La pressofusione ad alta pressione (HPDC) è un processo di produzione ampiamente utilizzato per creare parti metalliche complesse con precisione e alta accuratezza dimensionale. Iniettando metallo fuso in una cavità dello stampo ad alta pressione, l'HPDC consente la produzione di componenti resistenti e durevoli con eccellenti finiture superficiali. Questo articolo esplora le caratteristiche principali, i vantaggi e i limiti dell'HPDC, insieme a approfondimenti dettagliati sui processi a camera calda e a camera fredda. Che si lavori con leghe a basso punto di fusione come lo zinco o metalli ad alto punto di fusione come l'alluminio, l'HPDC è una soluzione versatile ed efficiente per le moderne esigenze di produzione.
Pressofusione ad alta pressione (HPDC) è un processo di fabbricazione in cui il metallo fuso o semifuso viene iniettato ad alta velocità in una cavità di stampo in acciaio ad alta pressione. Il metallo si solidifica all'interno dello stampo, producendo una parte con elevata precisione dimensionale ed eccellente finitura superficiale.
L'HPDC ha due caratteristiche distintive: alta pressione e riempimento dello stampo ad alta velocità. In genere, la pressione di iniezione varia da poche migliaia a decine di migliaia di kPa, a volte raggiungendo fino a 200,000 kPa. La velocità di riempimento di solito è compresa tra 10 e 50 metri al secondo e, in alcuni casi, può superare i 100 metri al secondo. L'intero processo di riempimento dello stampo è estremamente rapido e avviene in 0.01-0.2 secondi.
Rispetto ad altri metodi di fusione, l'HPDC offre diversi vantaggi:
La fusione raggiunge un'elevata precisione dimensionale (generalmente equivalente al Grado 6-7 e, in alcuni casi, al Grado 4). Anche la finitura superficiale è eccellente, in genere equivalente ai Gradi 5-8. Inoltre, le parti HPDC hanno una maggiore resistenza e durezza, con un aumento della resistenza del 25-30% rispetto alla fusione in sabbia, sebbene la duttilità possa diminuire di circa il 70%. La stabilità dimensionale e l'intercambiabilità sono eccezionali. Ad esempio, le parti pressofuse in lega di zinco più sottili possono essere sottili quanto 0.3 mm, mentre le parti in lega di alluminio possono scendere fino a 0.5 mm.
Le macchine HPDC sono in grado di raggiungere un'elevata produttività. Ad esempio, la macchina domestica a camera fredda JⅢ3 può produrre 600-700 getti in un turno di 8 ore. Le macchine a camera calda più piccole possono raggiungere 3,000-7,000 getti per turno. La lunga durata degli stampi è un altro vantaggio significativo, poiché possono durare per centinaia di migliaia o persino milioni di cicli.
Grazie all'elevata precisione e alle superfici lisce delle parti pressofuse, è richiesta una lavorazione minima, il che aumenta l'utilizzo del metallo e riduce la necessità di attrezzature e manodopera estese. La pressofusione è economica, in particolare quando componenti complessi vengono prodotti in grandi volumi, riducendo i tempi di assemblaggio e gli sprechi di materiale.
Nonostante i suoi numerosi vantaggi, l'HPDC presenta anche alcune sfide:
Esistono due tipi principali di macchine per pressofusione: a camera calda e a camera fredda.
Le processo di pressofusione a camera calda è progettato per leghe a basso punto di fusione come leghe di zinco, magnesio e stagno. Una caratteristica fondamentale di questo processo è l'uso di un forno integrato nella macchina per pressofusione, che fonde il metallo prima che venga iniettato nello stampo.
Nella macchina a camera calda, il metallo fuso viene riscaldato alla temperatura desiderata e conservato in un contenitore aperto. Quando lo stantuffo è in posizione "su", il metallo fuso scorre nella camera di iniezione attraverso un collo d'oca. Mentre lo stantuffo idraulico si muove verso il basso, spinge il metallo fuso sotto pressione (in genere tra 1,000 e 5,000 psi) attraverso il collo d'oca e nella cavità dello stampo.
La metà fissa dello stampo, nota come stampo di copertura, è allineata con il collo d'oca e montata su una piastra fissa. La metà mobile, chiamata stampo di espulsione, è fissata a una piastra mobile che scorre lungo le barre di collegamento. Una volta chiusa la matrice, la piastra mobile preme lo stampo di espulsione contro lo stampo di copertura con una forza enorme per garantire che lo stampo rimanga sigillato durante l'iniezione del metallo fuso.
Dopo che il metallo è stato iniettato, lo stantuffo rimane in posizione abbassata per mantenere la pressione mentre la fusione si solidifica. Una volta solidificato, lo stantuffo si ritrae, lo stampo si apre e la parte viene espulsa dallo stampo utilizzando un sistema di espulsione, che include perni di espulsione. La parte viene quindi rimossa manualmente o spinta automaticamente fuori dallo stampo di copertura.
Le processo di pressofusione a camera fredda è specificamente progettato per leghe con punti di fusione elevati, come alluminio, ottone, rame e alcune leghe di magnesio. A differenza della pressofusione a camera calda, in cui il metallo fuso viene pompato direttamente nella macchina da un forno integrato, la pressofusione a camera fredda richiede un forno esterno per fondere il metallo. Il metallo fuso viene manualmente o automaticamente versato dal forno nella camera di colata della macchina di colata.
Una volta che il metallo fuso viene versato nella camera di iniezione attraverso un foro di colata, uno stantuffo idraulico spinge il metallo ad alte pressioni (che vanno da 2,000 a 20,000 psi) nella cavità dello stampo. La macchina funziona orizzontalmente e non c'è un sistema a collo d'oca, come quello utilizzato nel processo a camera calda. Invece, lo stantuffo inietta direttamente il metallo attraverso la camera di iniezione nella matrice.
La macchina a camera fredda utilizza lo stesso sistema di serraggio della camera calda, in cui la matrice di copertura è fissata su una piastra fissa e la matrice di espulsione è collegata a una piastra mobile. Tuttavia, la matrice di copertura in una configurazione a camera fredda si allinea direttamente con la camera di iniezione, senza la necessità di un collo d'oca o di un ugello.
Dopo che il metallo è stato iniettato nello stampo, lo stantuffo mantiene la pressione per garantire la corretta solidificazione. Una volta che la fusione si è solidificata, lo stantuffo si ritrae e gli stampi si aprono. La parte viene quindi espulsa utilizzando perni di espulsione.
Mentre l' processo in camera fredda include un ulteriore passaggio di trasferimento del metallo fuso nella macchina, rendendo il tempo di ciclo più lungo di quello della pressofusione a camera calda, è necessario per lavorare con metalli ad alto punto di fusione, che non possono essere gestiti dal processo a camera calda. La pressofusione a camera fredda è particolarmente adatta per materiali come alluminio, rame, acciaio, ottone e ferro.
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