Ecco una richiesta che ricevo con costanza: come ottenere l’abbattimento drastico delle porosità nei pezzi pressofusi.

Facciamo una premessa.

Abbiamo già chiarito alcuni aspetti riguardo la pressione idraulica ottimale del pistone in seconda fase.

Abbiamo anche visto cosa accade alla pressione specifica sul metallo, parametro fondamentale per compattare correttamente i pezzi prima che vengano estratti dallo stampo.

Siamo giunti alla conclusione che per curare bene la terza fase, è fondamentale curare chirurgicamente proprio questi due parametri: non a caso, la terza fase è definita “fase di pressione o di compattazione dei pezzi”.

Abbiamo anche capito che il compito principale svolto dalla fase di pressione è quello di compattare i pezzi durante la loro fase di raffreddamento, ovvero quando avviene il passaggio di stato da liquido a solido: durante la fase di solidificazione i pezzi hanno una tendenza naturale a contrarre il loro volume; quindi la fase di pressione ha il compito di comprimere i pezzi fino al completamento del loro passaggio di stato liquido – solido, per mantenere le loro tolleranze dimensionali rispetto ai parametri calcolati dai progettisti.

In realtà, la terza fase ha un ulteriore compito molto importante.

Applicando una pressione statica costante fino alla solidificazione completa della stampata, la fase di compattazione ha anche il compito di ridurre le porosità (attenzione: non eliminarle) per fare in modo che influiscano il meno negativamente possibile sulle caratteristiche tecniche del pezzo.

Naturalmente, il problema non si limita semplicemente a questa considerazione.

In realtà è necessario effettuare alcune considerazioni più complesse per capire come ridurre ai minimi termini l’effetto dannoso delle porosità nei pezzi.

Preliminarmente proviamo a chiarire in maniera dettagliata come devi gestire il processo di riempimento dello stampo e la fase di compattazione per ottenere getti strutturalmente conformi.

Ti ricordo alcune cose vitali per evitare pericolose porosità nelle tue fusioni.

Attenzione: non ti giochi tutto con la fase di pressione.

Costruisci il tuo profilo ottimale di iniezione a partire dalle termiche.

Cura nei minimi dettagli la prima fase.

Utilizza sempre presse con dinamica elevatissima.

Cura in maniera maniacale la lubrifica dello stampo.

Preparati ad affrontare ogni punto per capire come utilizzare questi suggerimenti nella maniera più opportuna.

Entrando nello specifico, con la fase di pressione puoi combattere in maniera efficace le porosità da ritiro (infatti con la fase di pressione alimenti materiale dagli attacchi di colata per cercare di contrastare il ritiro di solidificazione).

Se focalizziamo la nostra attenzione sulle porosità da gas, le cose si complicano maledettamente.

Se ipotizziamo di stampare alluminio in camera fredda, un aumento della pressione di moltiplica del 250% è in grado di ridurre le porosità da gas solo del 25% circa.

Quindi, per ridurre considerevolmente le porosità da gas, la fase di pressione non è la soluzione ai tuoi problemi.

Inoltre, la gestione termica della tua pressa (sto parlando di forno, sifone o contenitore, prolunga – se esiste – e stampo) deve essere impeccabile!
Se così non fosse, cosa potrebbe accadere di particolarmente spiacevole nel corso della prima fase?

La lega potrebbe arrivare in prossimità degli attacchi di colata ad una temperatura troppo bassa e saresti costretto a modificare il profilo di iniezione in prima fase (ad esempio introducendo un gradino, aumentando la velocità di prima fase, anticipando l’intervento della seconda fase ecc…) in maniera del tutto anomala, compromettendo di fatto l’integrità della tua stampata.

Con riferimento al problema delle termiche inefficienti, per riuscire ugualmente a lavorare potresti essere costretto a modificare i parametri di iniezione della pressa, generando un profilo di velocità e di pressione problematico al punto di stampare pezzi con una percentuale elevatissima di scarto che, nel caso più fortunato, puoi intercettare in fonderia e rifondere a costi contenuti, o scartare dopo le finiture con un pesante danno economico, o, peggio ancora, inviare al cliente senza sapere che riceverai una non conformità di prodotto devastante.

Quindi termiche sbagliate possono essere il preludio a grossi problemi di porosità nei pezzi.

Attenzione: le porosità sono interne al pezzo, quindi invisibili nel momento in cui i pezzi escono dalla pressa (nella maggior parte dei casi ti accorgi quando scaldi il pezzo nelle fasi di finitura o quando i pezzi si spaccano perché non risultano meccanicamente conformi oppure quando li analizzi ai raggi X).

Inoltre, la dinamica di una pressa è la capacità di riuscire ad accelerare il pistone di iniezione da una velocità di prima fase tipicamente molto bassa, ad una velocità di seconda fase tipicamente molto alta.

Per finire, una lubrifica dello stampo eccessiva o malcurata può essere causa diretta di porosità da gas, che sono causate da intrappolamento di gas durante la fase di iniezione.

Come accennato, possono dipendere da una errata regolazione del gruppo iniezione (una quota di intervento di seconda fase troppo anticipata può innescare turbolenze e generare porosità interne al pezzo).

Può anche verificarsi l’eventualità di intrappolare all’interno del pezzo gas dovuti ad altre problematiche, tra cui, aria mal evacuata dal pezzo (sfoghi di aria, fagioli, ecc…), vapore residuo dovuto ad un eccesso di distaccante o gas di combustione (il magnesio puro, ad esempio, ha un’altissima probabilità di prendere fuoco).

Per questa ragione ti suggerisco di curare con molta attenzione questi aspetti.

Per dimostrarti l’importanza di queste considerazioni, ti allego la relazione tecnica che ho inviato ad un mio cliente dopo aver eseguito una prova stampo per un pezzo del settore gas (il pezzo deve avere un tenuta in pressione eccellente e deve essere esente da porosità interne problematiche).

“Dalla prova tecnica ne è scaturito quanto segue.

1° SOLUZIONE – Ricerca della massima performance estetica e tecnica (tenuta a pressione)

L’unica soluzione in grado di avvicinarsi al migliore risultato finale è la PFZ320 con pistone diametro 70mm.

Ecco per quali ragioni.

-Pressione specifica sul metallo erogata 342 Kg/cm2 (buon valore per la tenuta in pressione delle pareti per settore gas).

–Forza di apertura generata dall’iniezione: 133,66 ton (ampio margine sulla chiusura della pressa)

–Velocità di seconda fase: 1,55 m/s (da verificare con le curve di iniezione).

–Corsa di seconda fase: 10,4mm (questo è l’unico parametro critico: corsa troppo breve con il rischio di generare un profilo di iniezione non idoneo con rischio residuo di introdurre  parzialmente porosità nel pezzo).

–Tempo di riempimento consigliato: 10,09 ms (da verificare con le curve di iniezione).

–Velocità di attacco consigliata: 37,5 m/s (da verificare con le curve di iniezione).

Diagramma PQ2 atteso per l’accoppiamento:

ATTENZIONE: sono presenti problemi residui sullo stampo che possono compromettere l’integrità del pezzo, che l’impianto difficilmente potrebbe correggere (forse, la PFZ320 potrebbe compensare qualcosa con la sua grande capacità di compattazione della stampata).

Ecco di cosa sto parlando.

–Tipologia degli attacchi di colata (generazione di due fronti che potenzialmente possono collidere tra loro con rischio potenziale di introdurre porosità nel pezzo).

In questa ottica potrebbe essere utile un attacco a sezione continua differenziata (tipo tiretto cerniera, più sottile al centro) che potrebbe permettere al materiale (vedi simulazione in piano fisso) di ottenere un flusso più continuo nella zona centrale (dove si concentra la porosità) e la bolla potrebbe essere spinta più facilmente verso la zona superiore della stampata.

In questo caso sembra inevitabile l’utilizzo del fagiolo: deve essere aperto un attacco molto generoso in grado di catturare molto rapidamente la bolla dalla zona centrale del pezzo (dalla simulazione PF si vede che il fagiolo lavora bene solo nella zona centrale servita dall’attacco).

Nell’eventualità che il problema permanga, nella zona potrebbe essere utilizzato un estrattore con gioco superiore allo standard (dalla zona con gioco maggiore potrebbe fuoriuscire più facilmente l’aria residua).

–Rapporto di forma svantaggioso per la stampata con Kr = 0,9 (percorso seguito dal materiale troppo lungo che potrebbe portare la stampata in crisi termica).

Attenzione: in questo caso la gestione termica controllata del processo potrebbe fare la differenza (termoregolazione con PID + sensori di temperatura).

Potrebbe essere utile un leggero attacco tangenziale con shock adsorber.

–Sezione del canale principale sottodimensionata (potremmo essere in crisi di portata di riempimento).

–Sezione dei canali secondari sovradimensionata (potremmo essere a rischio di introdurre porosità nel pezzo).

–Attenzione: la velocità del fronte del materiale deve essere uniformemente crescente per prevenire fenomeni legati alle porosità mentre nel nostro caso non è così.

–Puntalino minimo suggerito: 13mm (attenzione: con il puntalino diametro 11,5mm potremmo essere in crisi di portata).

2° SOLUZIONE – Ricerca della massima performance tecnica (tenuta a pressione)

Esistono 2 soluzioni in grado di avvicinarsi ad un risultato finale accettabile: PFZ200 (soluzione a) e PFZ250 (soluzione b), entrambe con pistone diametro 60mm.

Ecco per quali ragioni.

–Pressione specifica sul metallo erogata 308 Kg/cm2 (a) e 314 Kg/cm2 (b) (buon valore per la tenuta in pressione delle pareti per settore gas).

–Forza di apertura generata dall’iniezione: 118,45 ton (a) e 119,5 ton (b)  (ampio margine sulla chiusura della pressa)

–Velocità di seconda fase: almeno 1,3 m/s (da verificare con le curve di iniezione – comunque valore limite con margine scarso di stabilità sul processo).

–Corsa di seconda fase: 14,2mm (parametro ottimale per curva di iniezione triangolare).

–Tempo di riempimento consigliato: 16,5 ms (da verificare con le curve di iniezione).

–Velocità di attacco consigliata: almeno 22,93 m/s (da verificare con le curve di iniezione).

Diagramma PQ2 atteso per l’accoppiamento PFZ200 – pistone diam. 60mm – stampo:

Diagramma PQ2 atteso per l’accoppiamento PFZ250 – pistone diam. 60mm – stampo:

ATTENZIONE: restano inalterati i problemi residui sullo stampo che ho elencato nel punto precedente.

ATTENZIONE: i diagrammi PQ2 delle 2 presse denotano che esiste pochissimo margine sulla pressione specifica sul metallo disponibile.

Un aumento della velocità di seconda fase del pistone può far crollare pesantemente la capacità di compattazione della pressa (a 1,3 m/s riempiamo le impronte a 23 m/s: il minimo sindacale per mandare in jet lo stampo – questa è una criticità).

Abbiamo uno scarsissimo margine rispetto all’eventualità di usura precoce delle fasce del pistone.

Ulteriori considerazioni.

–Temperatura del forno 420 °C e temperatura dei tasselli 100°C: valori ottimali.

–Curva prevista per PFZ320: ibrida (non ottimale)

–Curva prevista per PFZ200 per Colosio PFZ250: triangolare (ottimale)”

Come vedi, è vitale mettere immediatamente da parte risposte improvvisate a domande precise, è fondamentale appoggiarsi a ragionamenti matematici e scientificamente testati.

Cerca sempre indicazioni precise in merito alla scelta delle migliori macchine per la tua fonderia.

Ogni combinazione macchina – pistone – stampo va sempre opportunamente ragionata: esistono infinite combinazioni in commercio che possono lavorare in maniera più o meno performante ma solo alcune di loro sono in grado di fornirti le migliori performance in termini qualitativi, minimizzando il costo pezzo e massimizzando la cadenza produttiva per garantirti il corretto margine di guadagno per ogni tipo di produzione.

Scelte improvvisate, a conti fatti e in molti casi, si sono possono rivelare come un vero e proprio boomerang per la tua fonderia e per i conti della tua azienda.

Ogni soluzione va analizzata con molta attenzione!

Da anni sto analizzando nel profondo il processo di pressofusione per capire dove possono essere focalizzati margini di miglioramento nei tuoi costi di produzione e nella efficienza della tua azienda.

Desidero aiutarti a risolvere i problemi che ti perseguitano da moltissimo tempo.

Ecco come…

Ti aiuterò ad analizzare e a costruire la tua fonderia ideale, composta solo da ciò che ti serve, non prendendo in considerazione l’inutile e il superfluo.

Capirai rapidamente quali sono le caratteristiche progettuali delle macchine migliori per spingere la tua fonderia a livelli qualitativi mai visti.

Ti insegnerò a fare calcoli matematici volti all’analisi del materiale che già possiedi e alla scelta delle reali soluzioni che ti mancano per far veramente decollare la tua fonderia.

Per la scelta ottimale del diametro dei pistoni, ti insegnerò a fare calcoli matematici che ti permetteranno di capire se il materiale che già possiedi è idoneo e sufficiente a coprire tutte le esigenze produttive della tua fonderia, garantendo ai tuoi clienti la qualità che pretendono da te ai costi che decidono loro.

Con un metodo scientifico e con calcoli matematici precisi e non improvvisati, finalmente anche tu sarai in grado di trovare sempre l’accoppiamento ottimale tra macchina, pistone e stampo.

Tra le possibili combinazioni disponibili, avrai sempre la possibilità di scegliere quella ottimale per l’impianto che ti si libera al momento di produrre un articolo al massimo della qualità e dell’efficienza produttiva della tua fonderia.

Per finire, ecco un’altra spina nel fianco di chi deve produrre con la massima efficienza: le bolle e le porosità incontrollate.

Finalmente avrai nella tua azienda qualcuno che ti insegnerà a prevenire prima di curare, a capire come prevenire problemi che possono portare fuori controllo la tua produzione.

Imparerai a utilizzare le curve di iniezione e il software del controllo qualità dei tuoi impianti per regolare perfettamente l’iniezione  e monitorare costantemente la tua produzione.

Non escludo il fatto che tu voglia continuare a lavorare con metodi vecchi e inefficienti.

In questo caso non posso impedirti di incontrare una serie innumerevole di problemi: ecco cosa potrebbe accadere!

-Potresti utilizzare impianti complessi e non adeguati a produrre i tuoi pezzi.

-Difficilmente riusciresti ad ottimizzare economicamente e produttivamente le tue fusioni.

-Una potenziale non conformità sarebbe sempre dietro l’angolo.

-Lo scarto incontrollato dovuto a bolle di fusione o porosità potrebbe essere una amara realtà quotidiana.

Ecco gli importanti risultati che otterrai nella tua azienda, se ti affidi al metodo giusto.

-Abbatterai drasticamente i costi energetici.

-Diminuirai le tue inefficienze produttive.

-Ridurrai la manodopera degli impianti e i suoi costi.

-Ridurrai molto velocemente gli scarti di produzione.

-Renderai i tuoi impianti più veloci.

-Bolle e porosità resteranno solo un amaro ricordo.

Allora, anche tu vuoi finalmente diventare un esempio di efficienza nel campo della pressofusione?

Se veramente sei interessato ad approfondire quanto ti ho appena raccontato…

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Roberto Camerin

L’esperto del processo di pressofusione zama