innesto elettromagnetico privo di guarnizione. Il vantaggio decisivo delle pompe con guarnizione ad anello scorrevole è la resistenza alle particelle metalliche e alla sporcizia presenti nel fluido. Le pompe a innesto magnetico sono prive di guarnizione, resistenti all’usura e di facile manutenzione. Dato l’azionamento magnetico senza guarnizione non presentano perdite e impediscono la fuoriuscita del fluido.
Vantaggi generali delle pompe Tool-Temp: Robustezza del materiale selezionato, alberi e cuscinetti sovradimensionati, massimo gioco e maggiore resistenza alle impurità presenti nel fluido, resistenza elettromeccanica grazie alla materializzazione ottimale, motori sovradimensionati e resistenza termica.

La pompa è strutturata e integrata al sistema in modo tale da garantire il funzionamento affidabile alle condizioni di esercizio definite ed evitare la cavitazione.

Vantaggi dei termoregolatori a olio Tool-Temp – robustezza e ampio dimensionamento
I termoregolatori Tool-Temp sono dimensionati e strutturati in base a un principio conservativo. I nostri riscaldatori sono dispositivi a basse sollecitazioni, pensati per contenere il più possibile la temperatura in superficie. Il fluido attraversa i riscaldatori a velocità elevata. Con questi due accorgimenti è possibile escludere il surriscaldamento dell’olio termovettore e impedire l’eccessivo invecchiamento o cracking all’interno dell’apparecchio.

Non essendo soggetti a sovrapposizione di pressione, nei nostri termoregolatori a olio “solo” la pressione pompa effettiva agisce sul sistema e l’applicazione. Nel caso dei sistemi a olio con sovrapposizione di pressione sussiste il rischio che la pressione supplementare a causa della sovrapposizione del gas inerte (ad es. l’azoto) solleciti eccessivamente l’apparecchio e i carichi elettrici. Questo può comportare notevoli usura e consumo di vari componenti tra cui tubi flessibili, tubazioni e valvole del termoregolatore.

Vantaggi dei termoregolatori a olio Tool-Temp – scambiatore di calore anticalcare
Gli scambiatori di calore nei termoregolatori a olio Tool-Temp sono stati progettati per svuotarsi in automatico una volta che il raffreddamento non è più attivo. In questo modo la formazione di calcare si riduce notevolmente, mentre la piena potenza di raffreddamento si mantiene a lungo. Una valvola di non ritorno posta nella tubazione dell’uscita dell’acqua di raffreddamento impedisce inoltre il formarsi di depositi calcarei e sporcizia nel circuito di raffreddamento dovuti all’acqua di ritorno in caso di scarico senza contropressione.

I componenti degli apparecchi Tool-Temp rilevanti ai fini della sicurezza sono:

  • Termoregolatori
    Il termoregolatore combinato con il sensore rileva la temperatura attuale dell’olio. La temperatura reale viene confrontata con il valore predefinito. Il regolatore invia un comando di riscaldamento o raffreddamento in modo che venga raggiunto il valore predefinito. Il valore massimo di temperatura può essere definito e predisposto nel termoregolatore.  Se tale valore viene superato scatta il termostato elettronico di sicurezza, il comando di riscaldamento non viene più inviato e si accende una spia di segnalazione. In questo modo l’apparecchio è dotato di protezione elettronica contro la sovratemperatura.
  • Termostati di sicurezza meccanici
    I nostri apparecchi sono protetti da sovratemperatura tramite termostati a capillare. Un termostato di sicurezza meccanico è impostato a 5°C sopra la temperatura massima consentita. Quando scatta il termostato di sicurezza, tutti i riscaldatori vengono disattivati. Se per qualsiasi motivo la temperatura torna a salire, scatta il secondo termostato di sicurezza meccanico, che spegne l’apparecchio o disattiva il contattore principale K1. Il secondo termostato a capillare è impostato di default a + 10°C sopra la temperatura massima.
    Anche i  refrigeratori ad acqua sono dotati di termostati di sicurezza meccanici. Uno di questi protegge dalla sovratemperatura, il secondo dalla temperatura minima d’esercizio (termostato antigelo). Il termostato antigelo protegge il circuito dell’acqua dell’apparecchio contro il congelamento.
  • Interruttore magnetotermico
    I termoregolatori e refrigeratori ad acqua Tool-Temp sono dotati di interruttori magnetotermici, utilizzati per proteggere i cavi contro i danni da riscaldamento dovuti a valori di corrente elevati. Gli interruttori magnetotermici scattano in seguito a un cortocircuito. La disattivazione avviene nel giro di qualche millisecondo a opera di un elettromagnete attraversato dalla corrente. Una volta scattati, i magnetotermici devono essere resettati manualmente.
  • Interruttore generale
    Tutti gli apparecchi della gamma sono provvisti di interruttore generale, preposto alla funzione di arresto di emergenza. L’interruttore generale stacca completamente i nostri apparecchi dall’alimentazione elettrica. Nel caso di alcuni apparecchi di grandi dimensioni, tra cui il modello TT-708 Y, l’interruttore generale funge inoltre da protezione dell’impianto, essendo dotato di protezione da sovracorrente. I nostri interruttori generali si azionano manualmente.
  • Doppio monitoraggio del livello
    I termoregolatori a olio Tool-Temp prevedono il monitoraggio dei livelli di riempimento minimo e massimo. Sono dotati pertanto di due galleggianti che rilevano il rispettivo volume dell’olio nel vaso di espansione. Se il livello è troppo basso, la spia si accende segnalando all’operatore che è stato raggiunto il livello minimo. La pompa a questo punto si arresta, per evitare di funzionare a secco. Non appena viene ripristinato il livello sufficiente o consentito, la spia si spegne e l’apparecchio o la pompa ripartono in automatico. Se il livello è troppo alto, si accende un’ulteriore spia, evitando il traboccamento. Al calare del livello tramite svuotamento, la spia si spegne e la pompa riparte in automatico.

I termoregolatori ad acqua pressurizzata offrono il vantaggio di poter essere impiegati anche in presenza di canali dello stampo piccoli o di una superficie di scambio calore ridotta. Le differenze di temperatura sullo stampo possono così migliorare, tuttavia a livello di stampo si potrebbero comunque verificare tensioni con conseguenti fessurazioni. Lo scarto all’avvio della pressofusione dovuto alla temperatura dello stampo rispetto all’acqua fredda si riduce sensibilmente. Data la capacità termica superiore e la migliore trasmissione del calore, l’acqua offre importanti vantaggi a livello di raffreddamento, risolvendo inoltre il problema dei canali stampo troppo piccoli.

Nel caso dell’acqua pressurizzata è necessario tenere presente che si tratta di un sistema non idoneo alla lavorazione del magnesio. Uno stampo che presenta perdite può infatti comportare l’ignizione del magnesio liquido con conseguenti danni ingenti. Il magnesio e l’acqua provocano violente reazioni chimiche, tra cui anche esplosioni, che danneggiano sia lo stampo che la macchina.

Vantaggi dei sistemi ad acqua pressurizzata Tool-Temp – Struttura costruttiva sicura e robusta
I termoregolatori Tool-Temp sono dimensionati e strutturati in base a un principio conservativo. I nostri riscaldatori sono dispositivi a basse sollecitazioni, pensati per contenere il più possibile la temperatura in superficie. Il fluido attraversa i riscaldatori a velocità elevata, e il livello minimo viene monitorato. Se il livello è troppo basso, la spia si accende segnalando all’operatore che è stato raggiunto il livello minimo. La pompa a questo punto si arresta, per evitare di funzionare a secco. L’apparecchio si riempie automaticamente attraverso l’ingresso dell’acqua di raffreddamento sino a che non viene raggiunto un livello sufficiente. La spia a questo punto si spegne e la pompa riparte in automatico. Tool-Temp ha definito massimi requisiti in termini di robustezza della struttura costruttiva. In particolare i sistemi ad acqua pressurizzata vedono l’impiego di raccordi fissi, prodotti con piegatrici automatiche nello stabilimento di Sulgen. Il corpo esterno è completamente chiuso, per impedire la penetrazione di sporcizia anche dal basso. Già in fase di progettazione ci concentriamo sulla materializzazione. Impieghiamo acciaio inossidabile per tutte le parti a contatto con l’acqua, senza scendere a compromessi.

Gli apparecchi Tool-Temp offrono ulteriore sicurezza di processo grazie alle valvole di sicurezza che scattano in caso di funzionamento non conforme. In caso di pressione di sistema eccessiva si apre una valvola di sicurezza. La pressione viene convogliata verso l’uscita dell’acqua di raffreddamento. Se la pressione torna a salire, scatta una seconda valvola di sicurezza che consente di scaricare la pressione verso l’esterno.

I seguenti elementi rilevanti ai fini della sicurezza sono integrati in tutti gli apparecchi ad acqua pressurizzata Tool-Temp:

  • La valvola di non ritorno impedisce all’acqua di rifluire se la pressione del circuito è superiore a quella della rete idrica.
  • Due valvole di sicurezza monitorano l’incremento della pressione. La prima valvola spegne i riscaldatori, la seconda apre il circuito in caso di pressione eccessiva forzando il calo della pressione.
  • I manometri segnalano la pressione del sistema e della pompa.
  • Il flussometro sorveglia la circolazione del fluido verso il carico elettrico.
  • Il rilascio di pressione assicura la depressurizzazione del circuito di termoregolazione prima di disaccoppiare l’apparecchio dal carico elettrico. Con l’apparecchio depressurizzato (elettrovalvola aperta) e una temperatura inferiore a 80 °C è possibile svuotare il carico elettrico tramite aspirazione.

Le opinioni degli esperti su quale sia la soluzione migliore tra acqua e olio per gli apparecchi di riscaldamento o refrigerazione sono molto discordanti. In quanto produttore di ambedue le tipologie di apparecchio riteniamo che i sistemi di termoregolazione a olio offrano maggiori vantaggi, da un lato per la maggiore durata dello stampo, dall’altro a causa della maggiore semplicità di manutenzione degli apparecchi di riscaldamento e refrigerazione a olio. Lo svantaggio dei canali dello stampo di maggiori dimensioni, necessari nel caso delle soluzioni a olio, può essere compensato in fase di progettazione stampo e con sistemi adeguati.

L’impiego di termoregolatori a olio offre numerosi vantaggi a fronte di temperature dello stampo elevate.

  • Temperature di esercizio superiori
  • Minore tensione data dalle differenze di temperatura
  • Maggiore durata dello stampo
  • Costi di manutenzione inferiori

Per poter beneficiare dei vantaggi offerti da un termoregolatore a olio è necessaria tuttavia una sufficiente circolazione del fluido all’interno dello stampo. Per questa ragione tutti gli apparecchi Tool-Temp sono dotati di un flussometro.

Il prevalere del riscaldamento o raffreddamento nella pressofusione dipende dalla massa del pezzo pressofuso. Nel caso dei pezzi piccoli prevale il riscaldamento, nel caso dei pezzi grandi il raffreddamento. Gli apparecchi Tool-Temp sono dimensionati in modo tale da presentare un basso carico della superficie di riscaldamento (W/cm2), per impedire il surriscaldamento dell’olio e di conseguenza l’invecchiamento rapido.

Gli scambiatori di calore sono progettati e dimensionati in modo tale da svuotarsi in automatico a fine processo di raffreddamento, fatto che evita l’accumulo di calcare o sporcizia. Per le pompe, è possibile scegliere tra pompe convenzionali con guarnizione ad anello scorrevole o pompe magnetiche senza guarnizione.

Gli oli si suddividono in oli termovettori a base minerale e fluidi termovettori sintetici. Gli oli a base minerale possono essere impiegati sino a circa 270°C. Gran parte degli oli sintetici possono raggiungere invece temperature sino a max. 320°C. Per il range compreso tra 320°C e 360°C, nella prassi sono disponibili ben pochi termovettori. Oltre al fluido termovettore sintetico Marlotherm SH, Tool-Temp consiglia il proprio termovettore TOOL-THERM SH3. Si tratta di un termovettore a base di olio minerale che presenta un’elevata resistenza a temperature sino a 360°C.

In caso di impiego di oli termici è necessario considerare che a temperature > 250°C si possono formare depositi carboniosi nelle tubazioni e in particolare in corrispondenza del serbatoio. In presenza di residui, gli oli invecchiano più rapidamente e irrancidiscono. Allo stesso tempo sono più facilmente infiammabili, mentre i prodotti del cracking da essi derivati1 comportano una riduzione della viscosità e del punto di infiammabilità. In questo caso Tool-Temp consiglia di verificare a intervalli regolari la qualità dell’olio impiegato sostituendolo se necessario.

Nella produzione di pezzi pressofusi in alluminio, zinco e magnesio, l’aspetto decisivo per l’efficienza e la qualità della lavorazione è il controllo dei processi termici a livello di forma dello stampo. Una gestione termica stabile e la riduzione della temperatura di picco sulla superficie dello stampo ne prevengono il danneggiamento precoce dovuto ad esempio a fessurazioni, prolungandone significativamente la durata. Inoltre, un volume eccessivo di scarti da pressofusione è riconducibile solitamente a una carente termoregolazione dello stampo stesso.

La pressofusione è un processo industriale che fonde o pressa metallo fuso all’interno di stampi in acciaio. Si tratta di un processo automatico che inietta metallo liquido (alluminio, zinco o magnesio) nello stampo a una pressione compresa tra 1.500 e 1.200 bar, impiegato prevalentemente per la produzione di serie per grandi lotti. Vantaggi della pressofusione sono la ripetibilità precisa dei pezzi, la complessità dei pezzi in termini di forma e spessore nonché l’efficienza a livello di costi. Gli elevati requisiti meccanici del processo, tra cui forza di chiusura, fluttuazioni della temperatura, usura data dalle notevoli forze presenti nella fase di colata, richiedono macchinari e stampi per pressofusione costosi. Le unità periferiche necessarie, tra cui manipolatori in diverse esecuzioni, apparecchi di riscaldamento e raffreddamento per regolare la temperatura dello stampo e dispositivi di estrazione ed espulsori, determinano l’elevato grado di automazione del processo. Tool-Temp supporta i clienti in questo impegnativo processo offrendo apposite apparecchiature di riscaldamento e raffreddamento. Questi stampi complessi possono essere raffreddati ad acqua o a olio. L’ampia gamma di prodotti Tool-Temp offre sistemi adatti per ambedue le soluzioni di raffreddamento, integrabili ove necessario nel controllo della macchina.

La pressofusione distingue due varianti di processo:

  • Pressofusione a camera fredda
  • Pressofusione a camera calda

La differenza fondamentale è data dal sistema di alimentazione che convoglia il metallo fuso verso il processo di fusione. La scelta della variante di processo dipende dalla temperatura di fusione del materiale da lavorare.

A. Processo a camera calda
Le macchine per pressofusione a camera calda si compongono di una pressa sulla quale è montato lo stampo e un forno collegato direttamente al dosatore. Il materiale allo stato liquido è stoccato all’interno di un crogiolo. Nel ciclo di sparo il pistone del gruppo pressa si abbassa e spinge il materiale dalla camera di fusione attraverso il canale verticale e l’ugello nelle cavità dello stampo. Dopo lo sparo il pistone torna nella posizione di partenza. Allo stesso tempo la cavità si apre e il pezzo lavorato viene estratto dalla metà stampo mobile con l’aiuto degli espulsori. Un ciclo dura da 3 a 9 secondi, in funzione delle dimensioni del pezzo.

Il gruppo di colata è sempre a contatto con il materiale liquido. Per non sollecitare i componenti del gruppo di colata oltre i limiti tecnici la temperatura del processo di pressofusione a camera calda è limitata a <500°C. Questo significa che è possibile lavorare solo leghe di metalli che fondono a basse temperature, tra cui principalmente leghe di zinco o a base di zinco. In caso di temperature più elevate il contatto costante con il materiale fuso e il gruppo di colata non è più possibile, in quanto l’usura subisce una forte accelerazione, le scorie e i depositi compromettono la sicurezza di processo e il materiale fuso inoltre viene contaminato chimicamente attraverso i processi di diffusione dei componenti del gruppo di colata.

B. Processo a camera fredda
Le macchine per pressofusione a camera fredda si compongono essenzialmente di un semplice gruppo pressa che monta a bordo lo stampo permanente e devono essere alimentate con il metallo fuso dall’esterno. Il dosaggio dello sparo avviene manualmente o tramite un forno fusore con robot dosatore. Prima del singolo sparo la quantità di materiale liquido necessaria viene introdotta nella camera di colata. Successivamente il materiale fuso viene pressato nella cavità con lo stampo permanente chiuso a velocità sino a 200 m/s. Dopo un rapido raffreddamento, lo stampo si apre per espellere il pezzo. Il processo di pressofusione a camera fredda prevede tempi di ciclo > 30 secondi. Si lavorano prevalentemente leghe a base di alluminio, rame e magnesio. Diversamente dal processo a camera calda, il gruppo di colata (camera, pistone) è separato dalserbatoio di materiale fuso, per cui il carico termico subisce interruzioni cicliche. Le temperature di processo tuttavia sono nel complesso superiori, fatto che limita la durata a un numero di spari compreso tra 50.000 e 200.000 (nel caso dell’alluminio).

C. Altri processi
Oltre alle varianti sopra descritte, si distinguono altri processi:

C1. Processo Acurad
Il processo Acurad è impiegato per pezzi di notevole spessore, per i quali le inclusioni di gas costituiscono un fattore critico. Diversamente dalla pressofusione tradizionale, il materiale fuso viene convogliato a bassa pressione attraverso una materozza di notevole diametro. In questo modo il materiale liquido viene immesso nello stampo permanente con moto laminare, mentre la cavità espelle il gas in modo uniforme, limitando così le inclusioni di gas nel materiale. Dopo che lo stampo è stato riempito, un secondo cilindro pressa il materiale fuso che si sta solidificando in modo da ridurre la porosità residua. Dato il riempimento lento dello stampo, questo processo non è adatto per pezzi di spessore esiguo.

C2. Pressofusione sottovuoto e sottovuoto spinto
La pressofusione sottovuoto prevede l’evacuazione dello stampo prima di ogni sparo. Il materiale liquido viene a seguire sparato nella cavità sotto vuoto e si solidifica entro breve tempo. L’evacuazione comporta un notevole calo del gas contenuto nel materiale fuso iniettato. La pressofusione sottovuoto consente di produrre pezzi in alluminio saldabili e lavorabili, in quanto l’elemento di disturbo ossigeno viene mantenuto a un livello minimo.

C3. Pressofusione tixotropica
Per pressofusione tixotropica si intende la fusione di materiale allo stato semiliquido. In questo stato e in assenza di agenti esterni, i materiali si comportano come se fossero solidi. Se sottoposto a sollecitazione da taglio, invece, il materiale fluisce e diviene modellabile. Questo stato è ottenibile con masse e leghe diverse, a determinati intervalli di temperatura ravvicinati. Il materiale allo stato tixotropico presenta una struttura particolarmente vantaggiosa. La grana è particolarmente fine e in fusione il materiale non si liquefà, pertanto il volume non varia drasticamente, fatto che previene la porosità da contrazione. Sfavorevoli nel caso di questo processo sono invece i costi elevati della materia prima, in quanto la lega per poter essere lavorata in tutta sicurezza, deve presentare una determinata composizione. Anche l’impostazione precisa del livello di temperatura nel processo di serie è molto impegnativa.

Le sostanze di separazione e le sostanze ausiliarie nel processo di pressofusione svolgono un ruolo decisivo
L’impiego di sostanze di separazione è necessario per poter estrarre i pezzi dallo stampo, ottenere alta qualità e garantire il raffreddamento esterno della superficie stampo. La selezione mirata del prodotto idoneo ha priorità assoluta. Conseguenze dell’impiego di sostanze di separazione non idonee possono essere ridotta produttività, maggiori percentuali di scarto dovute alla porosità della struttura, difetti di estrazione, minore capacità di verniciatura dei componenti, maggiore impegno di pulizia dovuto ai residui delle sostanze di separazione all’interno della cavità e sul telaio dello stampo. Le sostanze di separazione utilizzate nella pressofusione dell’alluminio solitamente sono liquide e vengono applicate a spruzzo. Le sostanze di separazione possono essere a base d’acqua o prive d’acqua.

Sostanze di separazione a base di acqua
Solitamente le sostanze di separazione a base di acqua sono acqua in emulsione oleosa. L’acqua funge da matrice portante ed evapora rapidamente per via del punto di ebollizione relativamente basso raffreddando lo strato dello stampo prossimo alla superficie. L’emulsione consente l’applicazione uniforme delle componenti ad alta viscosità preposte alla separazione.

La micronebulizzazione è il nuovo approccio volto alla gestione responsabile delle risorse. Si tratta di spruzzare un volume molto ridotto sulla superficie dello stampo. Il vantaggio in tal senso è che non è necessaria acqua per diluire le sostanze di separazione, per cui viene meno il costoso smaltimento delle acque reflue. In questo modo si riducono inoltre i tempi di ciclo e il carico termico alternato dello stampo può essere ignorato. Questo prolunga sensibilmente la durata dello stampo.

Sostanze di separazione senz’acqua
Componenti portanti in questo caso sono oli a bassa viscosità o solventi. L’azione separante della sostanza portante è analoga a quella dell’acqua e serve principalmente per ottenere una ripartizione uniforme. La nebulizzazione dei liquidi combustibili sullo stampo caldo comporta tuttavia il rischio di incendi e di contaminazione ambientale.

Per quanto riguarda la qualità dei pezzi, la durata dello stampo e l’efficienza della pressofusione, oltre alle sostanze di separazione e ausiliarie anche la regolazione di temperatura e il raffreddamento dello stampo hanno un ruolo decisivo.

Esistono ancora oggi applicazioni che prevedono il raffreddamento dello stampo solo ad acqua e il riscaldamento tramite bruciatori a gas o riscaldatori a infrarossi.

Per motivi tecnici nonché economici, nel tempo si sono imposti sistemi di riscaldamento e raffreddamento funzionanti a olio sino a 360 °C o acqua pressurizzata sino 180 °C.

  • Riscaldamento con bruciatori a gas/riscaldatori a infrarossi, raffreddamento ad acqua fredda
  • Riscaldamento e raffreddamento con olio termovettore sino a 360°C
  • Riscaldamento e raffreddamento con apparecchi ad acqua pressurizzata, sino a 160 °C o 230°C

Il grande svantaggio di questo tipo di termoregolazione è dato dalle notevoli differenze di temperature e conseguenti tensioni del materiale all’interno dello stampo. Questo incide negativamente sulla durata dello stampo; inoltre a ogni interruzione di produzione è necessario riportare lo stampo alla temperatura desiderata, con conseguente variazione dei tempi di avviamento e percentuali di scarto superiori. Nella gran parte dei casi si opta per questa variante se i canali dello stampo sono troppo piccoli, tanto da impedire l’uso di sistemi di termoregolazione.

La termoregolazione operata da tali sistemi, siano essi ad acqua o a olio, rispetto alla variante di cui sopra offre diversi vantaggi.

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