Estrusione o pressofusione a camera calda: quale tecnologia scegliere per i tuoi componenti in serie?

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Hai già sentito parlare di “Estrusione”?

È un’altra tecnologia che potresti utilizzare per la tua produzione di semilavorati, dai quali ricavare, in un secondo momento, i tuoi componenti in serie.
Si tratta di un processo che consiste nel far passare il metallo attraverso la sagoma (o profilo) di una matrice, mediante compressione.
L’estruso ottenuto potrà avere una qualunque forma bidimensionale, mentre la terza dimensione non potrà cambiare geometricamente. Per ottenerla, bisogna tagliare la barra alla lunghezza desiderata.
La maggior parte delle estrusioni viene eseguita a caldo, per rendere il materiale più malleabile e più facile da lavorare. 
In alcuni casi però è una tecnica che può venir realizzata anche a freddo.

L’estrusione si può effettuare su materiali di diversa natura, come: 

  • alluminio, 
  • rame, 
  • materie plastiche (gomma, polietilene, polipropilene, ecc.),
  • ecc.

Serve a creare semilavorati in serie quali: tubi, profilati, piastre, laminati e prodotti anche più complessi.

Ovviamente – come le tecnologie di cui abbiamo parlato negli articoli precedenti – anche la lavorazione di pezzi con alla base un materiale estruso potrebbe essere un’alternativa alla nostra pressofusione, ma non è adatta per tutti i componenti in serie. 
E soprattutto, il più delle volte, non è conveniente sceglierla.

A questo punto probabilmente ti starai chiedendo:

Ma che differenza c’è tra un prodotto estruso ed uno pressofuso?

Quando è meglio preferire un processo di lavorazione piuttosto che l’altro?

Ebbene, ora te lo spiego.

Se mi segui da un po’ di tempo, sicuramente saprai in cosa consiste la pressofusione a camera calda. 
Se invece è la prima volta che incontri il mio blog, puoi iniziare a farti un’idea di come funziona questo metodo produttivo leggendo qui: 
Scopri cos’è la pressofusione a camera calda della zama e perché sceglierla per produrre i tuoi componenti.

Cerchiamo allora di capire quali sono i pro ed i contro dell’estrusione, confrontando la realizzazione di un pezzo finito con un componente pressofuso in zama.

Velocità di produzione

 

Di per sé la fase di estrusione è abbastanza rapida
Ma il pezzo ottenuto risulta solitamente “grezzo”, ovvero un semplice punto di partenza al quale aggiungere delle lavorazioni successive (ad esempio con la fresatura). 
Tieni presente che ogni passaggio in più richiesto per la lavorazione ha bisogno di tempo da investire, prolungando di fatto il processo (ed aumentando i costi).
Nel caso della zama invece, una volta preparato lo stampo, si procede direttamente alla pressofusione ed il componente ottenuto è quasi sempre un pezzo finito.

Pezzi con forma definitiva

 

In base a quanto appena visto, sarà facilmente comprensibile come la pressofusione sia molto più conveniente nel farti ottenere un pezzo già completo e finito, con tutti i vantaggi che ne conseguono.

Complessità del progetto


La complessità progettuale è il grande vantaggio della pressofusione e per contro, rappresenta il vero limite dell’estrusione.
Questo perché nella pressofusione hai la possibilità di fondere più pezzi assieme, oltre che dargli una forma totalmente libera nelle 3 dimensioni. 

Libertà progettuale


L’estrusione ti permette di avere una grande libertà progettuale, ma
solo a livello di profilo 2D. 
Quindi manca del tutto una dimensione dell’oggetto. 
Le lavorazioni necessarie nella terza dimensione dovranno essere fatte di ripresa mediante asportazione di truciolo.
I pezzi estrusi, perciò devono essere concettualmente più semplici.
Inoltre, questi pezzi devono poi venir ancora lavorati. 
Quindi, per ottenere una forma geometricamente più complessa, la soluzione migliore è affidarsi alla pressofusione: grazie allo stampaggio sarà molto più semplice ottenere la forma desiderata.
Con l’estrusione, invece, sarà necessario prima produrre l’estruso, poi lavorarlo, ed infine assemblare i pezzi per rendere il tuo componente completo.

Se vuoi scoprire gli altri vantaggi che la pressofusione in zama può riservare alla tua produzione in serie, leggi la mia guida: “Leghe di Zinco: scopri perché utilizzarle per produrre i tuoi componenti”

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Risparmio energetico


Quando abbiamo confrontato la pressofusione della zama con le altre tecnologie produttive, abbiamo sempre parlato anche dell’aspetto legato al consumo di energia.
Perciò l’ho voluto riprendere anche in questo contesto, anche se i due processi non sono direttamente paragonabili.
Questo perchè, per parlare di energia assorbita durante il processo, bisognerebbe fare una considerazione specifica caso per caso, in base al materiale utilizzato per l’estruso
Un conto è lavorare la plastica, un conto è l’alluminio, che richiede un dispendio energetico di molto maggiore rispetto alla zama.
Inoltre bisogna tener presente che l’estruso dev’essere poi sottoposto ad ulteriori lavorazioni e queste richiedono un dispendio energetico del quale si dovrà tener conto per calcolare il consumo totale.

Usura degli strumenti


Anche qui il confronto tra le due tecnologie produttive non può essere diretto ed immediato. 
Da una parte abbiamo la pressofusione, che richiede un investimento iniziale, per la realizzazione dello stampo. 
Migliore sarà la qualità di quest’ultimo, maggiore sarà il costo iniziale. 
Al contempo però si andrà ad aumentarne la durata e la resistenza, per ottenere alla fine un abbattimento dei costi nel lungo periodo.
Viceversa, nel caso degli estrusi, la creazione della matrice richiede un investimento iniziale inferiore, anche perché è concettualmente molto più semplice. 

Però questa matrice dev’essere rigenerata con una certa frequenza, che dipende prima di tutto dal materiale utilizzato, a causa del costante attrito esercitato durante la lavorazione. Attrito che, combinato con lo stress termico, mette a dura prova la resistenza dell’acciaio utilizzato per la matrice di estrusione.

Peggio di tutto, infatti, se si lavora con l’acciaio: se già l’usura degli strumenti con l’estrusione è all’ordine del giorno, con l’acciaio la frequenza di sostituzione della matrice aumenta notevolmente.

Elevata ripetibilità e qualità di produzione

Per quanto riguarda la ripetibilità del processo, bisogna tener innanzitutto conto che si lavora con un range di tolleranze diverse

La pressofusione ha il vantaggio di avere uno stampo sempre uguale nel tempo che, una volta approvato, resta così.

Con l’ estrusione invece, cambiano le misure – seppur impercettibilmente – ogni volta che la matrice viene rigenerata. 
Infatti il profilo sulla matrice è leggermente conico, al momento che la matrice viene spianata, il profilo risultante subisce un cambiamento pari a qualche centesimo di millimetro. Arrivati al limite massimo della tolleranza, la matrice va sostituita, altrimenti si rischia di ottener pezzi non uguali tra loro.

Per quanto riguarda la qualità del prodotto finale, dobbiamo tener conto di due aspetti: la precisione ed i difetti.

  • Precisione: l’estrusione dà un risultato preciso, è vero, ma mai quanto la zama.
    Se facciamo un confronto, in termini di dimensioni lineari su circa 100 mm, l’estrusione avrà una precisione pari a 0.7mm, mentre la pressofusione di Zama arriva anche a valori compresi tra 0.05-0.1 mm.
  • Difetti: bisogna stare molto attenti a come viene eseguito il processo di estrusione, altrimenti rischiamo di ottenere: 
    – Cricche superficiali. Si formano quando la velocità è troppo elevata e si verificano locali aumenti di temperatura. In questo caso vanno ridotti entrambi i parametri.
    Si presentano anche quando il materiale resta bloccato a causa dell’attrito sulle pareti e viene rilasciato a scatti. Questo problema però si può risolvere utilizzando un buon lubrificante.
    – Difetti di estrusione.

    Sono dovuti alla presenza di impurità che restano inglobate all’interno del materiale, e solitamente vengono indirizzate proprio verso il centro del pezzo, spinte dal movimento dei flussi del materiale stesso.
    Cricche interne. Derivano da deformazioni non omogenee, e si possono ridurre andando ad aumentare l’attrito o, anche, riducendo l’angolo della matrice.

    Con la pressofusione tutte queste problematiche non sussistono e si ottiene una produzione migliore dal punto di vista qualitativo.

Compatibilità ambientale


Non si può fare un paragone in senso assoluto tra le due tecnologie di produzione, perché la compatibilità ambientale non dipende tanto dal processo di lavorazione, quanto dal
materiale utilizzato per l’estrusione.

Se si lavora un metallo, il rispetto ambientale è in entrambi i casi elevato. 

Se invece si maneggia un polimero plastico, la zama risulta senz’altro vincente (per saperne di più, leggi qui: Sicurezza e rispetto ambientale: perché la zama è meglio della plastica).

Costo

 

Dobbiamo tener conto di molti aspetti, parte dei quali li abbiamo già visti: 

–   il consumo energetico; 

  • il numero di lavorazioni necessarie per ottenere il prodotto finito;
  • il tempo da dedicare all’intero processo;
  • il costo degli strumenti e la loro usura; 
  • ecc. 

Dal momento che l’estrusione può essere eseguita su materiali differenti tra loro, è difficile fare un confronto in termini di spesa per l’acquisto della materia prima necessaria.

In linea di massima – a parità di costo del materiale e concentrandoci solo sul processo produttivo – bisogna tener conto che con l’estrusione si ha uno spreco di materiale

Inoltre, se il pezzo ricavato dall’estrusione va anche rilavorato – come avviene nella maggior parte delle situazioni – allora il costo sarà decisamente maggiore che non il pressofuso. 
Solo nei rari casi in cui il pezzo non debba essere rilavorato, allora è probabile che costi di meno l’estruso. Ma si tratta di poche eccezioni.

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