In entrambi i casi è importante che la superficie del pressofuso si trovi in condizioni adatte a ricevere i trattamenti previsti, perciò è importante evitare che durante il processo di pressofusione si creino difetti sui prodotti che non permettano al trattamento di verniciatura o al rivestimento galvanico di aderire correttamente al pezzo.

Di seguito analizzeremo i principali difetti di colata che si verificano durante il processo di pressofusione delle leghe di zinco, analizzandone le possibili cause ed i relativi rimedi da adottare in fase produttiva.

Le Marezzature (in inglese “Flow Marks”)

È il difetto più comune del processo di pressofusione ed è generato dal raffreddamento del metallo liquido al contatto con la superficie dello stampo durante la fase di riempimento della cavità. La superficie del pressofuso con marezzature presenta striature e venature che riproducono le linee di flusso del metallo, simili ad una cartina geografica. In fase di iniezione, infatti, in pochi istanti la lega di zinco arriva a contatto con lo stampo e si raffredda bruscamente creando delle sottili lamine sovrapposte che danno luogo al caratteristico motivo tipico delle marezzature sulla superficie del pezzo una volta raffreddato.

Cause delle Marezzature

Le principali cause delle marezzature sono principalmente tre:

• L’eccessivo tempo di riempimento delle cavità dello stampo
• Temperatura stampo e velocità di riempimento troppo basse
• Canali di alimentazione non progettati adeguatamente

In letteratura, come nella pratica quotidiana in fonderia, è

ormai chiaro che è quasi impossibile ottenere un pressofuso completamente esente da questo difetto: è perciò importante saper valutare e definire il grado di accettabilità. Un eccessivo grado di marezzatura può causare, come precedentemente anticipato, infatti difetti in fase di verniciatura o di trattamento galvanico a causa delle irregolarità della superficie. Le micro-fessure superficiali della marezzatura possono infatti intrappolare gas o aria che vengono poi rilasciati nelle varie fasi dei processi di verniciatura o galvanici generando difetti estetici quali micro bolle, puntinature, micro crateri, non tollerati sia a livello estetico che a livello funzionale.

Soluzioni: come evitare le Marezzature

L’eliminazione o quanto meno la riduzione del problema delle marezzature si ottiene attraverso la corretta regolazione dei principali parametri di stampaggio: quali la velocità di riempimento e la temperatura della superficie dello stampo. In questo modo è possibile velocizzare il tempo di riempimento, riducendolo a pochi millisecondi, per evitare il formarsi delle lamine di materiale freddo sulla superficie del pressofuso.

Questo tipo di difetto di colata è quindi prevedibile già in fase di progettazione dello stampo: infatti una corretta analisi tramite il programma di simulazione consente la progettazione dei punti di iniezione e delle sagome dei canali di alimentazione ottimali in modo da ottenere portate e velocità di riempimento adatte ad evitare così il problema delle marezzature nel processo di pressofusione di zinco.

Le Bolle superficiali (in inglese detto “Blistering”)

Le bolle superficiali sono un difetto di porosità dovuto all’intrappolamento di gas all’interno di una regione sub-superficiale del pezzo. Questo difetto di colata è caratterizzato da una piccola area superficiale che si deforma quando la pressione interna della porosità dovuta al gas sotto la superficie è elevata tanto da deformare in modo plastico il sottile strato metallico che lo ricopre. Generalmente le dimensioni delle bolle possono variare da 100 µm a diversi mm.

Cause delle Bolle superficiali

La deformazione del metallo avviene facilmente a temperature relativamente elevate, quando i getti vengono espulsi dallo stampo o durante successivi trattamenti termici. Questo tipo di difetto è principalmente imputabile al riempimento turbolento dello stampo e del conseguente intrappolamento d’aria presente nei canali di alimentazione e nelle cavità dello stampo. Si tratta di un difetto ben noto ai verniciatori poiché, nel processo di verniciatura a polvere, la fase finale prevede un passaggio in forno a temperature di circa 200°C e, a questa temperatura, l’eventuale gas o aria intrappolata nei pressofusi si espande e in caso di prodotti a spessori sottili oppure in caso di inclusioni di aria prossime alla superficie genera le bolle superficiali.

Soluzioni: come evitare le Bolle superficiali

Vediamo di seguito quali sono i diversi accorgimenti per evitare l’insorgenza di questo difetto:

Analisi

La prima attività da svolgere è un’approfondita analisi dei dati forniti dal programma di simulazione di riempimento. Con tale programma vi è infatti la possibilità di individuare le zone del prodotto a maggior rischio di intrappolamento d’aria. A seguito di queste informazioni è possibile dimensionare le sezioni di iniezioni ed i canali di alimentazione in modo da evitare gli intrappolamenti. Le macchine moderne protagoniste (Pre-filling, FDS) del processo di pressofusione di zinco sono dotate di sistemi che riducono l’immissione di aria durante la fase di riempimento, riducendo ovviamente il fenomeno, ma non eliminandolo completamente.

Stampaggio sotto vuoto

La soluzione più importante ed efficiente è l’impiego del sistema di stampaggio sotto vuoto: estraendo cioè l’aria dalle cavità dello stampo prima che il metallo le raggiunga. Questo sistema garantisce una drastica riduzione degli scarti dovuti alla presenza di bolle superficiali, sia in fase di stampaggio che in fase di trattamenti superficiali successivi.

Gli Avvallamenti (in inglese “Sink”)

L’avvallamento è una depressione superficiale che si crea in fase di raffreddamento dei pressofusi dovuta alla presenza di una porosità da ritiro sotto la superficie. Questo difetto di colata appare come una depressione concava, anche di diversi mm, solitamente in corrispondenza di alti spessori o di forti cambi di spessore del prodotto ed è frequentemente associato a nervature.

Causa del fenomeno dell’avvallamento

È un fenomeno che si verifica quando, durante la solidificazione del getto, un punto caldo si trova vicino alla superficie dello stampo: lo strato di “pelle”: formatosi in conseguenza al raffreddamento della zama al contatto con lo stampo, non è in grado di sostenere le sollecitazioni derivanti dalla contrazione della regione sottostante in solidificazione (ritiro) e quindi si deforma plasticamente.
Gli effetti di questo difetto si traducono in inestetismi del prodotto finito.

Soluzioni al difetto dell’avvallamento

Il rimedio principale consisterebbe nella corretta progettazione dei componenti, facendo cioè in modo che non vi siano forti cambi di spessore oppure zone di prodotto a spessore eccessivo. Purtroppo non è sempre possibile eseguire la sagoma ideale alle esigenze funzionali del prodotto,
È perciò importante, in fase di progetto di un nuovo prodotto, che vi sia una stretta collaborazione tra il progettista ed il pressocolatore allo scopo di individuare le sagome più corrette, in modo da ridurre gli avvallamenti, nel rispetto delle funzionalità del prodotto.
Per evitare gli avvallamenti durante il processo produttivo è inoltre possibile agire sulla pressione e sulla velocità del metallo fuso in fase di iniezione. Ancora più importante infine è la gestione del bilancio termico dello stampo, realizzando adeguati sistemi di raffreddamento atti ad evitare la formazione di punti caldi. Anche in questo caso l’analisi della simulazione di raffreddamento ci viene in aiuto nell’individuare le zone del pressofuso con i tempi di raffreddamento più alti e ci consente di realizzare il circuito di raffreddamento più efficiente, adatto ad evitare il difetto degli avvallamenti.

In conclusione

Come accennato nell’incipit di questo post abbiamo trattato le principali problematiche inerenti i possibili difetti di colata nel processo di pressofusione di zinco. Come precedentemente esposto tutte le problematiche si possono prevedere e risolvere oppure definirne un grado di accettabilità: l’importante è sapere come riconoscerle e prevenirle. Esistono altre problematiche oltre a marezzature, bolle superficiali e avvallamenti nella pressofusione di zinco. Problematiche che è possibile discutere in maniera approfondita: cerca queste tematiche nel nostro blog.

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Nello specifico, questo post è dedicato alla produzione di pressofusi destinati ai trattamenti superficiali di cromatura e di verniciatura.

Cromatura

Un pressofuso cromato presenta importanti caratteristiche estetiche e metallurgiche, che lo rendono tecnologicamente molto interessante.                                                                                                 Tale rivestimento permette infatti di conferire al pezzo una vasta gamma di finiture, che ne influenzano profondamente la resa estetica finale: oltre alla cromatura bianca sono ottenibili differenti colorazioni e finiture superficiali (lucida, perlacea o satinata grazie a particolari pretrattamenti). Inoltre, questo trattamento superficiale garantisce al pressofuso una maggiore resistenza ai fenomeni di corrosione, incrementandone anche la resistenza all’abrasione e all’usura superficiale.

Applicare questo trattamento con successo presenta tuttavia sfide non indifferenti: data la reattività della zama ai processi elettrochimici necessari per la cromatura, che avvengono in ambienti acidi, le discontinuità superficiali vengono amplificate e risultano in difettosità che ne compromettono la resa estetica e le proprietà funzionali.

La condizione superficiale richiesta viene spesso raggiunta attraverso trattamenti di pulitura superficiale, avendo cura di non eliminare lo strato a grano fine del pressofuso.

La cromatura risulta pertanto uno dei trattamenti superficiali più difficili da applicare ad un getto in zama: è dunque cruciale un attento design dello stampo e del processo produttivo, che deve essere particolarmente stabile. Il co-design del processo galvanico è inoltre un importante valore aggiunto per ottenere un pressofuso cromato di elevata qualità.

Valenza estetica e funzionale della cromatura

Come anticipato, questo rivestimento può avere due finalità differenti: estetica o funzionale. Nonostante esse non siano necessariamente disgiunte, distinguiamo quindi due processi differenti.

Il primo, per finalità estetiche, prevede la deposizione sulla superficie di zama di tre diversi strati metallici: rame, nickel ed infine un flash di cromo. Il rame alcalino proteggerà la zama dai successivi ambienti acidi, mentre il rame acido (in bagno di acido solforico) uniformerà la superficie e fornirà una base compatibile per il nickel, che garantirà resistenza alla corrosione e una superficie lucida. Infine, un flash di cromo conferirà il colore bianco.

Il processo di cromatura a spessore, per componenti funzionali, prevede invece il deposito diretto di uno spesso strato di cromo sulla superficie di zama. In questi casi lo spessore può superare i 15 micron (un valore decisamente superiore se paragonato ai 0,2 micron della cromatura con funzione estetica). La superficie finale sarà grigia ed opaca, e garantirà ottima resistenza alla corrosione e all’abrasione.

Difettosità riscontrabili in un pressofuso cromato

Soffermiamoci ora su alcune difettosità in particolare, che si possono riscontrare sui pezzi cromati, analizzandone brevemente le cause e le strategie risolutive adottabili, sia in pressofusione, sia durante il trattamento superficiale. Nello specifico, tratteremo le seguenti difettosità:

• Porosità
• Delaminazione
• Solchi

Porosità

Un primo difetto particolarmente diffuso è rappresentato dalla formazione di porosità (anche chiamate vaiolature), ovvero di piccoli crateri circolari (con diametro fino a 0.5mm). Sono solitamente causate da bolle di gas generate durante l’elettrodeposizione non correttamente evacuate, dipendenti da porosità presenti nel substrato di zama, da una superficie non correttamente preparata (con una bagnabilità errata) o da un design non ottimale dei telai. Per evitarle è fondamentale una ottimizzazione del design dello stampo, intervenendo su omogeneità di riempimento e termoregolazione e minimizzando la presenza di zone fredde particolarmente sensibili al difetto. È altresì importante che il processo di stampaggio operi in una condizione di stabilità termica, garantendo pressofusi il più possibile ripetibili per la preparazione successiva. Infine, è bene studiare i telai da utilizzare in galvanica in funzione della geometria del getto, evitando superfici parallele al pelo libero del bagno, per non generare ristagni di bolle di gas.

Delaminazione

Un secondo difetto comune è la mancata aderenza tra i diversi layer, chiamata delaminazione. Essa è causata da porosità intrappolate nel substrato o da fenomeni di corrosione che avvengono tra i diversi strati.

Una corretta analisi della distribuzione delle porosità superficiali è fondamentale per capire come intervenire su stampo e processo produttivo e permetterà di ottimizzare il processo di pulitura e preparazione della superficie. È inoltre importante controllare la stabilità delle condizioni dei bagni galvanici, riducendo i tempi tra le fasi per minimizzare i fenomeni di corrosione.

Solchi

Infine, è possibile riscontrare la presenza di solchi, all’apparenza graffi, su determinate superfici: la loro origine è da ricercarsi in un deposito disomogeneo del rivestimento galvanico che non è in grado di coprire completamente i solchi lasciati dalla lucidatura.

Pur trattandosi di un difetto che non dipende direttamente dal pressofuso (e quindi risolvibile intervenendo sugli spessori depositati e sul design dei telai), anche in questo caso si evidenzia l’importanza di un approccio verticale per ottimizzare il prodotto finito: una superficie del getto omogenea richiederà una lucidatura meno invasiva.

Verniciatura

Un ulteriore trattamento superficiale è la verniciatura.

Similmente alla cromatura, l’applicazione di un film sulla superficie di un pressofuso da un lato conferisce una maggiore resistenza a fenomeni corrosivi e di usura, e dall’altro ha un ruolo fondamentale nel definire le caratteristiche visive finali del prodotto, colore e texture. La finalità è quindi duplice: funzionale e decorativa.

Pur tollerando una condizione superficiale del pressofuso più disomogenea (non è prevista infatti una preparazione meccanica della superficie prima dell’applicazione del rivestimento), la verniciatura di un pressofuso in zama presenta specifici requisiti e difettosità.

Tipologie di verniciatura

Fra i processi di verniciatura più comuni ricordiamo la verniciatura a liquido, che permette di contenere gli spessori depositati e la temperatura di indurimento. Nella verniciatura a polvere, invece, il pigmento viene applicato in forma di polvere sul pezzo e quindi indurito, ottenendo un rivestimento spesso e robusto. Infine, nel processo elettrochimico di cataforesi, il pigmento è depositato immergendo il pezzo in appositi bagni (come nel processo galvanico), garantendo così la copertura di tutte le superfici del pezzo (e non solo quelle raggiungibili con una pistola).

Difettosità riscontrabili in un pressofuso cromato

Buccia d’arancia

Uno dei difetti più comuni del processo di verniciatura è una superficie irregolare detta buccia di arancia, dovuta ad un deposito di vernice eccessivo, o ad una distanza pezzo-ugello ridotta.

Tale difettosità può essere risolta principalmente definendo correttamente i parametri di verniciatura (automatizzando il processo) e migliorando la qualità superficiale del getto, riducendo la presenza di marezzature, sfogliature.

Schivature

Un secondo difetto comune sono le schivature (o occhi di pernice), che si presentano come piccoli crateri (0,2-0,4 mm) dove la vernice non riesce ad aderire.

La mancata adesione è solitamente dovuta ad una contaminazione della superficie di zama da residui oleosi o dei prodotti di verniciatura da additivi siliconici.

Un approccio statistico all’analisi del processo, con l’ausilio di un piano sperimentale ben strutturato, permette di approcciare un fenomeno complesso che coinvolge due tecnologie differenti, identificando le variabili fisiche che influenzano la formazione del difetto per ottimizzare il risultato.

Blistering

Un ulteriore difetto rilevante è quello del blistering: gas o aria intrappolati nel pressofuso, espandendosi durante la cottura della vernice, possono portare alla formazione di “bolle”, ovvero a deformazioni rigide della superficie del pezzo, specialmente in corrispondenza di pareti sottili.

Questo fenomeno è difficilmente risolvibile in verniciatura (le temperature e i tempi di indurimento sono legate al tipo di vernice utilizzata). Diventa quindi fondamentale ottimizzare il processo di riempimento dello stampo, definendo il design più adeguato dei canali anche con l’ausilio dei software di simulazione CFD, al fine di minimizzare le turbolenze che portano ad intrappolamenti di aria. Inoltre, l’adozione di un sistema per lo stampaggio sottovuoto aiuta fortemente a ridurre l’incidenza di questa anomalia.

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Definizione di articoli in zama per elettromeccanica

L’elettromeccanica è “il ramo delle costruzioni meccaniche che riguarda le macchine e gli apparecchi elettrici, come motori, generatori, veicoli elettrici” (fonte: Elettromeccanica, in Enciclopedia Treccani).  Partendo da questa premessa, sebbene la definizione di elettromeccanica sia molto ampia, in questo post abbiamo preferito concentraci su componenti destinati a macchine utensili che devono avere proprietà che ne consentano le migliori prestazioni in ambienti critici. Rimandiamo ad un altro post invece la trattazione di tutti quegli articoli che, anche se inseriti in apparecchiature elettromeccaniche, sono destinati a prodotti per l’edilizia e non hanno quindi gli stessi requisiti tecnici di resistenza e robustezza che sono invece necessari per i componenti impiegati in ambito industriale.

Proprietà dei prodotti in zama per elettromeccanica

Gli articoli in zama per elettromeccanica hanno numerose proprietà che ne garantiscono il funzionamento in ambienti critici e con sollecitazioni particolari, tra queste ricordiamo:

• Resistenza, durezza e rigidità
• Ottima qualità superficiale
• Schermatura nei confronti dell’interferenza elettromagnetica
• Proprietà anti scintillante
• Fluidità

Analizziamole ora una per una.

Resistenza, durezza e rigidità

La scelta della zama in questo settore è determinata dalle proprietà di resistenza, durezza e rigidità che rendono il materiale adatto a proteggere gli elementi elettrici ed elettronici delle macchine utensili e produttive. Ad esempio, un housing in zama per la protezione dei componenti elettrici ed elettronici, garantisce che gli elementi non vengano rovinati proteggendoli da sollecitazioni ambientali e urti.

Per una panoramica sulle proprietà della zama e delle differenti leghe di zinco consigliamo di leggere l’articolo Le migliori leghe di zinco per la pressofusione a camera calda.

Ottima qualità superficiale

Un altro aspetto rilevante nella produzione di componenti in zama e nel dettaglio di componenti in zama per elettromeccanica è la possibilità di stampare, parola che in gergo è utilizzata per produrre, gli articoli sottovuoto. Stampare sottovuoto garantisce di ottenere componenti dall’ottima qualità superficiale e privi di difetti, come ad esempio le inclusioni di bolle d’aria. Questo è particolarmente importante in un settore come l’elettromeccanica in cui è necessario proteggere i componenti dalle ossidazioni derivanti dall’ambiente in cui operano con verniciature e trattamenti superficiali specifici.

Per scoprire di più sui trattamenti superficiali dei componenti in zama rimandiamo al post Vernici, placcature e altri tipi di rivestimenti superficiali.

Ma come è possibile stampare sottovuoto?

Questa possibilità è data dalla valvola del vuoto per la pressofusione di zinco. La valvola del vuoto per la pressofusione di zinco è una tecnologia inventata nel 1983 in Bruschi che ha permesso all’azienda di acquisire un importante vantaggio competitivo rispetto alla concorrenza. Per conoscere la storia la storia dell’invenzione della valvola del vuoto consigliamo di leggere il post  The history of vacuum valve in zinc die casting.

Schermatura nei confronti dell’interferenza elettromagnetica

Le buone proprietà schermanti nei confronti dell’interferenza elettromagnetica (Electromagnetic Interference, EMI) della zama sono particolarmente importanti laddove è necessario proteggere la strumentazione elettronica. Per questa ragione la zama è particolarmente indicata per la costruzione di case di alloggiamento di schede madri ed altri tipi di componenti elettronici.

Proprietà anti scintillante

La zama è inoltre un materiale anti scintillante, questo la rende adatta ad essere impiegata in ambienti di lavoro in cui le scintille rappresentano un rischio di incendio o di esplosione.

Fluidità

Infine, la fluidità della zama consente di ottenere, direttamente in fase di stampaggio e senza la necessità di lavorazioni successive, componenti dall’elevato grado di dettaglio caratterizzati da sagome che possono essere anche molto complesse. Questa proprietà della zama si rivela quindi particolarmente utile nel caso di componenti assemblati con altri tipi di materiali quali, ad esempio, acciaio e alluminio.

Panoramica di prodotti in zama per elettromeccanica

Analizziamo ora alcuni articoli in zama per elettromeccanica spiegandone funzionalità e caratteristiche salienti. Questo elenco non vuole essere esaustivo, perché sono in fine le soluzioni che si possono realizzare in zama, ma vuole dare un’idea delle possibilità che si possono esprimere con le leghe di zinco.

Protezione per interruttori

In determinati ambienti, come ad esempio gli stabilimenti produttivi o le cabine degli aeromobili, è necessario proteggere gli interruttori per evitare che azionati inavvertitamente. La zama, in questo caso, si rivela un materiale particolarmente indicato perché, a differenza della plastica, non rischia di deformarsi se sottoposta a pressione fornendo così la protezione ideale all’interruttore.

Il prodotto in fotografia, qui riportato in tre varianti cromatiche, serve appunto per proteggere un pulsante. Tutti i particolari sono ottenuti direttamente in fase di stampaggio, senza necessità di lavorazioni meccaniche successive. È tuttavia la qualità superficiale a rendere la zama particolarmente competitiva nella produzione di questo componente: la superficie è liscia e levigata, senza inclusioni d’aria o altri difetti superficiali, e risulta così perfetta per essere verniciata.

Alloggiamento per interruttori

Il prodotto in fotografia è invece un alloggiamento per pulsanti inseriti in un piano comandi. Questo componente ha sia requisiti tecnici e funzionali che requisiti estetici: deve infatti essere in metallo per la robustezza richiesta negli impianti in cui viene installato, ma presenta anche una parte in vista che deve quindi presentarsi priva di difetti superficiali. Anche in questo caso, viste le necessità del cliente, come nel caso della protezione per interruttori, è stata quindi adottata la tecnologia del vuoto. La valvola del vuoto si rivela poi fondamentale nella realizzazione dei dettagli che permettono l’inserimento dell’alloggiamento nel piano comandi. Il trattamento superficiale di questo prodotto è la nickelatura, un trattamento sia estetico che protettivo.

Attuatori di fine corsa e pressostati

Sia gli attuatori di fine corsa che i pressostati sono dei componenti con elementi in zama destinati a macchine utensili ed automazioni. Gli attuatori di fine corsa, come è reso evidente dal nome, servono a produrre un output in reazione alla fine della corsa di un componente. Hanno quindi un campo di applicazione molto ampio e possono essere installati in automazioni di vario tipo. I pressostati invece misurano la pressione di un liquido all’interno di un sistema, e vengono quindi installati su strumentazioni che richiedono pressioni specifiche come alcuni tipi di freno e macchine utensili.

Nell’immagine di sinistra è riportato un attuatore di fine corsa mentre nell’immagine di destra un pressostato.

Per entrambi i componenti la scelta della zama è determinata da specifiche simili a quelle dei prodotti menzionati precedentemente. Agli articoli in zama per elettromeccanica è infatti richiesta robustezza e resistenza in ambienti critici. La robustezza è fondamentale per proteggere la componentistica elettronica e meccanica ospitata all’interno del prodotto, mentre la resistenza in ambienti critici viene raggiunta attraverso specifici trattamenti superficiali. Nel caso di questi prodotti, dopo una prima cromatazione, è stata scelta una vernice a polvere e la resistenza dei componenti alle sollecitazioni ambientali è stata misurata attraverso il test a nebbia salina.

Come per i prodotti illustrati in precedenza, inoltre, sia per ottenere la qualità superficiale necessaria ad una deposizione ottimale delle vernici sia per la realizzazione dei piccoli dettagli richiesti dalla geometria dell’oggetto la tecnologia utilizzata è quella della valvola del vuoto.

Conclusioni

Come abbiamo potuto vedere le applicazioni degli articoli in zama per elettromeccanica sono numerose. Infatti, l’elettromeccanica è un settore che, a vari livelli, può beneficiare delle caratteristiche dei prodotti in zama, sia per quanto riguarda la produzione di case o custodie protettive sia per quanto riguarda la realizzazione di elementi funzionali come gli attuatori di fine corsa e i pressostati. Come precedentemente definito le leghe di zinco hanno caratteristiche che le rendono materiali poliedrici: abbiamo visto solo qualche esempio di come è possibile utilizzarle nel campo dell’elettromeccanica, ma le possibilità sono molte e molte di più.

Contattaci per discutere di come i componenti in leghe di zinco possono essere elementi importanti nel settore dell’elettromeccanica, compila il form o visita la nostra pagina Contatti.

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Introduzione

In un precedente post avevamo trattato dell’importanza del laboratorio di metrologia all’interno di uno stabilimento produttivo di pressofusione di leghe di zinco. Il laboratorio di metrologia assicura infatti la qualità dei prodotti lungo tutta la filiera produttiva garantendo il rispetto delle specifiche dei clienti dal punto di vista dimensionale, strutturale e chimico. Le attività del laboratorio metrologico descritte nel post Dimensional measurement: production control and reverse engineering sono:

• monitoraggio costante di ogni ciclo produttivo
• controlli veloci sui nuovi progetti e campioni
• controlli sui progetti che sono stati sottoposti a modifiche nel corso del tempo
• controllo dei prodotti provenienti dai fornitori esterni
• reverse engineering sia sul prodotto che sullo stampo

Per approfondire questi temi consigliamo di leggere il post.  

In questo post analizzeremo invece le varie strumentazioni dedicando una particolare attenzione a come, in base alle caratteristiche del prodotto e alle sue specifiche, sia necessario di volta in volta scegliere le più adeguate.

Importanza del laboratorio di metrologia

La presenza del laboratorio di metrologia nello stabilimento produttivo non basta a garantire la qualità dei prodotti: questo risultato infatti può essere garantito solo attraverso l’utilizzo degli strumenti adeguati al componente che deve essere testato. La minimizzazione dei rischi necessaria a rispettare le richieste del cliente può allora essere garantita solo attraverso la presenza di una strumentazione aggiornata, avanzata e comprensiva di differenti tecnologie.

Ciò è particolarmente vero in uno stabilimento che utilizza la tecnologia della pressofusione di zinco per prodotti destinati a diversi settori: alla varietà dei prodotti corrisponde infatti una diversificazione degli strumenti e delle tecnologie necessari al laboratorio di metrologia per effettuare le sue analisi.

Essere specializzati in diversi settori di mercato permette di trasferire le competenze acquisite in un settore ad un altro, questo è vero anche per quanto riguarda i test del laboratorio di metrologia. La scelta dello strumento, infatti, non è determinata solamente dalle orologi replica richieste del cliente o dalla documentazione necessaria nelle varie fasi di vita di un progetto, ma è definita anche dalla necessità di ottenere i dati più indicativi ed efficaci per la valutazione della conformità di un componente agli standard progettuali e produttivi. L’expertise acquisita nelle misurazioni dei componenti destinati ad un settore può quindi essere trasferita alle analisi necessarie in un altro con vantaggi che si ripercuotono lungo l’intera filiera produttiva.

Gli strumenti del laboratorio di metrologia

Dopo aver delineato l’importanza del laboratorio di metrologia andiamo ora ad esaminare gli strumenti che consentono di effettuare verifiche metrologiche complete e a 360°.

Tomografia industriale computerizzata

La tecnologia della tomografia industriale computerizzata, riferita al campo della pressofusione di leghe di zinco, ha una doppia utilità. Consente infatti di effettuare analisi difettologiche sulla struttura interna dei componenti volte ad individuare i difetti nella distribuzione interna della materia e quindi a riconoscere porosità ed inclusioni di aria. Inoltre, grazie all’analisi tomografica, è possibile valutare il buon esito dell’assemblaggio dei componenti. Soprattutto nel caso dell’assemblaggio di materiali diversi, infatti, l’esame tomografico consente di effettuare uno studio funzionale degli accoppiamenti meccanici e di verificare l’assenza di deformazioni o altre problematiche.

Scansione 3D

Lo scanner 3D è particolarmente indicato nel caso di componenti dalle forme complesse. Lo strumento infatti è meno accurato di una macchina Coordinate Measuring Machine (CMM), ma consente di acquisire, senza contatto, tutta la superficie visibile dell’oggetto misurato e rende possibile il confronto con il modello teorico. Quindi, laddove una verifica con una macchina CMM sarebbe troppo dispendiosa in termini di tempo per la necessità di una ricostruzione completa della sagoma dell’oggetto, lo scanner 3D consente invece di ottenere il risultato in modo rapido ed efficace.

Macchina CMM

La CMM è sicuramente, all’interno di un laboratorio di metrologia, la tecnologia più comune. La macchina consente di selezionare i punti desiderati e di effettuare verifiche molto accurate ed è quindi particolarmente indicata per misurare elementi di componenti dalle forme semplici ma per i quali le tolleranze dimensionali sono molto ristrette. La macchina CMM non garantisce però gli stessi risultati con materiali diversi. Nel caso delle leghe di zinco risulta comunque particolarmente indicata perché il materiale metallico, a differenza di altri materiali come ad esempio le plastiche, non corre il rischio di deformarsi in sede di misurazione.

Polyworks

Polyworks è il software di Innovmetric che permette alla strumentazione di un laboratorio di metrologia di essere non solo completa ma anche complementare. Quanto detto in precedenza a proposito di macchina CMM e scanner 3D non deve infatti far pensare che, in fase di test, sia da scegliere un metodo di misurazione piuttosto che l’altro. Grazie al software, infatti, è possibile far dialogare e interagire tra loro i dati provenienti dalla strumentazione ed è possibile quindi sovrapporre le misurazioni dello scanner 3D con quelle della macchina CMM: è così il software che, permettendo ai differenti dati di parlare tra loro, permette al laboratorio di metrologia di unificare le proprie tecnologie in vista di un risultato finale veramente completo e dettagliato.

Macchina UTM

La Universal Testing Machine, è uno strumento impiegato per testare la resistenza alla trazione e alla compressione. Si tratta di una macchina molto versatile con la quale è possibile effettuare diversi tipi di test su un’ampia gamma di materiali e di componenti. Per esempio, per quanto riguarda i test condotti su pressofusi in lega di zinco, la UTM è fondamentale per lavorare nel settore automotive. La verifica della resistenza dei prodotti destinati a questo settore infatti è parte fondamentale della documentazione necessaria per l’approvazione e il buon esito dei progetti.

Macchina in linea per il controllo dimensionale del 100% della produzione

Questa macchina, sviluppata e progettata in-house, è destinata alla verifica del rispetto delle tolleranze dimensionali di prodotti destinati al settore automotive. Lo strumento si avvale di una telecamera per il rilievo di dimensioni, volume e qualità superficiale dei componenti e di un profilometro. Il profilometro, grazie alla tecnologia laser, consente di ricostruire il profilo del componente misurato e risulta particolarmente utile nella ricostruzione del profilo di sagome complesse come ad esempio i filetti.

Altra strumentazione

Infine, altri strumenti comuni ma fondamentali in uno stabilimento produttivo di pressofusi in zama, sono lo spettrometro, la bilancia per la densità e il microscopio elettronico. Lo spettrometro consente di verificare la composizione chimica della zama e risulta di fondamentale importanza quando, su una stessa macchina, viene sostituito lo stampo e si passa dalla creazione di un componente costituito da una lega di zama ad un altro di differente lega. Grazie allo spettrometro è infatti possibile verificare che il cambio del bagno di zama sia concluso e che tutto il materiale impiegato nel processo sia quello nuovo. La bilancia per la densità serve invece per verificare la compattezza del componente e per escludere la presenza di inclusioni di aria o altri difetti similari. Infine, il microscopio rende possibile individuare difetti superficiali che non sarebbero individuabili ad occhio nudo, rivelandosi un valido ausilio nell’individuazione di linee di flusso, ritiri, onde e laghi.

Per un approfondimento sui più comuni difetti di pressofusione vi consigliamo di leggere l’articolo Die casting defects: Internal and Superficial.

Altri test

I vari tipi di test effettuati in un laboratorio metrologico sono quindi volti a misurare le dimensioni dei componenti, il loro peso, la distribuzione della materia al loro interno e la loro resistenza. Inoltre, possono essere effettuati altri tipi di test, come ad esempio quello a nebbia salina che è volto a valutare la resistenza del componente alla corrosione ambientale oppure il leak test che, attraverso l’ausilio di strumentazioni dedicate, ha l’obiettivo di verificare l’assenza di inclusioni d’aria nel componente.

Per scoprire di più sul test a nebbia salina consigliamo di leggere il post SST – Resistenza al Test dello Spray Salino dello zinco.

Conclusioni

Con questa breve panoramica delle strumentazioni del laboratorio di metrologia abbiamo voluto focalizzare l’attenzione sull’importanza di questo reparto.

Vi consigliamo, nel caso abbiate un interesse particolare su questo tema e voleste rimanere aggiornati sulle novità del settore, di visitare il sito Metrology News, un importante rivista online ricca di informazioni sugli strumenti metrologici e sul loro utilizzo in diversi ambiti industriali.

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 I vantaggi competitivi di lampadari e faretti in lega di zinco

Nel mercato dell’illuminazione sono ricercati requisiti che i componenti in zama sono perfettamente in grado di soddisfare, esploriamone alcuni:

Impiego con faretti alogeni e lampadine a basso impatto energetico

Nel 2005, con la direttiva 2005/32/EC, l’Unione Europea ha introdotto la graduale sostituzione delle lampadine a incandescenza e dei faretti alogeni con prodotti a minor impatto energetico: come i faretti a led e le lampadine a basso consumo.

Questa direttiva ha cambiato completamente la situazione del mercato dell’illuminazione, permettendo a produttori e designer di virare su nuove tecnologie e di ampliare il ventaglio di possibilità: sia nella scelta dei materiali, che nella progettazione dei prodotti.

Una delle conseguenze dell’impiego di queste nuove tecnologie di illuminazione è che le leghe di zinco sono diventate competitive rispetto ad altri metalli.

Se prima, infatti, le alte temperature raggiunte dai sistemi di illuminazione imponevano la realizzazione di articolati sistemi di dispersione del calore, che limitavano di fatto l’impiego della zama, con la nuova normativa è stato possibile impiegare la zama per la realizzazione di lampade e faretti dalle forme e dalle qualità innovative.

Sostenibilità del processo produttivo

Le lampadine a basso impatto energetico e i faretti a led permettono di risparmiare sul costo della bolletta elettrica perché per produrre illuminazione impiegano meno energia di altre tecnologie: questo significa maggior saving per l’utente finale e maggiore sostenibilità ambientale in senso globale.

Restando in tema sostenibilità globale anche la zama, in maniera differente, permette un importante risparmio di energia: rivelandosi così una scelta vincente. Fondere e lavorare le leghe di zinco richiede infatti meno energia di quella necessaria per i trattamenti di altri metalli o leghe metalliche.

In aggiunta, sempre restando in tema sostenibilità, i prodotti in zinco, una volta concluso il loro ciclo vitale sono riciclabili al 100%.

Il processo produttivo dei componenti in lega di zinco è quindi un processo energeticamente meno dispendioso di altri e, insieme al minore dispendio energetico del sistema di illuminazione e alla riciclabilità dei prodotti, consente al produttore che sceglie di servirsi di questi articoli di effettuare scelte davvero consapevoli. I vantaggi derivanti dalla scelta della zama per componenti di lampade e faretti non si ripercuotono poi solo sul produttore di articoli per l’illuminazione, ma anche sul consumatore finale e sull’ambiente. Il produttore avrà un saving sulla realizzazione dei componenti, il consumatore finale più scelta e più risparmio, il tutto rispettando il pianeta e le sue risorse.

 Durata di vita degli stampi

La temperatura di fusione della zama, inferiore a quella di altri metalli o leghe metalliche, si traduce in un ulteriore vantaggio per il produttore di articoli per l’illuminazione. Infatti, minore è la temperatura di fusione del metallo, minori saranno l’usura e la corrosione alle quali è sottoposto lo stampo.

Ciò si traduce in un importante vantaggio in termini di durata di vita dello stampo e di diminuzione del numero di interventi di riparazione e manutenzione necessari alla mass production.

Grazie alla scelta della zama e al processo di pressofusione a camera calda, con il quale la lega metallica è lavorata, il produttore di articoli per l’illuminazione potrà quindi realizzare grandi volumi di prodotti per lunghi periodi di tempo a fronte di un investimento iniziale per lo stampo che non comporterà ulteriori spese sul medio e lungo termine.

Possibilità di realizzare forme e geometrie complesse con un elevato grado di dettaglio

Lampade, lampadari e faretti sono oggetti di design e spesso le loro forme sono articolate e complesse. Le leghe di zinco, grazie alla loro fluidità, consentono di realizzare la sagoma desiderata dal cliente direttamente durante il processo di pressofusione senza la necessità di ulteriori lavorazioni meccaniche.

Oltre alla possibilità di realizzare qualsiasi tipo di forma e di geometria la fluidità delle leghe di zinco permette anche di ottenere, sempre in fase di stampaggio, tutti quegli elementi necessari alla funzionalità del prodotto come filetti, fori, tasselli e alette per l’eventuale dispersione del calore.

Le leghe di zinco consentono poi di creare componenti con spessori estremamente sottili: in questo modo si riduce la quantità di materia prima impiegata. Nel caso dei articoli per l’illuminazione il vantaggio non è solo economico ma è anche funzionale: lampade e faretti dalle forme più fini possono essere appesi con più facilità e possono essere meglio integrati nell’ambiente di arredamento.

Fattore estetico: trattamenti superficiali

Infine, anche per quanto riguarda i trattamenti superficiali i pressofusi in zama si rivelano competitivi rispetto a prodotti realizzati con altri tipi di metalli.

I pressofusi in lega di zinco consentono lavorazioni di massa a basso costo come la vibratura la sbavatura termica con notevole vantaggio anche per quanto riguarda i tempi di consegna. Inoltre, la superficie dei pressofusi in lega di zinco è ideale per ricevere diversi tipi di trattamento superficiale come cromatura, doratura, verniciatura a liquido e a polvere. In questo modo i prodotti possono assumere l’aspetto esteriore richiesto dal cliente.

In un mercato come quello dell’illuminazione questa caratteristica di grande adattabilità è molto importante perché consente ai prodotti di integrarsi armonicamente con i diversi stili e ambienti di arredamento, permettendo un catalogo più ampio e aiutando i designer ad esprimere tutta la loro creatività.

Componenti per illuminazione: case study

Dopo aver analizzato alcune delle ragioni per le quali i componenti in zama sono competitivi e particolarmente indicati per il mercato dell’illuminazione esamineremo ora alcuni prodotti evidenziandone caratteristiche e particolarità.

Corpo per i faretti da incasso

Questo componente, dalle linee semplici ed eleganti, ospita e incornicia il faretto che viene incassato nella parete. La cornice del faretto può essere tonda o quadrata, ma può anche assumere forme più complesse per soddisfare le esigenze di design del produttore. La varietà di trattamenti superficiali, cromatura, doratura, verniciatura a polvere o a liquido, come precedentemente esposto, consente poi grande versatilità al prodotto che può essere inserito in diversi ambienti di arredamento.

Lampada da tavolo: supporto per led

In questo caso il cliente desiderava un prodotto lucido, in grado di riflettere la luce, caratterizzato da linee semplici e pulite. La zama ha consentito, con un numero di lavorazioni estremamente limitato, di ottenere componenti con gli spessori sottili richiesti dal design dell’oggetto e che, in aggiunta, avessero una superficie liscia e priva di difetti perfetta per la cromatura.

 Faretto regolabile per negozi

Questo faretto regolabile è destinato all’illuminazione delle vetrine dei negozi: dove la necessità è quella di dirigere la luce in particolari direzioni. Il prodotto è costituito da due componenti: la custodia mobile e il disco esterno. Il disco è il supporto della custodia che, come anticipato, può essere regolata per orientare la direzione del fascio luminoso.

Per il prodotto in fotografia la verniciatura scelta dal cliente è una verniciatura bianca, in questo modo, infatti, il disco si confonde con la parete della vetrina senza interferire visivamente con l’esposizione dei prodotti che illumina.

Anello per faretti a cavo

I faretti a cavo sono ideali per tutti gli ambienti in cui è necessario illuminare una sala in tutta la sua lunghezza. Il sistema di illuminazione consente infatti di montare, su binari paralleli, il numero di faretti desiderato e di orientarli a seconda delle proprie esigenze.

Questo anello per faretti a cavo è un prodotto ideato per un’illuminazione minimalista ed elegante. La sua superficie è cromata e si presenta liscia, lucida, brillante e priva di ogni minimo difetto.

Il prodotto, inoltre, è rappresentativo della capacità della zama di raggiungere spessori sottili. Infatti il pressofuso è stato ottenuto, direttamente in fase di stampaggio, con tutti gli elementi che ne assicurano la chiusura e la funzionalità. La riduzione degli spessori, con la diminuzione di peso che comporta, risulta poi ottimale per un sistema di illuminazione a cavo.

 Case per faretti a cavo

Questo prodotto è un articolo di design con una forma particolare che integra un sistema per la dispersione del calore. Anche in questo caso è stata la libertà produttiva consentita dalla zama a permettere di realizzare, in un unico componente, tutti i dettagli richiesti dal cliente.

Nella fotografia si può notare come la superficie dei pressofusi in lega di zinco consenta un risultato ottimale della doratura: anche questo prodotto spicca per la lucentezza e la qualità della sua superficie.

Conclusioni

Gli articoli per l’illuminazione realizzati in lega di zinco, che siano lampadari, lampade o faretti, sono quindi prodotti in grado di distinguersi e di essere vantaggiosi sotto molti punti di vista. Dal punto di vista della creatività e del design permettono infatti un grande libertà di progettazione consentendo di realizzare, con un processo di mass production, prodotti dalle forme insolite e particolari.

Inoltre, i pressofusi in zama, per il grande numero di trattamenti superficiali che possono ricevere, sono particolarmente indicati come componenti di prodotti per l’arredamento perché sono in grado di integrarsi con diversi stili e ambienti.

Infine non sono da sottovalutare i vantaggi economici e ambientali: scegliere la zama come materia prima e la pressofusione come processo produttivo consente di risparmiare a livello energetico e di impiegare materie riciclabili e sostenibili.

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In linea con il principio della lesson learned, gli ingegneri Bruschi hanno analizzato le performance di produzione del pressofuso e definito nuovi parametri basandosi sulle conoscenze apprese negli anni al fine di ottenere un componente che soddisfasse gli standard qualitativi richiesti. Inoltre, è stato possibile apportare accurate modifiche grazie all’impiego di tecnologie avanzate, quali software di simulazione, che hanno permesso di progettare soluzioni al fine di ridurre i difetti di pressofusione.

Fattori che determinano la qualità superficiale di un pressofuso

La qualità superficiale di un componente prodotto con la tecnologia della pressofusione può infatti essere determinata da molteplici fattori, quali termoregolazione dello stampo e temperatura del materiale iniettato nella cavità, ma dipende principalmente dalla modalità di riempimento del canale di alimentazione. La progettazione di un canale adeguato, che consenta un riempimento simmetrico delle cavità dello stampo, costituisce quindi un requisito fondamentale per evitare la formazione di difetti di pressofusione sul componente. Un canale di alimentazione asimmetrico o non convergente può, invece, determinare intrappolamenti d’aria nel pressofuso, nonché aree caratterizzate da evidenti marezzature causate da un riempimento disomogeneo.

Case study

Il componente oggetto del seguente case study è un componente della cerniera di una porta. Dopo anni di produzione del pezzo, utilizzando il primo stampo, a seguito dell’usura dello stesso sono emersi difetti di pressofusione sulla superficie del componente, quali marezzature, mancati riempimenti e porosità d’aria. A seguito dell’analisi dei parametri e della geometria dello stampo, gli ingegneri Bruschi hanno allora identificato l’errata modalità di riempimento delle cavità come causa principale dei difetti. Per risolvere questo problema si è quindi deciso di progettare e realizzare un nuovo stampo. Al fine di ridurre i difetti di pressofusione sono perciò state apportate modifiche in fase di progettazione, effettuando un appropriato redesign dello stampo, più specificatamente del canale di alimentazione.

Fase 1 – Simulazione

La prima fase del progetto di riprogettazione dello stampo ha riguardato la simulazione di riempimento delle cavità con il software di simulazione termofluidodinamica Magmasoft, che ha permesso di prevedere con buona approssimazione il comportamento del fluido durante la fase di riempimento. Magmasoft consente infatti di analizzare diversi parametri, quali temperatura del metallo in tutte le fasi del riempimento, pressione dell’aria nella cavità, velocità del fluido e presenza di zone interessate da intrappolamenti d’aria. Per ulteriori informazioni sulla simulazione, clicca sui post qui sotto:

• Simulazione per pressofusione: conservazione dello stampo e ottimizzazione dei parametri 
• Simulazione per pressofusione: studio della porosità da ritiro
• Simulazione per pressofusione: studio per la riduzione degli scarti

Dalla simulazione sono emerse tre principali problematiche:

• riempimento asimmetrico
• canale di alimentazione non convergente
• disomogeneità di temperatura del materiale

Per definire al meglio le azioni correttive da attuare è stato necessario analizzare la geometria del prodotto: il componente presenta infatti una sezione superiore massiccia e una sezione inferiore più sottile. La sagoma del prodotto ha richiesto, di conseguenza, una particolare attenzione durante la progettazione del canale di alimentazione, poiché per ottenere un riempimento simmetrico e omogeneo delle cavità è risultato necessario l’inserimento di elementi che agevolassero la dinamica del fluido di riempimento.

Fase 2 – Redesign sezione superiore

A seguito della simulazione il riempimento della sezione superiore è risultato asimmetrico, causando così intrappolamenti d’aria nel pressofuso, con conseguente formazione di bolle d’aria sulla superficie del componente. La causa dell’asimmetria del riempimento è stata attribuita alle diverse velocità con cui il fluido iniziava a riempire la cavità. Infatti, la zama entrava dal punto di iniezione con un’elevata energia cinetica e proseguiva il suo percorso seguendo la geometria delle cavità, che la portava a riempire maggiormente e più velocemente determinati volumi, raggiungendo invece solo in un secondo momento quelle sezioni che non si trovavano nel verso del flusso principale.

Il primo problema da risolvere ha dunque riguardato l’entrata asimmetrica della zama nel gate: al fine di simmetrizzare l’entrata del metallo nella cavità, è stato aggiunto uno smorzatore alla fine del canale principale. Con la nuova configurazione il flusso, prima di dividersi, riempie lo smorzatore perdendo energia cinetica e prosegue il suo percorso verso la cavità con una velocità più uniforme.

Il secondo problema, sempre relativo alla parte superiore del pressofuso, era invece inerente alla divergenza del canale di alimentazione in alcune sezioni, che determinava l’insorgenza di turbolenze. Di conseguenza l’attività di redesign è stata effettuata procedendo con la progettazione di un canale convergente, il quale ha contribuito a canalizzare maggiormente il materiale e ad agevolare il riempimento delle cavità riducendo il distacco di vena fluida.

Fase 3 – Redesign sezione inferiore

La sezione inferiore del componente è invece differente dalla parte superiore. Si tratta di una parte più sottile e che quindi, con lo stampo iniziale, veniva riempita da materiale avente basse temperature, determinando così la formazione di marezzature e mancanze di materiale.

Osservando la geometria del componente risultava infatti evidente la difficoltà di riempimento omogeneo di tutte le cavità e in particolar modo della cavità inferiore: precedentemente la zama riempiva in primo luogo l’intera sezione superiore del pressofuso, che è caratterizzata da una dimensione considerevole, per raggiungere solo in un secondo momento la sezione inferiore. Il materiale arrivava quindi a riempire la sezione inferiore a una temperatura troppo bassa, tale cioè da non garantire un adeguato livello di finitura superficiale.

Per la risoluzione di questa problematica si è ricorsi alla progettazione di un’alimentazione dedicata, attraverso l’inserimento di due canali ausiliari. I canali sono stati inseriti nella parte inferiore del pezzo al fine di ottenere un riempimento più omogeneo, mantenendo la temperatura del materiale più stabile in tutto il pressofuso. Anche i due canali ausiliari, così come il canale principale di alimentazione, sono stati progettati in modo da ottenere un flusso simmetrico: a tal fine sono stati introdotti due ulteriori smorzatori all’inizio dei due canali ausiliari.

Canale ausiliario con smorzatore

Inoltre, considerata la particolare geometria del prodotto, al fine di agevolare ulteriormente il riempimento in tutta la cavità, è stato progettato un profilo dell’attacco di colata parzialmente tangenziale in grado di indirizzare il materiale in zone critiche in termini di uniformità di riempimento. Le difficoltà che altrimenti si potrebbero incontrare, considerato che la sezione inferiore del pezzo presenta dei maschi che andranno a realizzare dei fori, i quali rendono il riempimento ulteriormente difficoltoso, sarebbero potenziali ostacoli al raggiungimento della qualità richiesta poiché costituiscono rallentamenti per il flusso della zama. Questo tipo di profilo, con attacco di colata parzialmente tangenziale, determina allora una migliore distribuzione della zama, facilitandone l’ingresso e il raggiungimento delle aree più critiche.

Risultati ottenuti

A seguito delle modifiche apportate gli ingegneri hanno eseguito la simulazione del riempimento delle cavità con il software Magmasoft e ne hanno avuto eccellenti risultati: le criticità precedentemente riscontrate hanno infatti registrato una notevole riduzione. Nello specifico, attraverso la riprogettazione del canale di alimentazione si è ottenuta una maggiore uniformità di riempimento, che di conseguenza ha determinato una riduzione dei difetti di pressofusione sulla superficie del prodotto.

Il presente case study conferma pertanto l’importanza del saper attingere dalle esperienze pregresse per la risoluzione di nuove problematiche, integrando know-how e tecnologia al fine di raggiungere risultati sempre più performanti. La riprogettazione dello stampo e l’utilizzo di Magmasoft hanno consentito di testare soluzioni diverse prima di procedere con l’effettivo stampaggio del prodotto, ottenendo così notevoli benefici in termini di qualità, tempistiche e costi.

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Nella produzione di prodotti che necessitano di un grande impatto estetico, la verniciatura si rivela essere una delle soluzioni ottimali grazie alla sua versatilità applicativa: essa offre, infatti, non solo una grande varietà in termini di colorazioni, ma permette anche di determinare la texture finale del prodotto. Con diversi processi di verniciatura è possibile ottenere prodotti opachi, lucidi o persino metallizzati, ad un costo inferiore rispetto alla galvanizzazione. Inoltre, i prodotti verniciati guadagnano resistenza superficiale grazie agli strati aggiuntivi e alla passivazione che precede la verniciatura.

Tuttavia, come in ogni processo industriale, ci sono diversi fattori che rischiano di compromettere la riuscita ottimale del prodotto. In particolare, nel settore della pressofusione, alcuni errori possono essere più comuni di altri, ad esempio:

• Variazioni di tinta
• Effervescenze
• Blister
• Distorsioni
• Spelature
• Sverniciature
• Puntinature
• Riporto insufficiente o sottile
• Buccia d’arancia

Vediamo ora più nel dettaglio questi difetti di verniciatura, le loro cause e come prevenirli.

Variazioni di tinta

Le variazioni di tinta possono riguardare il singolo componente, che presenta quindi aree di colori diversi tra loro o ombreggiature localizzate, oppure partite di uno stesso prodotto verniciate in infornate diverse, che presentano colorazioni diverse dall’infornata precedente.

Queste discromie possono essere causate da una vernice in polvere scaduta o mal conservata, dalla presenza di fumi che anneriscono alcune parti del prodotto, oppure da variazioni nella temperatura o nel tempo di cottura tra un’infornata e la successiva.

Durante la verniciatura infatti i pezzi vengono riscaldati per facilitare l’applicazione della vernice in polvere, e successivamente possono essere esposti a raggi UV o riscaldati più volte in base al trattamento e al finishing richiesto. Per questo motivo è fondamentale che i tempi e le temperature impostati per la prima infornata corrispondano a quelli delle seguenti e che non vengano modificati durante la produzione. Inoltre, il controllo della temperatura dovrebbe essere effettuato con sistemi di acquisizione durante tutto il processo utilizzando pirometri correttamente calibrati.

Effervescenze

Le effervescenze si presentano come piccole bolle, molto simili ai blister ma di dimensioni ridotte e solitamente più numerose, talvolta caratterizzate da un foro centrale. Solitamente sono causate da intrappolamenti di acqua o solvente rimasti nelle porosità del pezzo, che emergono a seguito del riscaldamento.

Questi intrappolamenti possono essere evitati pulendo e asciugando meglio i componenti, ad esempio attraverso una pre-cottura a 100°C, oppure preferendo l’uso di aria calda a quello del vapore per asciugarli.

Blister

I blister si presentano come bolle superficiali aderenti al metallo, solitamente non più grandi di 8 mm. I blister non sono propriamente difetti di verniciatura, quanto più difetti del pressofuso stesso, causati da intrappolamenti di aria e porosità sotto la superficie che sono riemersi a causa del riscaldamento del componente.

Per evitare questo problema è possibile migliorare la distribuzione di porosità nel getto attraverso uno studio di simulazione, e testare i componenti riscaldandoli prima di passare alla fase di verniciatura. In alternativa, si può provare a ridurre il tempo di permanenza nel forno ed utilizzare la temperatura più bassa possibile.

Distorsioni

Questi difetti di verniciatura sono più rari rispetto ai precedenti, ma comunque interessanti: si verificano quando un componente non riesce a sostenere la cottura e subisce un creep a seguito del riscaldamento in forno, oppure quando i supporti per la verniciatura esercitano una forza eccessiva, deformando il componente.

Per risolvere il problema, si dovrebbero evitare temperature troppo elevate e controllare il posizionamento e la forza applicata dai supporti. In alcuni casi può essere necessario modificare il design del componente stesso: è consigliabile chiedere aiuto al proprio fornitore di fiducia, in modo da assicurarsi che il design sia adatto ai processi al quale dovrà essere sottoposto.

Si tratta di una piccola accortezza preliminare che può però aiutare a prevenire problemi successivi, sia nei trattamenti superficiali che nelle successive fasi di assemblaggio e utilizzo del prodotto.

Spelature

Le spelature si presentano come aree dove la vernice è applicata in maniera irregolare o tende ad essere facilmente rimovibile. Questo solitamente succede a causa di contaminazioni sulla superficie con oli, grassi, ossidi, polveri ma anche impronte digitali. È un problema facilmente evitabile tramite una pulizia attenta dei componenti e l’utilizzo di guanti per la manipolazione dei componenti.

Sverniciature

Questi difetti di verniciatura sono tipici dell’uso di vernice a polvere elettrostatica.

In questa particolare tecnica di verniciature si genera un campo elettrico tra la punta della pistola da verniciatura ed il pezzo da verniciare e, normalmente, questo aiuta l’adesione della polvere alla superficie in modo omogeneo, ma può capitare che, quando il componente presenta nicchie o canali sulla superficie, si crei una gabbia di Faraday e che il campo elettrico segua le zone a bassa resistività, ovvero i bordi del canale. Si avranno quindi accumuli di vernice nel contorno della nicchia, e mancanza di vernice sulla superficie interna.

Per evitare queste situazioni e assicurarsi che la vernice possa raggiungere anche le cavità è consigliabile ridurre il voltaggio della pistola: in questo modo si ridurrà anche la forza del campo elettrico vicino alla superficie del componente. Diminuendo la forza del campo elettrico migliora la penetrazione delle particelle nella gabbia di Faraday, poiché la forza che spinge le particelle di polvere verso i bordi delle nicchie sarà indebolita.

Nella progettazione di un pezzo destinato alla verniciatura a polvere elettrostatica sarà comunque buona norma cercare di evitare fori profondi e zone a curvatura elevata.

Puntinature

Le puntinature si presentano come granuli di piccole dimensioni sotto lo strato di vernice. Solitamente compaiono in gruppi e sono dovuti alla presenza di polvere sul pezzo. Per evitarne la formazione è necessario assicurarsi della pulizia degli ambienti e dei pezzi anche in fase di stoccaggio, pulendoli con panni elettrostatici o con un getto di aria compressa.

Riporto insufficiente

Con questo termine si identificano quelle zone dove la verniciatura appare trasparente o insufficiente, solitamente localizzate lungo gli spigoli del componente. Possono essere dovute sia a problemi di tipo quantitativo, dovuti ad uno scarso dosaggio della polvere, o a parametri di spruzzatura inadatti al componente da verniciare.

Inoltre, potrebbero esserci problemi tecnici con la messa a terra che causano interferenze nei campi elettrici, ostacolando il processo di adesione. In tutti questi casi, la soluzione è il controllo e l’eventuale correzione dei parametri e dei errori nel processo.

Buccia di arancia

Come suggerisce il suo nome, questo difetto rende la superficie del pezzo verniciato simile alla buccia di un’arancia: invece di apparire lucida e omogenea, presenta piccoli bozzi che la rendono ruvida al tatto. Si tratta di un difetto dovuto a strati troppo spessi di vernice: è quindi sufficiente controllare il funzionamento degli ugelli, il loro posizionamento e modificare le impostazioni del sistema in modo tale da depositare uno strato più sottile.

In conclusione, abbiamo visto quali sono i difetti di verniciatura più comuni nell’ambito della pressofusione, analizzando per ognuno le cause scatenanti ed esponendo le giuste modalità e i giusti consigli per evitarli. In questi casi, la soluzione migliore è sempre affidarsi a fornitori esperti e fidati, che sappiano consigliare il tipo di pre-finitura migliore per il processo di verniciatura desiderato in modo da ridurre il rischio di formazione di difetti superficiali.
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• Blister
• Puntinatura
• Bruciature
• Noduli
• Sfogliature

La finitura superficiale

La finitura superficiale gioca un ruolo cruciale per moltissimi prodotti in lega di zinco: spesso il motivo principale per cui si predilige l’uso della zamak per la creazione di un componente è proprio la grande varietà di finiture e colorazioni che offre, sia attraverso la placcatura sia attraverso la verniciatura. Per questo motivo è importante conoscere e saper prevenire i difetti legati alla qualità superficiale dei pressofusi.

I difetti di finitura superficiale possono essere dovuti a diverse cause, che spaziano dalla qualità del getto a problemi in fase di pre-finitura o finitura.  Con pre-finitura si intendono tutte quelle lavorazioni necessarie a preparare il prodotto per i successivi trattamenti di elettrodeposizione o verniciatura, come ad esempio sbavatura, vibratura, pulitura e lucidatura. A seconda della causa scatenante, si possono riscontrare diversi tipi di difetti, ma alcuni sono più comuni di altri.

Tra i difetti più diffusi ci sono i blister e le puntinature: si tratta di difetti che possono essere causati da molteplici fattori, per i quali sarà necessaria un’analisi più approfondita per individuare la causa e procedere alla correzione.

Oltre ai blister e alle puntinature, ci sono altri tre tipi di difetti superficiali facilmente riconoscibili: le bruciature, i noduli e le sfogliature.

I blister

I blister si presentano come delle vesciche in rilievo rispetto alla superficie del pezzo, e le loro dimensioni possono variare a seconda della causa della loro formazione. I blister possono essere infatti causati da difetti nel pressofuso, errori in fase di pre-finitura o errori in fase di elettrodeposizione.

Blister da pressofusione

Questo tipo di blister può essere causato da impurità nella lega, ad esempio dalla presenza di piombo e cadmio, o dalla corrosione intergranulare, ma anche da difetti di stampaggio quali giunzioni fredde e porosità superficiale.

In questi casi i blister si presentano come vesciche rotonde, di grandi dimensioni e dure al tatto. Per una migliore analisi del difetto, sarà necessario tagliare la vescica con una lama affilata: sarà così possibile osservare che, sezionando il blister, si taglierà anche il pressofuso. Tutte queste caratteristiche identificano blister formati a causa di una porosità sub-superficiale sviluppatasi in fase di stampaggio: per questo motivo sarà necessario ridurre la porosità superficiale.

Blister da pre-finitura

Come già detto, i blister non sono sempre causati da difetti nel pressofuso, ma possono formarsi anche a seguito di errori in fase di pre-finitura. Ad esempio, durante la preparazione di un pezzo per l’elettrodeposizione bisogna prestare molta attenzione alla presenza di ossidazioni, corrosioni e altre contaminazioni della superficie del metallo. Infatti, nel caso in cui la superficie non sia perfettamente pulita al momento dell’elettrodeposizione, si assisterà alla formazione di gruppi di blister tondi: tagliando questi blister, il metallo sottostante resterà esposto ed, osservando la sezione al microscopio, sarà ben visibile lo strato di materiale ossidato che ha provocato il problema.

Per evitare queste situazioni, è buona norma evitare ritardi tra colata del getto, pulitura ed elettrodeposizione così da ridurre la probabilità di ossidazioni superficiali. Nel caso in cui non sia possibile evitare un ritardo, ad esempio se ci si rivolge ad un fornitore esterno, una soluzione potrebbe essere di immergere il componente in una soluzione in grado di inibire la corrosione, che andrà poi rimossa prima di procedere alla placcatura. Se, nonostante tutte queste accortezze, si dovessero comunque individuare segni di corrosione sul pezzo, è possibile effettuare una pulitura tramite vibratura meccanica o usando un acido.

Blister causati dall’elettrodeposizione

Un altro tipo di blister facilmente riconoscibile è quello causato da una cattiva adesione tra lo strato di nickel e quello di rame, o tra nickel e cromo. Queste vesciche sono spesso numerose, di forma irregolare e distribuite sull’intera superficie del pezzo, anche distanziate tra loro. A differenza delle precedenti risultano facilmente scalfibili e, una volta rimosse, lasciano scoperto lo strato di rame o di nickel sottostante.

Per evitare la formazione di questo difetto, è necessario assicurarsi che lo strato di rame protettivo sia sufficientemente spesso, che il tempo intercorso tra nickelatura e ramatura sia minimo e che i bagni in cui il componente verrà immerso siano privi di impurità.

La puntinatura

A differenza dei blister, le puntinature sono sempre legate ad errori in fase di pre-finitura o finitura superficiale. Esse si presentano come piccole escrescenze la cui forma e disposizione dipende dalla causa scatenante. Ci sono 4 cause principali per la formazione di puntinature: residui di solvente o schizzi di acido sulla superficie del pezzo, presenza di bolle di idrogeno o formazione di gas nei bagni galvanici.

Nel caso in cui la puntinatura sia dovuta ad un residuo di solvente che ostacola il deposito dello strato rameico si otterranno puntinature disposte in catene o ad anello, mentre se la causa è uno schizzo di materiale corrosivo imprevisto, la disposizione delle puntinature avrà una forma irregolare.

Per risolvere il difetto nel primo caso è possibile cambiare sistema di sgrassaggio, o aggiungere un bagno in liquido freddo tra la fase di sgrassaggio e quella di rivestimento superficiale. La temperatura gioca infatti un ruolo fondamentale in queste fasi: talvolta può essere sufficiente regolare la temperatura dei getti o far trascorrere maggior tempo tra il trattamento in liquido e quello in vapore per evitare la formazione di puntinature che rovinerebbero la finitura superficiale.

Nel caso invece di puntinature a gruppi irregolari, è possibile risolvere il problema controllando la provenienza degli schizzi e correggendola, oppure applicando uno strato di rame più spesso per coprire il difetto.

A volte la puntinatura può essere distribuita casualmente e presentarsi come piccoli crateri dai bordi rialzati: questo avviene quando durante la fase di nickelatura alcune bollicine di idrogeno presenti nel bagno galvanico aderiscono alla superficie del componente.

La presenza di queste bolle può essere dovuta a diversi fattori:

• Insufficiente agitazione del bagno galvanico
• Presenza di tensioattivi insufficiente
• Strato di olio sulla superficie del bagno di nickelatura
• Particelle di polvere che aderiscono alla superficie del componente

Per correggere questo errore, sarà quindi necessario monitorare il livello di agenti bagnanti tensioattivi e l’agitazione del bagno galvanico, oltre a proteggere l’atmosfera circostante per prevenire l’infiltrazione di polveri.

Un ultimo tipo di puntinatura è quello causato dalla presenza di gas e bolle nel bagno galvanico: le bolle si adagiano sulla superficie del componente, creando puntinature tonde e profonde, ravvicinate tra loro e presenti solitamente sull’intera superficie. Per prevenire la formazione di questi difetti, sarà necessario individuare la fonte del gas e controllare l’agitazione dei bagni.

Talvolta è possibile che sia la soluzione stessa ad essere naturalmente ricca di gas, e che lo rilasci nel momento in cui raggiunge una determinata temperatura. In questi casi è possibile rimuovere il gas dalla soluzione portandola ad una temperatura superiore a quella prevista per il processo di galvanizzazione e facendola raffreddare nuovamente prima dell’uso.

Le bruciature

Questo difetto si presenta come una macchia di colore brunito e una sfiammata bruciata sulla finitura superficiale, causate da un picco di densità di corrente o da un bagno contaminato: questa contaminazione può essere causata semplicemente dall’uso della soluzione, poiché particelle di zinco potrebbero staccarsi dal componente e alterare la soluzione.

Per evitarne la formazione è quindi sufficiente cambiare periodicamente il bagno o diluire ulteriormente la soluzione aggiungendo elettroliti.

I noduli

I noduli si presentano come piccole escrescenze che rendono granulosa la superficie del pressofuso: sono la conseguenza della presenza di particolato sul pezzo o nella vasca di nickelatura. Per evitarne la formazione è consigliabile filtrare periodicamente la soluzione e fare attenzione alla pulizia dei pezzi.

Le sfogliature

Le sfogliature sono la conseguenza di una mancanza di adesione dello strato superiore di nickel: si presentano come delle venature numerose ed estese, variabili in forma e dimensione. Sono facilmente scalfibili con un unghia o una lama, e rendono visibile lo strato sottostante.

Le cause sono identificabili in base alla posizione del difetto: se il distacco è formato tra il deposito di Rame e di Nickel, le cause potrebbero essere soluzione contaminata, ritardi di processo oppure attivazione insufficiente. Se invece le sfogliature si sono formate tra lo strato lucido e quello semilucido di nickel, la causa potrebbe essere la passivazione del deposito semilucido. Infine, se la formazione si verifica all’interno del deposito lucido di Nickel, solitamente è dovuta a pulsazioni o interruzioni di corrente durante la deposizione.

In tutti questi casi, per evitare la formazione delle sfogliature sarà quindi necessaria la purificazione delle soluzioni, mentre nell’ultimo caso sarà necessario monitorare il flusso di corrente per evitare interruzioni durante il processo.

Come si è visto, lavorando con la cromatura e l’elettrodeposizione sui prodotti in lega di zinco è possibile incappare in numerosi difetti superficiali, dovuti sia alla qualità del pressofuso che ad errori nei processi di finitura superficiale e cromatura. Alcuni di essi possono tuttavia essere evitati attraverso un monitoraggio costante dei bagni galvanici e delle soluzioni, e un attenta pulizia dei componenti e dell’ambiente di lavoro.

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Identificare la dimensione dei fori, la loro forma e superficie è cruciale per indicare quale difetto è presente e definirne le cause.

In ogni caso è importante distinguere la porosità da riduzione termica da quella ad intrappolamento d’aria: i buchi causati dalla presenza di aria hanno forme sferiche, mentre l’assenza di materia della porosità da restringimento presenta delle superfici angolari.

Ora analizzeremo in dettaglio i difetti da porosità da contrazione termica.

Cosa causa la porosità  da contrazione termica?

La porosità da contrazione compare durante la fase di solidificazione del materiale, che comincia con la fase di riempimento dello stampo e termina quando ogni parte del materiale è completamente solidificata. La causa della formazione è la contrazione del materiale e, per questa ragione, la porosità è tanto intensa quanto elevato è l’indice di contrazione.

Il metallo iniettato negli stampi comincia la sua fase di raffreddamento quando entra in contatto con le pareti dello stampo. Lo scambio termico causa la solidificazione del metallo dalla superficie esterna al nucleo. Durante questa fase, il volume del metallo diminuisce causando un gradiente convettivo verso la superficie esterna. Per questa ragione le porosità si concentrano vicino le parti interne e massicce del componente.

Nella pressofusione dello zinco, in particolare per le leghe di zinco per fonderia, l’indice di contrazione del metallo è molto importante.

Altre caratteristiche della HPDC dello zinco che possono aumentare la porosità da contrazione sono l’alta conduttività termica dello zinco, aree di entrata per gli estrattori troppo piccole e un raffreddamento dello stampo ineguale.

Quando il design dello stampo e i parametri operativi non sono appropriati, le leghe di zinco potrebbero solidificare velocemente, il gradiente termico potrebbe essere molto elevato, si potrebbero formare aree calde e i canali sarebbero le prime parti del pressofuso a solidificare:  in particolare quest’ultimo aspetto porta a diminuire l’effetto compressivo dei colpi. Tutto questo causa la porosità da contrazione termica.

Una volta analizzati questi punti, è importante lavorare su una componente geometrica che è fondamentale perché alcune geometrie possono presentare maggiori criticità di alter: ad esempio, un grande spessore delle pareti e una sezione trasversale troppo massiccia.

La porosità da contrazione in un prodotto nuovo o già esistente

Per un nuovo prodotto, al fine di evitare difetti è necessaria un’analisi in simulazione durante la fase di design. Se il componente esiste già, è necessario testare lo stampo ed analizzare i pressofusi colpiti dalla porosità di contrazione, in particolare le loro dimensioni e la posizione del difetto.

Come evitare i difetti con la simulazione di un nuovo prodotto

La porosità da contrazione può essere eliminata assicurando il flusso del metallo liquido ad alte pressioni durante la fase di raffreddamento. I tecnici dovrebbero utilizzare un software di simulazione per ottenere un analisi per la fase di raffreddamento del pressofuso.

Riguardo la porosità da contrazione è possibile identificare le forme e le posizioni della porosità e predire le sacche di aria attraverso una simulazione di fusione, tracciando i flussi.

Nel processo di pressofusione, grazie agli strumenti di simulazione, è possibile ottimizzare:

• La geometria dei pressofusi e degli stampi
• I parametri di fusione
• I sistemi di ingresso e raffreddamento
• La conformazione della matrice

I risultati dei dati sono necessari per indagare il problema e per diagnosticare il processo e prevenire i difetti.

Come risolvere la porosità da contrazione in un prodotto esistente?

A volte può succedere che un fornitore possa sostituire un altro fornitore per un pezzo particolare. Generalmente questo avviene per problemi di non-conformità dati da diverse ragioni: una di queste è la porosità da contrazione. In questo caso il nuovo fornitore dovrà lavorare direttamente sui prodotti, cercando di ottenere la soluzione migliore.

Ad esempio se le cavità hanno larghe dimensioni e sono sempre nella stessa posizione, vicino ai fori di immissione, potrebbe essere necessario intervenire su diversi fattori ed in particolare sugli estrattori e la geometria dei fori di entrata. Al contrario se le porosità hanno diverse frequenze e posizioni nel pressofuso, gli esperti dovranno lavorare sui macchinari e sui parametri operativi.

Per evitare la porosità da contrazione nei pezzi già esistenti, si può quindi lavorare in due modi:

• Modificare i parametri dei macchinari della pressofusione;
• Modificare lo stampo;

Qui sotto ci concentreremo su quali cambiamenti sono possibili.

Modificare i parametri dei macchinari per pressofusione

Prima di intervenire sui parametri delle macchine è importante controllarne la funzionalità. Infatti molto spesso i problemi di porosità possono essere causati da una manutenzione scorretta o assente.

Una volta che i fornitori hanno verificato la corretta funzionalità delle macchine, possono modificare i seguenti elementi:

• La pressione di lavoro: aumentare la pressione di lavoro ha sempre effetti positivi sulla porosità da riduzione, ma è importante non superare la forza bloccante della macchina. Per aumentare la pressione lavorativa è possibile diminuire il diametro dei colpi o aumentare la pressione idraulica;
• La temperatura di lavoro: modificando la temperatura e il tipo di fluido di raffreddamento è possibile raffreddare i punti caldi posizionati nelle zone di porosità;

Riassumendo, la pressione di lavoro e la temperatura sono i fattori macchina che contribuiscono a diminuire la porosità.

Modificare lo stampo

Cambiare la morfologia dello stampo significa evitare problemi quali la porosità da contrazione. Gli esperti possono lavorare su:

• Il canale di alimentazione: se le porosità sono vicine al foro di iniezione, il sistema più semplice ed efficace è quello di modificare l’estrattore in modo tale da rallentare la solidificazione nel canale di alimentazione e aumentare l’effetto comprimente dei colpi;
• Sistema di raffreddamento: come per le macchine, lo scopo è quello di raggiungere le zone di porosità al fine di raffreddate i punti caldi dello stampo;

Molti benefici derivano dall’uso di questi software di simulazione: ad esempio meno prodotti vengono scartati, il tempo di consegna è abbreviato e la qualità è migliorata. Queste previsioni portano ad una consistente riduzione dei costi, un miglioramento del materiale e una riduzione del consumo energetico e dalla quantità di scarti.

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