Vantaggi e svantaggi dello Squeeze Casting

Lo Squeeze Casting è un processo avanzato in cui il metallo fuso viene iniettato in uno stampo e quindi immediatamente sottoposto ad alta pressione continua per solidificarsi e prendere forma. Combina i vantaggi della fusione (in grado di formare forme complesse) e della forgiatura (struttura densa). Quella che segue è un'analisi dettagliata dei suoi vantaggi e svantaggi:

I principali vantaggi dello Squeeze Casting:

L'essenza della fusione a compressione è: una certa quantità di alluminio fuso viene iniettata nella cavità dello stampo, quindi un'enorme pressione viene applicata direttamente al metallo liquido o semisolido, facendolo raffreddare e solidificare ad alta pressione per prendere forma. I suoi vantaggi si riflettono principalmente nell'aspetto 'qualità':

1. Proprietà meccaniche ineguagliabili: vantaggio fondamentale

Questo è il vantaggio più importante dello squeeze casting. Poiché i metalli solidificano sotto una pressione estremamente elevata (tipicamente 50-100 mpa, o anche superiore), la loro struttura interna subisce cambiamenti fondamentali:

• Eliminazione dei difetti: l'alimentazione forzata ad alta pressione ha completamente eliminato i tradizionali difetti di fusione come cavità da ritiro e porosità.

• Raffinazione del grano: solidificati ad alta pressione, i grani sono notevolmente raffinati e la struttura è estremamente densa.

• Prestazioni eccellenti: il carico di rottura, il carico di snervamento, l'allungamento (tenacità) e la resistenza alla fatica dei suoi prodotti sono tutti molto elevati, avvicinandosi o addirittura raggiungendo il livello degli stessi forgiati in lega di alluminio, di gran lunga superiori alle tradizionali pressofusioni e fusioni in gravità.

2. Può essere rinforzato mediante trattamento termico e anche saldato

A causa della presenza di un gran numero di bolle ad alta pressione all'interno dei tradizionali pressofusi di alluminio, la dilatazione termica durante il trattamento termico può causare bolle e deformazioni superficiali. Pertanto, il trattamento termico della solubilizzazione (trattamento T6) di solito non è adatto a loro.

I getti pressofusi hanno una struttura densa e senza pori interni, quindi possono subire trattamenti termici completi come il trattamento di solubilizzazione (T4) e il trattamento di invecchiamento (T5/T6) come la forgiatura per migliorare ulteriormente le loro prestazioni. Hanno anche una buona saldabilità. In modo da massimizzare il potenziale del materiale e migliorarne ulteriormente la resistenza e la durezza.

3. Presenta un'elevata finitura superficiale e una buona precisione dimensionale

L'alta pressione fa sì che l'alluminio fuso aderisca strettamente alla superficie della cavità dello stampo, producendo una superficie liscia del prodotto con contorni chiari e testi e motivi nitidi. Solidificato ad alta pressione, presenta un ritiro piccolo e stabile, un'elevata precisione dimensionale e una buona consistenza del prodotto.

4. Elevato tasso di utilizzo del materiale e formazione quasi netta

Rispetto alla forgiatura tradizionale (che richiede billette di grandi dimensioni e grandi sovrametalli), la pressofusione può formare parti dalla forma complessa in una sola passata, ridurre il volume di lavorazione successivo, avere un elevato tasso di utilizzo del materiale e risparmiare sui costi.

5. Ampia gamma di applicazioni

Non è applicabile solo alle comuni leghe di alluminio, ma è anche particolarmente adatto per la produzione di leghe di alluminio ad alta resistenza, compositi a matrice di alluminio e altri materiali difficili da lavorare, che possono sfruttare appieno il potenziale ad alte prestazioni di questi materiali.

I principali svantaggi di Squeeze C asting:

Così come i suoi vantaggi sono molto evidenti, i suoi svantaggi sono altrettanto evidenti e, in larga misura, questi svantaggi ne limitano i campi di applicazione.

1. Costi elevati per attrezzature e stampi (il limite principale)

• Enormi investimenti in attrezzature:

La macchina per colata a compressione non solo richiede un'enorme forza di serraggio per impedire l'espansione dello stampo, ma necessita anche di un ulteriore sistema di compressione ad alta pressione (cilindro principale) per applicare una pressione estremamente elevata. Ciò rende la struttura dell'attrezzatura complessa, difficile da produrre ed estremamente costosa, ben superiore a quella delle tradizionali macchine per pressofusione e delle macchine per colata in gravità.

• Costo elevato dello stampo e progettazione e produzione complesse:

(1) Requisiti di resistenza estremamente elevati: gli stampi (in particolare nuclei e cursori) devono resistere ad un'alta pressione continua fino a 100 mpa o più, nonché a intensi cicli termici. Pertanto è necessario utilizzare acciaio per stampi per lavorazioni a caldo di prima qualità, il che è costoso.

(2) Progettazione complessa: lo stampo deve integrare il punzone di compressione , un complesso sistema di raffreddamento e un sistema di scarico, il che rende la progettazione difficile e il ciclo di sviluppo lungo.

(3) Problema relativo alla durata di servizio: sotto l'impatto ripetuto di alluminio fuso a pressione estremamente elevata e ad alta temperatura, lo stampo è soggetto a fatica termica (con conseguente fessurazione), usura e deformazione del punzone e i costi di manutenzione e sostituzione dello stampo sono molto elevati.

2. L'efficienza produttiva è relativamente bassa

Il tempo di ciclo è relativamente lungo: a differenza del riempimento ad alta velocità del 'secondo punzone' della tradizionale pressofusione ad alta pressione, il processo principale della fusione a compressione è il 'colata lenta e il mantenimento della pressione a lungo termine ad alta pressione'. Per garantire che il pezzo possa solidificarsi sotto pressione lungo l'intera sezione trasversale, è necessario un tempo di permanenza relativamente lungo. Ciò fa sì che il ciclo produttivo delle sue singole parti sia molto più lungo di quello della pressofusione tradizionale e l’efficienza produttiva sia relativamente bassa.

3. I requisiti di controllo dei parametri di processo sono estremamente severi

Elevata sensibilità ai parametri: parametri come la temperatura di colata dell'alluminio fuso, la temperatura dello stampo, il momento in cui inizia ad applicare la pressione, l'entità della pressione e il tempo di mantenimento devono essere abbinati con precisione. Anche la minima deviazione di qualsiasi parametro può comportare la rottamazione del prodotto.

Ad esempio, se la pressione viene applicata troppo presto, l'alluminio fuso potrebbe schizzare. Se la pressurizzazione avviene troppo tardi, l'alluminio fuso forma un guscio duro e perde il suo effetto di pressurizzazione. Ciò richiede che le imprese possiedano una profonda conoscenza ed esperienza tecnologica, nonché un preciso controllo automatizzato del processo di produzione.

4. La complessità della forma della parte è limitata

È difficile produrre parti estremamente complesse: sebbene possa formare forme più complesse rispetto alla forgiatura, rispetto alla pressofusione tradizionale, è molto difficile produrre parti con cavità profonde, posizioni ossee piccole, pareti sottili complesse o che richiedono più estrazioni del nucleo.

Una pressione estremamente elevata mette a dura prova la resistenza del nucleo dello stampo e del meccanismo di estrazione del nucleo. I nuclei fini sono soggetti a rotture sotto alta pressione. Nel frattempo, sebbene il metallo fuso abbia una buona fluidità ad alta pressione, le strutture a pareti sottili eccessivamente complesse potrebbero non essere completamente riempite a causa della rapida solidificazione.

5. Il rischio dell'investimento iniziale è elevato e il campo di applicazione è specializzato

A causa dei costi elevati e della lentezza, il processo di fusione a pressione non è adatto per parti di conchiglie ordinarie con grandi volumi di produzione ma bassi requisiti di proprietà meccaniche (come involucri di apparecchi elettrici, giocattoli, ecc.).

Specificità dell'applicazione: viene utilizzato principalmente in componenti strutturali chiave con requisiti prestazionali estremi, come parti di sicurezza automobilistiche (bracci di controllo, fusi a snodo), componenti aerospaziali, ecc. Ciò significa che il suo mercato di riferimento è relativamente di nicchia. Prima di investire in questa tecnologia, le imprese hanno bisogno di ordini chiari e stabili per prodotti di fascia alta; in caso contrario, il rischio di investimento è molto elevato.

Il più grande vantaggio della fusione a compressione è che 'può produrre parti in alluminio con le proprietà della forgiatura in un metodo di formatura vicino a quello della fusione'. Ha sacrificato parte dell'efficienza produttiva e aumentato il costo iniziale, ma ha comportato un salto di qualità nella resistenza, tenacità e affidabilità del prodotto. È una scelta di processo ideale per la produzione di componenti strutturali in alluminio di fascia alta e ad alte prestazioni.