La pressofusione in camera calda in 8 semplici step

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Se non sei un addetto ai lavori, ma sei interessato a scoprire come funziona un ciclo di produzione per componenti in serie realizzati in zama, ho preparato per te una spiegazione passo-passo di come si svolge l’intero processo.

Dal 1992 lavoro nel settore e posso dire con certezza che di questi cicli produttivi ne ho seguiti a migliaia. 

Senza contare tutte le volte che da bambino mi recavo nella fonderia di mio padre e restavo affascinato ad osservare i macchinari all’opera. 

Eppure quella volta tutto sembrava meraviglioso ai miei occhi e non mi preoccupavo di certo delle problematiche di produzione.

Ora che sono cresciuto, le cose sono decisamente cambiate: so bene come ogni singolo ciclo di pressofusione possa in realtà essere fonte di enormi soddisfazioni o frustranti fallimenti. 

Ma per arrivare fin qui, ho commesso anch’io in passato degli errori.

Ho capito che può essere sufficiente una piccolissima imprecisione, nella gestione del ciclo di pressofusione, per gettare al vento ore e ore di lavoro e deprimersi dinanzi a componenti mal sformati.

Oggi sono diventato “un meticoloso all’eccesso”. 

Potrei dire che si tratta quasi di una sfida personale tra me e la pressofusione: il prodotto finale deve raggiungere il livello di perfezione che ho programmato con il mio progetto, solo così riesco a ritenermi pienamente soddisfatto!

Due maestri mi hanno insegnato a trasformare ogni ciclo produttivo in un successo: mio padre e l’esperienza. Se il primo mi ha impartito tutti i fondamenti, la seconda mi ha trasformato in un pignolo-rompiscatole-professionista. 

E da allora non mi lascio sfuggire neanche il minimo particolare di ciascun ciclo produttivo. 

Forse dopo la mia premessa, ti starai chiedendo:

“Quali sono le variabili dalle quali dipende la riuscita di un processo di pressofusione?”


In realtà sono molte, ma ricordiamo le più importanti: 

  • parametri di impostazione, come pressione e temperatura;
  • efficienza dei macchinari;
  • alta qualità dei materiali e corretta manutenzione degli stampi;
  • corretta progettazione dell’intero processo.

Quest’ultima, non viene considerata come una parte della pressofusione vera e propria, ma è fondamentale, perché rappresenta il punto di partenza – e la riuscita finale – del ciclo produttivo.  

Nelle prossime righe ho voluto schematizzare soltanto i passaggi che avvengono in fonderia, che hanno inizio con la vera e propria fusione del materiale. 

Vorrei però farti notare, ancora una volta, che un ciclo di pressofusione, per portare a degli ottimi risultati, deve essere seguito ben più a monte. 

Bisogna avere dei buoni macchinari di produzione ed un personale qualificato, in grado di gestire con attenzione l’intero processo.

Ma l’elevata qualità del prodotto finale, si ottiene a partire dalla corretta progettazione, sia dello stampo che del componente da produrre.

Solo dopo aver studiato correttamente il processo e dopo aver creato lo stampo, si può cominciare ad operare.

La pressofusione a camera calda della zama può essere riassunta in 8 passaggi principali:

  • Caricatura dei lingotti e fusione della zama
    Il primo passaggio da eseguire in macchina consiste nel caricare i lingotti di zama all’interno di un crogiolo, dove verrà fuso il metallo. Si tratta di un serbatoio che viene riscaldato, di solito, attraverso un bruciatore a gas metano o delle resistenze elettriche.
    Questo crogiolo è parte della macchina per l’iniezione. Esso viene continuamente riscaldato per mantenere il metallo allo stato liquido, pronto poi per essere iniettato.
    I lingotti devono essere riscaldati fino ad una temperatura di lavoro pari a circa 420° C, perciò il processo di fusione è in generale abbastanza lento.
    Per portare la massa di metallo dalla temperatura ambiente a quella necessaria per la pressofusione, occorrono dalle 2 alle 8-10 ore, a seconda della dimensione della pressa e del suo bagno di fusione.
    Il livello del materiale andrà rabboccato di continuo durante la lavorazione. Quindi, a seconda di quanta zama verrà consumata, nel bagno fuso si inseriranno nuovi lingotti ad intervalli di tempo prefissati. Il lingotto inserito si scioglierà molto velocemente, in quanto la massa fusa lo inghiottisce letteralmente in qualche secondo.
  • Attrezzaggio della macchina
    Dopo aver caricato i lingotti nel crogiolo, durante la fase di riscaldamento si attrezza la macchina, montando lo stampo del componente che andremo a produrre.
    Questo processo prende il nome di staffaggio dello stampo.
    Lo stampo, attraverso un mezzo di sollevamento – noi usiamo un carrello elevatore – viene calato sulla pressa e viene fissato alla stessa tramite delle staffe di collegamento.
    A questo punto si impostano tutti i parametri di processo.
  • La fase di iniezione
    Raggiunta la temperatura di lavoro e fatte le dovute verifiche, siamo pronti per stampare.
    Dato lo start, la macchina chiude lo stampo, che si porta a contatto con l’ugello riscaldato.
    Il pistone comincia a spingere il metallo fuso, presente nella camera calda, all’interno della cavità da riempire.
    La zama attraversa così il sifone e l’ugello, fino a riversarsi all’interno dello stampo.
  • Solidificazione della zama
    Il tempo necessario perché si solidifichi il componente appena iniettato sarà tanto più lungo, quanto più pesante è la stampata.
    Una volta avvenuto il raffreddamento completo, la macchina apre lo stampo.
  • Rimozione del componente dallo stampo.
    Appena si apre lo stampo, entrano in funzione gli estrattori, che spingono fuori il componente e lo fanno cadere sul convogliatore.
    Se lo stampo è progettato in modo corretto e ha funzionato a dovere, la stampata rimane nella parte mobile dello stampo stesso. Il rischio, altrimenti, potrebbe essere quello di non ottenere il risultato desiderato, buttando via ore di lavoro e kg di materiale.
    La fase di progettazione e costruzione dello stampo è quindi un passaggio molto delicato.
    Non mi stancherò mai di ripeterlo.
    Esistono tanti stampisti generici sul mercato. 

Ma costruire uno stampo di qualità richiede molta specializzazione e molta esperienza

Gli stampi per la pressofusione della zama, seppur apparentemente simili, differiscono molto da quelli adatti a lavorare con altri materiali, come plastica, alluminio, magnesio, ecc. 

Questo perché ogni materia prima ha le sue peculiarità.

Per questo motivo, se vuoi costruire degli stampi per la pressofusione della zama, ti consiglio di rivolgerti a degli specialisti del settore, evitando i “generalisti”. 

È l’unico modo per ottimizzare già in fase di progetto il disegno del componente al processo e di costruire uno stampo preciso ed affidabile nel tempo.

Se vuoi progettare uno stampo per la zama con il quale realizzare i tuoi componenti in serie, contattami ora! Posso aiutarti a perfezionarlo per ridurre gli scarti di materiale, migliorare la precisione dei dettagli e risparmiare sulla sua durata nel tempo!

A questo punto si lubrifica lo stampo e il ciclo può ricominciare, per poter ottenere un’altra stampata. 

  • Raffreddamento del componente
    Intanto che riparte il ciclo successivo, la stampata precedente completa il suo raffreddamento e procede verso le fasi finali della lavorazione.
    Queste potranno essere più o meno articolate, a seconda della complessità del componente.
  • Smaterozzatura
    Alla fase di stampaggio e di raffreddamento, segue la smaterozzatura.
    Questo passaggio comporta l’asportazione della materozza.
    “Materozza” è il termine tecnico che definisce il canale di colata.
    In questa fase del processo si va, quindi, a rimuovere la parte del getto che si è solidificata ed è rimasta attaccata al componente prodotto.
    È un’operazione che può variare a seconda delle dimensioni del pezzo che dobbiamo separare dal canale di colata:
    -per pezzi piccoli (come avviene spesso per prodotti a base di zama) sovente è sufficiente spezzare l’attacco mediante flessione del punto di rottura. Generalmente è un’operazione che viene eseguita a rotobarile;
    -per pezzi grandi è, invece, necessaria un’apposita attrezzatura da taglio e potrà essere automatica o manuale/robotizzata, a seconda del componente in produzione.
  •  Lavorazioni di ripresa meccanica e trattamenti di finitura superficiale
    A seconda del ciclo di lavorazione richiesto dal singolo componente, si procede in ultimo con le eventuali lavorazioni di:
  • ripresa meccanica: filettature, sottosquadri interni, alesature, ecc.
  • trattamenti di finitura superficiale: sabbiatura, burattatura, lucidatura, trattamenti galvanici o di verniciatura, ecc. 

A grandi linee, questo è il ciclo della stragrande maggioranza dei componenti pressofusi in zama. 

Sebbene possa sembrare un processo piuttosto semplice e lineare, implica la messa a punto di una grande quantità di parametri.

Per fortuna oggi giorno, la tecnologia ci viene in aiuto per questo. 

Ad esempio, nella nostra azienda, grazie all’elettronica, alla logica proporzionale e alle presse moderne, siamo in grado di poter intervenire su questi parametri fondamentali. 

Quindi temperature, velocità, tempi e pressioni, sono sempre ottimizzate e sotto controllo.

Sei alla ricerca di un professionista qualificato nel seguire la produzione in serie dei tuoi componenti in zama? Contattami adesso! Metterò a tua disposizione tutta la mia esperienza nel settore e ti aiuterò ad ottimizzare l’intero processo, dalla progettazione del componente fino alle lavorazioni di finitura superficiale!

La zama si rovina con il tempo?

Mi viene spesso domandato se la zama si rovina con il passare degli anni.

 

Abbiamo tutti presente l’effetto dell’argento o del rame, che anneriscono con il tempo e che spesso causano segni antiestetici sul corpo se indossati come gioielli.

 

Ebbene, la zama non si rovina al pari di questi metalli. Se viene protetta con opportuni trattamenti superficiali non annerisce e non macchia nemmeno la pelle a contatto con il sudore.

 

Anche per questo trova largo impiego nella produzione di gioielli e altri accessori di bigiotteriaInoltre, le leghe di zinco sono particolarmente resistenti.

 

Sappiamo bene che la zama è una lega metallica composta prevalentemente da Zinco abbinato ad altri elementi, come l’Alluminio e il Rame.

 

Questa lega è nata con lo scopo di rendere un ottimo materiale, come lo Zinco, più duro e robusto, ma al tempo stesso anche più duttile per essere lavorato.

 

Quindi nel caso delle leghe di zinco si può parlare di una maggior resistenza:

  • agli urti, 
  • all’usura e 
  • alla corrosione.

Gli articoli prodotti in zama pressofusa durano di più, quindi, rispetto a quelli prodotti con altre leghe o con la plastica, proprio grazie alla durezza del materiale con cui vengono realizzati (paragonabile a quella della ghisa o dell’ottone).

 

Come migliorare la resistenza alla corrosione della zama

 

La zama ha una buona resistenza alla corrosione, sia in condizioni atmosferiche normali, sia a diretto contatto con prodotti petroliferi.

 

La zama può essere tranquillamente utilizzata anche senza alcun trattamento superficiale in certi ambienti chiusi, ma per aumentare maggiormente la sua durata nel tempo, soprattutto in condizioni estreme, è sufficiente aggiungere un processo di finitura galvanica.

 

A seconda dei casi, questo passaggio potrà privilegiare l’aspetto tecnico o quello estetico.

 

Quando scegliere allora una finitura più tecnica o una estetica per proteggere la zama dalla corrosione?

 

Lo vediamo subito.

 

  • Trattamenti tecnici:

Il loro unico scopo è quello di migliorare le proprietà anticorrosive del materiale e di difenderlo ancora di più dagli agenti aggressivi.

 

Esistono dei trattamenti che possono arrivare a garantire una protezione alla corrosione vicina alle 1000 ore in nebbia salina.

 

Questo è un aspetto molto interessante in quanto, da una parte la longevità di un componente pressofuso in zama può aumentare notevolmente nel tempo, dall’ altra questi trattamenti possono estendere il campo di utilizzo della lega stessa ad ambienti particolarmente aggressivi dal punto di vista corrosivo.

 

I trattamenti galvanici tecnici sono ottimi per elevare le capacità anticorrosive della zamaEssi però non sono adatti per aumentare la bellezza superficiale dei pezzi prodotti.

 

Per questo trovano largo impiego specialmente nella componentistica nascosta, dove l’aspetto estetico è decisamente secondario.

 

  • Trattamenti estetici:

I trattamenti estetici più diffusi e comunemente utilizzati sono:

– cromatura,

– nichelatura,

– ramatura,

– ottonatura,

– stagnatura,

– doratura,

– argentatura,

– ecc.

 

Ognuno di questi può essere declinato in una serie di varianti, come ad esempio finitura lucida, finitura opaca, finitura satinata, effetti di invecchiamento, passivazioni chiare o scure, ecc.

 

Il loro scopo è quello di valorizzare l’aspetto dei tuoi componenti, preservandone anche la funzione anticorrosiva, seppur in maniera limitata rispetto alle finiture di tipo tecnico.

 

Se vuoi conoscere meglio i trattamenti dei componenti in zama e come avviene la loro lavorazione, puoi trovare le informazioni più dettagliate nella mia guida:

 

“Leghe di Zinco: scopri perché utilizzarle per produrre i tuoi componenti”

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Caratteristiche chimico-fisiche della zama

Se ti stai chiedendo come riconoscere la zama, dove si trova e quando è più conveniente utilizzarla, ti sarà tutto più chiaro una volta comprese a fondo le sue caratteristiche chimico-fisiche e anche quelle meccaniche.

Viene infatti utilizzata in tutte quelle situazioni in cui sono richieste le sue proprietà come: durezza, resistenza, peso specifico, limitata corrosione ne tempo, facilità di lavorazione, ecc.

Essendo una lega chimica, le sue proprietà sono influenzate sicuramente dallo zinco, responsabile delle caratteristiche principali, poiché determina soprattutto la densità della zama ma anche il peso specifico della zama, e molto altro.

Trattandosi di una lega di zinco e non del materiale puro, ci sono però anche altri componenti che partecipano alla formulazione e ne influenzano le proprietà. 
Se il peso specifico dello zinco è più o meno sempre mantenuto, i metalli che vengono aggiunti possono andare ad influenzarne la resistenza, la durezza, ecc.

In effetti, quando si parla di zama, sarebbe più corretto classificarla come una “famiglia di leghe”, dal momento che esistono più tipologie. 
Gli appartenenti a questa famiglia si differenziano tra loro per le concentrazioni percentuali di ciascun elemento legato allo zinco. Si può avere infatti, una lega di rame e zinco, una lega di zinco e alluminio, ecc.

Abbiamo così le leghe stampabili a camera calda  la Zama 2 (ZP2), la Zama 3 (ZP3), la Zama 5 (ZP5) e la Zama 8 (ZP8).

Esistono poi anche la Zama 12 (con il 12% di alluminio) e la Zama 27 (con il 27% di alluminio). Queste due leghe sono stampabili solo a camera fredda, perché le alte percentuali di alluminio in esse contenute innalzano la temperatura di fusione a tal punto da non rendere possibile il processo a camera calda. 
Il punto di fusione dell’alluminio è infatti molto più alto rispetto a quello dello zinco o del punto di fusione del rame, ecc. Quindi leghe con alte concentrazioni di questo metallo andranno lavorate con un processo diverso.

Quando scegliere una lega di zama piuttosto che l’altra?

Dipende tutto dalle esigenze di progettazione e dal risultato finale che si vuole ottenere.

  • La ZP3 e la ZP5 sono quelle più utilizzate. Entrambe hanno un’elevata stabilità dimensionale, ma la ZP3 ha una miglior resistenza alla corrosione, mentre la ZP5 è da preferire se si vuole ottenere una resistenza all’impatto davvero alta.
  • La ZP2 è quella con caratteristiche meccaniche migliori, ma tende ad invecchiare più facilmente delle altre.

     

  • La ZP8, invece, offre una resistenza e una durezza del componente davvero elevate, ma di fatto non ha molto mercato a causa del costo elevato richiesto, per il materiale stesso e per la sua lavorazione. 

Lavorare con una lega – anziché un metallo puro – offre diversi vantaggi.

Il sistema zinco-alluminio, al quale vengono poi abbinate piccole percentuali di altri elementi, permette di esaltare una caratteristica piuttosto che l’altra, a seconda delle esigenze. 

La zama risulta così un materiale versatile e vantaggioso in termini economici, produttivi e di progettazione.

Facciamo un esempio: se aggiungiamo allo zinco l’alluminio – fino al 4,5%, altrimenti otteniamo l’effetto contrario – possiamo abbassare il punto di fusione.
Cosa vuol dire questo? 
Che utilizzando la zama – anziché lo zinco puro – puoi risparmiare. Questo perché la quantità di calore richiesta per rendere la zama liquida, e quindi lavorabile, risulta inferiore a quella necessaria per fondere il metallo puro. 
E il tutto si traduce in un bel vantaggio economico.

Oppure, sempre aggiungendo l’alluminio – e ancora meglio se ci abbini una piccola percentuale di rame – potresti aumentare la resistenza e la durezza dei tuoi componenti qualora il progetto lo richiedesse.

E così via.

Grazie alla conoscenza di come influisce ciascun elemento chimico su ognuna delle caratteristiche della lega, possiamo scegliere le percentuali più adatte per ottimizzare la lavorazione di un prodotto e modellare le sue qualità secondo le nostre esigenze.

Riassumo in uno schema le composizioni principali delle leghe di zinco:

 

ZP3 (ZnAl4)

ZP5 (ZnAlCu3)

ZP2 (ZnAl4Cu3)

ZP8 (ZnAl4Cu1)

     

Alluminio %

3.7 – 4.3

3.7 – 4.3

3.7 – 4.3

8.0 – 8.8

Rame %

0.1

0.7 – 1.2

2.7 – 3.3

0.8 – 1.3

Magnesio %

0.025 – 0.05

0.025 – 0.05

0.025 – 0.05

0.015 – 0.03

Zinco%

resto

resto

resto

resto

Per comprendere meglio questo schema e capire nel dettaglio come ogni singola aggiunta possa modificare le caratteristiche della lega, bisogna studiare l’influenza determinata dai fattori chimici presenti.

Ti vorrei ricordare che quanto riportato nel mio blog fa sempre riferimento alla normativa attualmente in vigore. In particolare per questo argomento vorrei citare come fonte le Norme UNI EN 1774.

Vuoi conoscere tutte le caratteristiche della zama e scoprire i singoli vantaggi che può offrire ai tuoi…

Le caratteristiche meccaniche della zama

Quando ci si appresta a progettare un componente, le prime valutazioni che si vanno ad effettuare riguardano le caratteristiche meccaniche che questo dovrà avere.

 

In questo senso la zama offre tutta una serie di vantaggi: il componente finale realizzato con questo materiale risulta competitivo per le sue proprietà meccaniche ed è proprio per questo che le leghe di zinco sono diventate una materia di prima scelta per migliaia di articoli.

 

È importante sapere come ottenere queste caratteristiche, ma anche capire se e quanto variano in base alle condizioni di processo adottate, in funzione anche del tipo di lega presa in esame

 

Ecco allora un piccolo riassunto di quelle che sono le principali caratteristiche meccaniche delle leghe di zama, lavorate con la pressofusione a camera calda.

 

Per semplificare, ho voluto inserire le voci all’interno di una tabella. Ho anche riportato, accanto a ciascuna di esse, i valori corrispondenti. 

 

Questo serve a darti un’idea della differenza che intercorre tra le leghe della stessa famiglia e può essere uno strumento di confronto con le misurazioni effettuate per altri materiali.

 

Si tratta di valori indicativi perché sono stati misurati nelle condizioni immediatamente successive alla pressofusione, e ad una temperatura di 20°C.

 

Variando queste condizioni, si ha una modifica dei dati riportati.

 

Proprietà 

Unità di misura 

ZP3 

ZP5 

ZP2 

ZP8 

Carico di snervamento 

MPa 

268 

295 

361 

319 

Carico di rottura 

MPa 

308 

331 

397 

387 

Modulo di Young 

GPa 

96 

96 

96 

96 

Modulo di torsione 

MPa x 10³ 

33+ 

33+ 

33+ 

33+ 

Allungamento a rottura 

5,8 

3,4 

3,4 

Sforzo di taglio 

MPa 

214 

262 

317 

275 

Carico di snervamento a compressione 

MPa 

414 

600 

641 

600 

Resilienza 

Joules 

46 

52 

38 

42 

Resistenza a fatica (5×108 cicli) 

MPa 

48 

57 

59 

51,5 

Durezza 

Brinell 

97 

114 

130 

110 

Tenacità a frattura 

x 107N.m-3/2 

2,25 

2,1 

      

1,95 

Densità 

g/cm³ 

6,6 

6,7 

6,8 

6,3 

Vediamo ora, una per una, queste caratteristiche meccaniche:

Carico di snervamento


È il limite della forza unitaria necessaria affinché il materiale, se messo a trazione, resti nella sua zona elastica.


Anche se, in apparenza, questo tipo di movimento non sembrerebbe possibile per un componente in lega di zinco, la zama in realtà si comporta esattamente come una molla – seppur in maniera quasi impercettibile.


Quindi è un valore realmente misurabile.
Superato questo limite, ovviamente la microstruttura del materiale subisce lo snervamento. Il pezzo in esame quindi si deforma e, anche in assenza di forza, non torna più alle dimensioni originali.


La zama offre una resistenza allo snervamento di molto maggiore a quella di altri metalli soggetti a pressofusione, come l’alluminio.  Anche se paragonata ad altri materiali in generale, come plastica ed ottone, rimane vantaggiosa.

 

Carico di rottura


È il limite della forza unitaria necessaria affinché il materiale, se messo a trazione, rimanga intero.
Superato tale valore, il pezzo in esame si rompe.

 

Rispetto alle comuni materie plastiche, ad esempio, la differenza è abissale. Il carico di rottura della zama può essere anche dell’ 800% superiore.

 

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