È meglio la Pressofusione a camera calda o la Lavorazione dal pieno?

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Della pressofusione a camera calda, abbiamo già avuto modo di parlare nel dettaglio (se ancora non la conosci, puoi iniziare a farti un’idea leggendo qui: "Scopri cos’è la pressofusione a camera calda della zama e perché sceglierla per produrre i tuoi componenti").

La lavorazione dal pieno è una tecnologia produttiva che permette di ottenere il componente dalla forma desiderata, partendo da un pezzo unico (un cubo o una barra) che viene lavorato utilizzando un centro di lavoro, una fresa o un tornio CNC.

Non si va quindi a produrre più pezzi che poi dovranno essere uniti tra di loro, ma si parte da un solo componente unico che dev'essere poi scavato. In questo modo si andrà ad asportare la parte in eccesso, che prende il nome di “truciolo”.

Per farti un’idea di come avviene la lavorazione dal pieno, prova a pensare alla realizzazione di una scultura: a partire da un unico blocco di marmo, è possibile ottenere una bellissima statua. In maniera concettualmente simile, a partire da uno spezzone grezzo di metallo, si va a produrre il tuo componente, già finito e completo.

In teoria, questa tecnologia è applicabile su tutti i materiali. Principalmente acciaio, alluminio e ottone.

Io ad esempio utilizzo la lavorazione dal pieno con fresatura CNC per la produzione dei nostri stampi.

Ad ogni modo, si tende a preferire questa tecnologia in tutte quelle situazioni nelle quali il prodotto finito richiede un’elevata stabilità e robustezza.

Questo perché la struttura che ne deriva è molto compatta e priva di microporosità, quindi più resistente.

La differenza è proprio che in un processo di fusione, a volte, possono restare intrappolati, nel componente, delle impurità o dell’aria che, se uniti all'utilizzo di uno stampo magari non di altissima qualità, o a pressioni non corrette esercitate durante l’assemblaggio, possono rendere il prodotto finito poco resistente.

Quindi si preferisce lavorare un pezzo dal pieno quando si vogliono produrre dei componenti sollecitati a pressione, in quanto la densità risulta massima, al 100%.

Ma quali sono gli altri aspetti che ci portano a preferire la tecnologia di asportazione da truciolo piuttosto che la pressofusione, o viceversa?

Vediamoli ora nel dettaglio.

Pressofusione a camera calda in confronto alla lavorazione dal pieno

Velocità di produzione

In termini di velocità, la pressofusione risulta sicuramente più vantaggiosa, dal momento che una macchina per la lavorazione dal pieno può impiegare anche parecchie ore per darti un prodotto finito.

Questo, poi, dipende molto dal risultato che si vuole ottenere: maggiore è la precisione richiesta, maggiore sarà il tempo necessario per la fresatura.

Per questo la macchina utensile, a volte, è costretta a lavorare ore e ore per realizzare anche un pezzo soltanto. Soprattutto nel caso di componenti complessi, poiché nelle fasi di finitura si devono utilizzare degli utensili molto piccoli, anche meno di 1 mm di diametro. E le passate che la macchina deve compiere hanno una distanza molto ravvicinata, anche solo pochi centesimi di mm l’una dall'altra.

Risparmio energetico

Nonostante la quantità di energia iniziale richiesta per la fusione dei lingotti di zama, la pressofusione a camera calda, alla fine del processo, ti garantisce un risparmio.

La lavorazione dal pieno, infatti, assorbe molta più energia, a causa delle lunghe tempistiche di lavoro richieste dal macchinario per completare il processo.

Prezzi con forma definitiva

A livello di precisione, la lavorazione per asportazione da truciolo può essere più vantaggiosa, anche perché con questa tecnica si possono realizzare componenti di precisione con tolleranze molto basse.

Però tieni presente che la pressofusione è migliore per quanto riguarda la complessità geometrica: infatti, rende possibili geometrie non ottenibili direttamente con la macchina utensile. Se non a costi estremamente alti (magari facendo delle lavorazioni di ripresa utilizzando l’elettroerosione a tuffo).

Complessità del progetto

Quindi, come appena visto, quando c’è la necessità di realizzare un progetto ad elevata complessità geometrica è sicuramente meglio puntare sulla pressofusione. Questo perché, con lo stampaggio, si possono ottenere anche forme non realizzabili mediante l’asportazione di truciolo.

Compatibilità ambientale

Entrambe le tecnologie produttive rispettano l’ambiente.

Questo perché sia la zama, che i metalli in genere, sono tutti riciclabili al 100%. 

Ovviamente questo discorso non vale nel caso di lavorazione dal pieno di un blocco di plastica. Ma per non dilungarmi troppo, preferisco confrontare la lavorazione della zama con la lavorazione dal pieno di metalli, dal momento che le problematiche di compatibilità ambientale della plastica sono già state trattate in questo post: "Sicurezza e rispetto ambientale: perché la zama è meglio della plastica".

Usura degli strumenti

Se consideriamo la durata assoluta della strumentazione, l’asportazione da truciolo comporta un’usura molto più accelerata.

Se invece valutiamo la questione come puro investimento, questo aspetto va ponderato molto bene e bisogna operare una distinzione caso per caso. Perché è vero che un utensile per la lavorazione da taglio si usura in fretta, ma è anche molto meno dispendioso di uno stampo.

Quindi, la cosa migliore da fare è ragionare sul quantitativo da produrre.

Ad esempio, già attorno ai 500 pezzi potrebbe essere conveniente preferire lo stampaggio. Per lotti inferiori, è probabilmente più interessante la lavorazione dal pieno.

Non hai ancora deciso quale processo produttivo preferire per i tuoi componenti in serie?

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Sicurezza

In un primo momento, verrebbe da pensare che la lavorazione con la fresa CNC risulti più vantaggiosa.

In realtà non sussiste una grande differenza, perché le tecnologie moderne ci permettono di tenere sotto controllo con molta attenzione entrambi i processi, per cui le due soluzioni risultano essere comunque sicure.

Ripetibilità di processo e qualità di produzione

Non è facile fare un semplice confronto tra la pressofusione e la lavorazione dal pieno, a causa delle molteplici variabili presenti. Virtualmente verrebbe da pensare che quest’ultima possa offrire risultati migliori, ma nella realtà bisogna tenere conto dell’usura degli utensili, o delle dilatazioni termiche delle macchine, della capacità dell’operatore, ecc.

Analizziamo allora le variabili che possono influire sul processo in termini qualitativi, per comprendere meglio i passaggi necessari ad una scelta ragionata.

Partiamo dicendo che la lavorazione dal pieno, oggi, avviene grazie all’ausilio di macchine utensili gestite da un sistema di controllo computerizzato.

Si inseriscono i dati, che poi restano memorizzati per garantire il ripetersi del processo produttivo, mantenendo la precisione per il numero di componenti desiderato.

L’automatizzazione viene garantita per pezzi di dimensioni variabili, anche perché esistono macchine con estensioni differenti.

In realtà, per pezzi molto grandi si evita di lavorare direttamente su dei blocchi enormi e totalmente pieni: in questo caso, l’asportazione di truciolo ha come base di partenza una fusione o una struttura saldata, mentre i pezzi più piccoli vengono realizzati da alcuni sbozzati pieni.

Ovviamente anche questo, ai fini della ripetibilità del processo, non cambia.

Quello che in una lavorazione dal pieno influenza il risultato finale è:

  • Manualità dell'operatore.
    Anche se i sistemi sono per lo più automatizzati, bisogna sempre intervenire per preparare le macchine, tararle correttamente ed eseguire eventuali controlli di persona. Infatti, anche se la normale produzione si avvale da decenni di macchine a controllo numerico, senz’altro più economiche, è anche vero che un pezzo verificato da un operatore (controllo manuale) risulta più puntuale. E a questo punto l’esperienza e la capacità del tecnico che esegue tali operazioni sono fondamentali.
  • Accortezze per compensare le derive termiche.
    Tra il primo pezzo prodotto nella giornata e l’ultimo ci possono essere parecchie differenze dovute al riscaldamento della macchina. Ovviamente gli impianti più moderni hanno delle sonde che misurano in continuo le temperature e quindi compensano i loro movimenti per ottenere il risultato impostato.
  • Preparazione iniziale.
    Ciò non toglie che un bravo operatore dovrebbe riscaldare la macchina ad inizio giornata, ma sono in pochi a farlo nella grande produzione. Questa è una pratica assolutamente indispensabile nella nostra azienda, per procedere poi con la lavorazione degli stampi. Allo stesso modo è fondamentale tarare correttamente le macchine. In particolare quelle a 5 assi, che hanno cinematismi più complessi, e devono pertanto venir correttamente tarate immediatamente prima di far partire la lavorazione, specialmente se si tratta di un’operazione di finitura.
  • Manutenzione costante dell'utensile.
    Quando l’utensile risulta troppo consumato, anche se la macchina continua a compiere il giusto tragitto, il pezzo non viene tagliato nella stessa posizione dei precedenti. Quindi, seppur per pochi centesimi di mm, i pezzi risultano differenti tra di loro.
  • Verifica delle quote.
    Durante il processo produttivo, le quote devono essere tenute d’occhio. Ovviamente, la frequenza di controllo dipende dalla precisione richiesta. Per gli stampi, visto che si tratta di pezzi unici, i controlli che noi facciamo sono molteplici e distribuiti lungo più fasi delle lavorazioni. Per i pezzi in serie, invece, vengono fatti a campione ogni tot pezzi, e la quantità di verifiche viene sempre concordata con il cliente. Un po’ come facciamo anche noi lavorando con la pressofusione. In linea generale i controlli aumentano sicuramente la qualità e diminuiscono il rischio di produrre pezzi non conformi. Ovviamente richiedono tempo e costi extra. La quantità e il tipo di verifiche eseguite dipendono dal risultato che si vuole ottenere. Se si sceglie di privilegiare la precisione, il tempo ovviamente aumenta. È il caso della nostra lavorazione sugli stampi: li vogliamo assolutamente precisi e per questo i controlli non si risparmiano. Se invece si possono tollerare precisioni meno spinte, allora si può accelerare il processo riducendo le verifiche eseguite. Per quanto riguarda i pezzi non conformi, nel caso della lavorazione dal pieno, possono essere ripresi solo se sul componente è rimasto del sovrametallo. In caso contrario non sono recuperabili, se non con costose lavorazioni di saldatura. Ma queste vengono eseguite solamente se il valore del pezzo è elevato (come nel caso di un componente di uno stampo), altrimenti è’ difficile che i pezzi prodotti in serie vengano recuperati con la saldatura e poi rilavorati. Questo specialmente per quelli più piccoli. Per la pressofusione questo procedimento di recupero è molto più’ semplice, perché è sufficiente rifondere il pezzo e ristamparlo.

    Un altro vantaggio della pressofusione rispetto alla lavorazione da barra è che non comporta un netto taglio delle fibre del materiale. Gli utensili da taglio, infatti, rovinano le fibre durante la lavorazione del pezzo, rendendo la struttura più fragile.  Proprio per evitare che possano insorgere problemi di scarsa resistenza strutturale, è bene sottoporre i componenti lavorati ad un trattamento termico di rinvenimento. Alla giusta temperatura (il grado di calore dipende dal tipo di materiale) le fibre si re-distribuiscono, andando a risolvere il problema generato dal taglio con gli utensili. Ovviamente questa fase comporta un ulteriore aumento di costi. Nella fusione tutto ciò non capita, perché la microstruttura del metallo segue naturalmente la forma del pezzo.

Costi

Se vogliamo valutare la differenza tra i due processi da un punto di vista puramente economico, la lavorazione dal pieno è più vantaggiosa per piccoli lotti, poiché non serve la preparazione di uno stampo; mentre la zama risulta più vantaggiosa per grandi produzioni, poiché comporta un risparmio di tempo ed energia.

Infatti, nel caso della zama, il costo principale è rappresentato proprio dallo stampo. Per ridurre il più possibile questa spesa iniziale, l’ideale sarebbe riuscire a “spalmarla” su un numero abbastanza elevato di articoli realizzati.

In realtà, tieni presente che già con 500 pezzi potrebbe essere conveniente la pressofusione, specie con forme piuttosto elaborate.

Inoltre, nella fusione c’è minor spreco di materiale, perché si usa solo al netto, al contrario della lavorazione dal pieno, dove si fanno trucioli e si deve considerare il volume di ingombro del pezzo finito, che in peso può essere molto più elevato del componente finale.

Infine, la valutazione può essere fatta anche in funzione del materiale scelto e delle relative caratteristiche meccaniche.

Se si ha bisogno di resistenze esagerate, è meglio optare per la lavorazione dal pieno di un materiale molto più performante della zama, come ad esempio l’acciaio.

Se invece si ricercano altri parametri, come risparmio e velocità, allora la scelta migliore sarà lavorare con una lega di zinco pressofusa.

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"Maneggio la Zama sin da bambino e me ne occupo professionalmente a tempo pieno a partire dal lontano 1992. Amo aiutare aziende, tecnici e progettisti a trasformare le loro idee ed i loro progetti in componenti pressofusi in zama." 

Alberto Giretti