Tranciatura o pressofusione a camera calda di zama? Scopri quale tecnologia preferire per la tua produzione in serie

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Per continuare il discorso affrontato nell’articolo precedente (Imbutitura e pressofusione a camera calda: due tecnologie produttive a confronto), vorrei parlarti oggi di una tecnica complementare all’imbutitura: la cosiddetta “Tranciatura”.

Spesso le due tecnologie vengono utilizzate assieme, anche sullo stesso stampo, per realizzare un unico componente. 

La differenza principale tra i due metodi produttivi è la seguente:

  • nell’imbutitura il materiale viene plasmato mediante una deformazione plastica ed uno stiramento, per fargli prendere la forma;
  • nella tranciatura, il materiale viene modificato tramite la semplice piegatura (anche in più fasi, con gli stampi a passo) e viene tagliato.

La tranciatura dei metalli, come l’imbutitura, è un processo produttivo a freddo e viene eseguito con uno stampo.

In questo caso, si parte da un foglio o nastro di lamiera, per poi delineare una figura geometrica piana.

Praticamente, il punzone va a penetrare nella matrice tagliando la lamiera, secondo una figura che corrisponde alla forma definita sia dal punzone stesso che dalla matrice.

Come accennato, la tranciatura dei metalli si accompagna spesso ad una o più fasi di piegatura: la lamiera, cioè, viene prima deformata, e solo dopo tagliata, mediante dei punzoni di tranciatura.

In questo caso non si parla di semplice “taglio”, ma di “formatura”.

Ma qual è la differenza in termini produttivi e di risultato tra questa tecnologia e la nostra lavorazione mediante pressofusione a camera calda?

Andiamo a scoprirli insieme…

Pressofusione a camera calda e tranciatura a confronto


Velocità di produzione
Come già abbiamo visto per l’imbutitura, anche nel caso della tranciatura di una lamiera la cadenza produttiva risulta essere elevata.
Eppure, al momento stesso, sussistono dei tempi di set up che vanno a rallentare di molto l’intero processo, soprattutto nel caso di un guasto improvviso allo stampo.

Risparmio energetico
In questo caso possiamo fare delle considerazioni simili a quelle già affrontate per l’imbutitura. 
Tieni presente, infatti, che tranciatura e imbutitura sono equivalenti e spesso complementari, tanto da coesistere nello stesso processo produttivo. 

Un confronto diretto con il consumo energetico richiesto dalla zama non è semplice, perché molto dipende dalle dimensioni del pezzo che si vuole produrre. 

La tranciatura delle lamiere può farti ottenere sia componenti decisamente piccoli (es. i contatti elettrici) sia articoli molto più grandi. 

E ovviamente i costi energetici richiesti sono proporzionali alle dimensioni dei macchinari coinvolti.

Pezzi con forma definitiva
I pezzi realizzati tramite tranciatura possono essere considerati finiti all’uscita dallo stampo, ma solo se questo viene costruito con opportuni accorgimenti che lo rendono molto più complesso e costoso.

Tutte le operazioni di ripresa fattibili sulla zama, come le maschiature, possono venir integrate direttamente sugli stampi della tranciatura, ma a livello economico non sempre si tratta della soluzione più conveniente.

Conosci tutti vantaggi della zama? Se vuoi saperne di più, leggi la mia Guida: “Leghe di Zinco: scopri perché utilizzarle per produrre i tuoi componenti”

Sicurezza
Come avevamo visto per l’imbutitura, anche nel caso della tranciatura dei metalli, le norme vigenti in materia di sicurezza del lavoro rendo ormai tutti i processi produttivi attentamente controllati.
La tranciatura, però, presenta lo stesso problema dell’impatto acustico causato anche dall’imbutitura: un rumore eccessivo provocato dal lavoro delle macchine che impattano sulla lamiera, mentre la plasmano e la tagliano.
Per contro, la zama è caratterizzata da un processo di lavorazione molto più silenzioso, dal momento che le presse utilizzate con la fusione hanno un impatto acustico lieve.

Elevata ripetibilità e qualità di produzione 
Per ottenere un prodotto di buon livello ed avere lo stesso risultato nel tempo, mediante le operazioni di tranciatura, molto dipende da come è fatto lo stampo e dal suo corretto funzionamento. 
Ma non solo: al fine di tenere sotto controllo la precisione, è importante eseguire un’accurata manutenzione dello stampo.
E bisogna anche affinare periodicamente i punzoni (o coltelli).
Questo ovviamente comporta una duplice spesa extra, causata dai costi vivi di manutenzione, ma anche dai costi indiretti, dovuti ai fermi macchina.

Un altro aspetto da prendere in considerazione per ottenere una buona qualità e garantire la ripetibilità del processo è la corretta gestione dei parametri coinvolti: devono essere esatti e ben settati.

Infatti, si potrebbero verificare fratture importanti se il gioco tra punzone e matrice risultasse troppo basso.

Se invece dovesse essere troppo alto, potrebbero presentarsi delle bave, arrotondamenti od inclinazioni della superficie di frattura.

Tutti difetti che vanno a rovinare i pezzi lavorati.

In ogni caso, le tolleranze della tranciatura risultano essere più grandi rispetto a quelle ottenibili con la zama. 

Solo le tolleranze della tranciatura fine (esempio i contatti elettrici o altri pezzi decisamente minuscoli) si avvicinano leggermente a quelle delle leghe di zinco.

Complessità del progetto
La zama offre una libertà di progettazione decisamente maggiore: non solo ti permette di realizzare pezzi più complessi, ma non ti vincola a dover mantenere degli spessori vicini a quelli della lamiera di partenza.

Con la tranciatura puoi lavorare anche su delle geometrie un po’ più elaborate, tenendo conto del fatto che dovrai quasi sicuramente abbinarla all’imbutitura ed utilizzare degli stampi più costosi. 

Compatibilità ambientale
Sia la pressofusione a camera calda, sia la tranciatura utilizzano i metalli, che non inquinano e sono altamente riciclabili.

Costi 
In termini di costi da affrontare, è complicato confrontare le due tecnologie in modo diretto, dal momento che i pezzi ottenibili non sono quasi mai paragonabili.
Inoltre subentrano tutta una serie di fattori.

  1. Molto dipende dalla complessità del progetto:
    –  Se la figura è semplice, è probabile che la soluzione migliore sia realizzare un pezzo tranciato. Questo, considerando, soprattutto, l’alta velocità di lavorazione.
    – Se il disegno si complica, ad esempio aggiungendo anche solo un perno, il costo della tranciatura aumenta a causa delle lavorazioni aggiuntive richieste.
    Questo articolo dotato di perno risulterà allora più semplice da realizzare attraverso la pressofusione, poiché lo puoi ottenere già pronto di stampo.
  1. Rilevante è il materiale utilizzato.
    Il materiale scelto dipende anche dalle proprietà che si vogliono esaltare nel proprio progetto.
    Comunque ogni materia prima ha il suo costo, che andrebbe già di per sé calcolato.
    Inoltre, anche le sue caratteristiche chimico fisiche possono influire sulla spesa finale, in particolare la durezza e lo spessore del materiale trattato.

    (se vuoi sapere più in dettaglio quali sono le caratteristiche chimico-fisiche della zama, leggi qui).
    Metalli più duri e spessi (come nella tranciatura dell’acciaio) richiedono sforzi di taglio e piegatura maggiori, aumentando, di conseguenza, il consumo e la probabilità di rottura delle attrezzature.

  1. Costi legati al consumo energetico.
    Ti ho già accennato al fatto che la tranciatura, essendo una lavorazione a freddo, potrebbe sembrare più conveniente, in un primo momento.
    Però, ricorda che questa tecnologia si serve di una pressa piuttosto grande che sarà comunque energivora a causa della movimentazione idraulica richiesta.
  1. Costi delle attrezzature.
    Matrici e punzoni tendono ad usurarsi velocemente a causa degli sforzi di taglio che devono sopportare: la conseguenza è che nella tranciatura i fermi macchina risultano essere più frequenti, ed i costi di manutenzione sono sicuramente più elevati.
    Già di partenza, poi, gli stampi richiesti per le operazioni di tranciatura sono decisamente più costosi di quelli per la pressofusione.
    Soprattutto se si tratta di stampi a passo: quegli stampi cioè impiegati con un nastro che va avanti ad intermittenza e si arresta a delle stazioni predefinite.
    Ad ogni fermata il pezzo subisce una lavorazione fino ad arrivare alla definitiva separazione del componente ottenuto dal nastro, che a quel punto diventa sfrido.
  1. Altre spese
    Anche scegliere il corretto lubrificante è fondamentale per preservare gli strumenti.
    È importante quindi investire in un buon lubrificante ed utilizzarlo quando necessario, piuttosto che ritrovarsi con degli stampi usurati precocemente dall’eccessivo attrito tra le parti.

In conclusione possiamo dire che la tranciatura può essere utilizzata soprattutto per produzioni di grandi serie, al fine di ottenere dei manufatti a basso costo. 

A patto che la limitazione geometrica non rappresenti un problema.
Se infatti dovesse servirti una certa complessità di progetto o anche semplicemente uno spessore diverso da quello ottenibile con una lamiera di partenza, allora la zama è la tecnologia più vantaggiosa per te.

Se vuoi confrontare nel dettaglio la tua strategia produttiva con i risultati che potresti ottenere lavorando la zama, io posso aiutarti! Lavoro da 30 anni nel settore e conosco tutti i segreti per ottimizzare al meglio il tuo ciclo produttivo. Inoltre, sono anche il creatore di ZINCode, il primo metodo sistematico che ti permette di risolvere da subito almeno il 97% delle problematiche che potrebbero verificarsi in azienda. Vuoi saperne di più?

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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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