La trasformazione dei metalli in manufatti per mezzo
di fusione e colata è un'arte antichissima; la relativa tecnologia, già nota
agli egizi ha visto attuarsi, in ordine temporale, diverse metodologie: fusione
in terra, fusione in conchiglia a gravità, pressofusione e successive altre.
La pressofusione è una tecnica relativamente giovane
(le prime presse sono state costruite in questo secolo), ma ha avuto una
evoluzione molto rapida. In certe condizioni essa è il mezzo più rapido ed
economico per trasformare metalli in manufatti aventi un elevato grado di
finitura.
L'evolversi della pressofusione è stata determinata
dal modello di sviluppo della nostra società, rivolto alla produzione di beni
di consumo in grandi e grandissime serie, e trova applicazione in tutti i campi
di fabbricazione di prodotti e apparecchiature complesse che si avvalgono di
componenti metallici non ferrosi.
Le attrezzature necessarie alla produzione dei pezzi
pressofusi sono specifiche dei processi e sono le macchine di pressofusione o,
più semplicemente, presse. Il termine pressofusione è l'abbreviazione di
fusione sotto pressione e sinonimo di pressocolata; esso definisce il processo
secondo il quale la lega fusa viene colata in una forma metallica (stampo) e
soggetta a pressione, che provoca i seguenti effetti:
- velocissimo riempimento della cavità dello
stampo;
- alimentazione compensativa dei ritiro di
solidificazione;
- perfetto e totale riempimento della cavità
dello stampo;
- conferimento al pezzo di una fine struttura
cristallina
In ordine di importanza rispetto ai volumi di
manufatti prodotti, i materiali correntemente pressofusi tutti appartenenti
alla famiglia dei metalli e delle leghe non ferrose sono:
- alluminio e
sue leghe (AlSi, AlSiCu, AlMg);
- zinco e sue
leghe (zama);
- rame e sue
leghe (ottone, bronzo);
- magnesio e
sue leghe (AZ);
- stagno e
sue leghe.
A causa delle maggiori difficoltà di manipolazione
delle leghe di magnesio, la pressofusione delle leghe di questo metallo ha
sempre presentato il maggior numero di problemi e, allo stesso tempo, offre il
più ampio ventaglio di soluzioni per risolverli. Per questa ragione essa può, a
buon diritto, avantare di una tecnologia destinata ad affermarsi nel futuro.
Possiamo aggiungere che in tempi recenti si è tentato
di produrre per pressofusione anche manufatti in leghe ferrose. Sono stati
condotti esperimenti e sono in funzione in America alcuni impianti, denominati
Ferro D, per la pressofusione di acciaio inossidabile. Lo sviluppo della
pressofusione di leghe ferrose è tuttavia frenato da difficoltà connesse alle
elevate temperature richieste dalla fusione di esse, fatto questo che comporta
un'insoddisfacente durata degli stampi.
Abbiamo detto che il
processo della pressofusione è il mezzo più rapido ed economico (in certe
condizioni) per la fabbricazione di alcuni manufatti. Queste condizioni sono
principalmente dagli elevati investimenti in macchine e attrezzature e
dall'elevato costo degli stampi, fattori che determinano alti costi di
ammortamento, i quali diventano via via meno incidenti sulla realizzazione di
numeri crescenti di pezzi dello stesso tipo che debbono essere prodotti. La
fabbricazione di pezzi pressofusi è quindi economicamente valida e conveniente
quando le serie da produrre sono dell'ordine minimo delle decine di migliaia di
pezzi.
Risultati soddisfacenti si possono ottenere
soltanto possedendo tecniche approfondite nei vari settori, tecniche che si
basano su rigorosi fondamenti scientifici. Gli elementi che concorrono e
interagiscono nel processo per ottenere risultati finali uniformi su grandi e
grandissime serie debbono essere strettamente controllati nei loro valori ed è
necessario che le variabili interessate siano il più possibile rese costanti.
Essi sono molteplici e di varia natura; trattasi di fattori di natura
fisicochimica, metallurgica, termica, meccanica (cinematica e dinamica),
idraulica, fattori che debbono essere fra di loro armonizzati per la riuscita
dei pezzi.
Quanto sopra richiede la conoscenza e il dominio di
varie discipline, ma per la realizzazione pratica di nuovi pezzi, nuovi stampi
e nuove macchine e attrezzature, sono determinanti: esperienza, sensibilità,
intuito, creatività, passione per il mestiere.
Oggi possono essere ottenuti pezzi con elevati
standard di qualità e di conformità alle specifiche di fabbricazione, con
geometrie molto complesse, minimi spessori, tolleranze dimensionali molto
ristrette, alte caratteristiche meccaniche, tenuta a pressione, elevate
finiture superficiali, avanfori e/o forature pronti per la filettatura, minimi
sovrametalli per successive lavorazioni all'utensile ecc.
Le richieste di qualità sono dunque molto elevate e
tendono ad aumentare progressivamente. Al pressofonditore viene perciò sempre
più spesso richiesta la conformità a prefissati standard qualitativi di livello
via via crescente sotto forma di assicurazione o garanzia della qualità e la
relativa certificazione. Questo implica l'impiego di mezzi di produzione ogni
giorno più sofisticati e maggiori conoscenze delle tecnologie e delle tecniche
operative dei processo da parte di progettisti, costruttori di stampi, tecnici
metodisti e operatori.
Il contenimento dei costi è legato alle cadenze di
produzione, per cui le macchine sono spesso corredate di varie attrezzature
atte ad automatizzare e meccanizzare il processo, quali robot per il prelievo
dei pezzi, dispositivi per la lubrificazione automatica delle cavità dello
stampo ecc. Un ruolo determinante nel contenimento dei costi e per conseguire
la qualità viene svolto dallo stampo, che deve essere progettato, costruito e
utilizzato per ottenere le cadenze di produzione previste.
Il processo della pressofusione è stato in
quest'ultimo decennio oggetto di indagini e studi veramente cospicui. Studi e
sperimentazioni sono stati finalizzati all'esame delle condizioni di
riempimento della cavità dello stampo e delle condizioni di influenza di detto
riempimento sulla riuscita dei getto. Si è cercato di fare un parallelo e
stabilire correlazioni fra caratteristiche meccaniche e tecnologiche dei pezzo
e condizioni di stampaggio, così da poter individuare delle regole matematiche
capaci di conferire all'operazione di pressofusione un carattere scientifico al
pari di qualunque altro procedimento industriale.
Questo lavoro di ricerca è valso finora a stabilire a
grandi linee alcuni valori tipici delle grandezze in gioco; ma ancora molto
resta da fare e si presentano numerose difficoltà in quanto l'entità di alcune
di queste variabili è legata alla figura geometrica dei pezzo. Questi studi
hanno però permesso un notevole progresso nella costruzione delle macchine di
pressofusione, specialmente per quanto riguarda la parte iniezione, e oggi si
può disporre di macchine che facilitano molto l'ottenimento di buoni getti
pressofusi.
Sotto la spinta delle sovraesposte esigenze di
qualità sono state elaborate e realizzate nuove metodologie e sistemi dei
processo pressofusorio denominate:
‑ Acurad (riempimento lento della cavità dello stampo);
‑
Tixocasting (riempimento della cavità con materiale semisolido);
-
Sotto vuoto (iniezione con contemporanea aspirazione dell'aria contenuta nella
cavità);
-
Vacural (iniezione con lega aspirata dal forno).
Le conoscenze acquisite, il miglioramento delle
macchine, i nuovi metodi di riempimento della cavità lasciano intravedere nuove
ulteriori possibilità nella produzione di getti di qualità molto elevata con alte
cadenze di produzione.