In tema di resistenza meccanica e più in dettaglio di carico di rottura in questo post sarà brevemente definita la funzione dei test di rottura nel controllo della qualità strutturale di pressofusi in zama nel corso della produzione. Sarà inoltre descritto lo strumento utilizzato per l’esecuzione di queste prove atte a garantire il rispetto delle specifiche del componente. Di seguito verrà descritta qualche case study relativa all’argomento principale.

Carico di rottura: prova di resistenza a rottura di un pezzo o di un assieme

Come anticipato il carico di rottura è la forza che è necessario applicare ad un pezzo per provocare snervamento e/o rottura e si misura in mega-pascal, indicato con il simbolo MPa, che è la principale unità di misura della pressione, cioè della forza sull’unità di superfice.

Per procedere con questo test si applica la forza in un punto del pezzo, prestabilito e concordato con il cliente, allo scopo di osservare il carico necessario per provocare la sua rottura o il suo snervamento. In questo modo si può testare la quantità di forza necessaria affinché il pezzo posto in esame perda le specifiche proprietà meccaniche, ovvero la capacità del componente di resistere ai carichi esterni e sia, di conseguenza, inutilizzabile.

Per effettuare questo processo è necessaria una macchina specifica per prove di trazione/compressione da laboratorio.

Questa macchina è quindi estremamente importante perché le prove di resistenza a rottura sono tra gli elementi chiave per la verifica funzionale di un prodotto finito. Spesso infatti singoli componenti pressofusi in zama vengono montati in un ambiente o in un assieme che subisce varie sollecitazioni dall’esterno e queste forze, se non opportunamente considerate ed analizzate, potrebbero compromettere uno o più elementi del sistema mettendo a rischio la funzione del prodotto stesso. Un esempio molto chiaro di questo concetto è certamente il gruppo sterzo di un’automobile che subisce sollecitazioni differenti a seguito di diversi conducenti. I singoli elementi ed il sistema devono necessariamente essere in grado di svolgere la propria funzione senza rompersi anche in caso di forze eccessive applicate da conducenti con stili di guida estremi. Perciò il fatto di evitare la compromissione della funzionalità e quello di garantire la corretta resistenza meccanica dei componenti dello sterzo, costituiscono un fattore di sicurezza essenziale per la persona al volante.

Il carico di rottura: prove reali e simulazioni al computer (FEM)

Questo genere di test può anche essere simulato all’interno degli applicativi CAD (FEM) ma come è noto il processo di pressofusione, anche utilizzando la tecnologia del vuoto, non permette lo stampaggio di pezzi a densità teorica del materiale poiché a seguito del ritiro volumetrico durante il raffreddamento all’interno delle zone del pressofuso a massa maggiore si creano micro cavità, chiamate tipicamente “cavità da ritiro”, che potrebbero compromettere le prestazioni del prodotto in termini di resistenza meccanica. Queste variazioni di densità non sono completamente intercettate dai sistemi software di simulazione i quali possono risultare molto utili in fase di progettazione ma che, in termini di produzione, potrebbero mettere in discussione il raggiungimento delle specifiche richieste a causa dei risultati imprecisi rilevati dal programma di simulazione. Per questa ragione è consigliato utilizzare i programmi di simulazione per definire un’idea di realtà, una linea guida per la produzione e poi, direttamente in fonderia, procedere invece con controlli a campione durante lo stampaggio e verificare nel dettaglio ogni singolo aspetto legato alla resistenza meccanica.

Avere un costante controllo in tempo reale sulla produzione, verificando ciclicamente a campione, è quindi fondamentale per verificare se la produzione è conforme alle specifiche del cliente. Il vantaggio di utilizzare questi strumenti di controllo direttamente in produzione comporta quindi un controllo continuo e la capacità in tempo reale di agire per evitare eventuali interruzioni di linea.

In conclusione

Come abbiamo brevemente osservato precedentemente le prove in produzione del carico di rottura non sostituiscono le simulazioni, ma le affiancano con diversi obiettivi. Si tratta di prove importanti, periodiche durante la produzione, per garantire un processo affidabile e conforme alle specifiche.

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In questo blog post l’obiettivo è quello di immaginare le tendenze e gli scenari futuri di questo processo, dal momento che la pressofusione moderna ha intrapreso un percorso di evoluzione deciso rispetto a qualche decennio fa.

Parlando della pressofusione di zinco del futuro, non si può prescindere dal considerare quelle che sono le opportunità date dai software di simulazione.

La simulazione numerica nella pressofusione di zinco

La simulazione numerica di tutti i processi permette di apportare valore aggiunto all’attività di pressofusione perché consente di ridurre i tempi del time to market, ottimizzando la fase di prove e verifiche e ottenendo quindi un risparmio notevole dei costi.

Normalmente le simulazioni numeriche vengono già considerate per tutto il processo di riempimento (vedi blog post: “Simulazione per pressofusione: studio per la riduzione degli scarti”), ma il loro utilizzo si potrebbe estendere sempre più allo studio generale del comportamento dell’oggetto pressofuso durante la fase di ritiro o nella rilevazione di eventuali tensioni interne, fino ad analizzare ogni possibile anomalia nella sua struttura e superficie.

In questo modo l’approccio all’attività di pressofusione diventa decisamente più strutturato, passando da criteri empirici (o “trial learn”) verso metodologie data-driven, in grado di consentire saving di costi e risorse e di prendere decisioni più consapevoli.

Inoltre, le simulazioni di processo e di prodotto possono servire come base dati per portare la pressofusione di zinco verso la scoperta di nuovi settori di applicazione. In Bruschi, ad esempio, le simulazioni sugli spessori sottili hanno dato risultati utili per diversi campi di utilizzo e anche in ambito automotive, grazie all’attività di simulazione, si sono realizzati nuovi componenti in zinco, che magari senza questo tipo di analisi non sarebbero mai nati.

L’impatto della tecnologia sui nuovi processi di pressofusione

Anche a livello di processi la pressofusione di zinco ha in serbo importanti novità, specialmente in Bruschi, e tutte legate proprio all’apporto della tecnologia alle esigenze operative.

Per sopperire al problema della cavitazione, ad esempio, attualmente si compiono determinate analisi per minimizzarne l’impatto, ma è allo studio l’impiego di simulazioni fluidodinamiche, sempre attraverso software, in modo da poter modificare all’origine il canale di alimentazione e il sistema di flusso per evitare che questo fenomeno danneggi lo stampo.

In riferimento alle nuove tecniche di pressofusione, invece, è al vaglio il tentativo di applicare il processo di iniezione a canale caldo, tipicamente utilizzato nello stampaggio della plastica, alla lega di zinco. Questa tecnica permetterebbe di evitare la generazione della cosiddetta “materozza” (ovvero, il canale di colata), riducendo i costi nella gestione del processo connessi alla sua successiva eliminazione. La quantità di calore risparmiata dalla mancata eliminazione della materozza porterebbe con sé anche conseguenze importanti in ottica green come quelle della produzione di meno CO2 e quindi di un maggior rispetto dell’ambiente.

Anche per quanto riguarda le macchine, il progresso tecnologico permette di avere sistemi sempre più sofisticati per il controllo dei parametri principali del processo di pressofusione, dando anche la possibilità di approfondire le correlazioni tra quelli in ingresso (velocità, pressioni e caratteristiche del profilo di iniezione) con quelli in uscita (peso, bave, qualità superficiale), attraverso l’ausilio di software di analisi statistica di processo.

Infine, segnaliamo gli studi condotti per la produzione di nuove leghe di zinco sostenibili, realizzate esclusivamente attraverso il trattamento ed il riciclo di rottami nuovi di zama derivanti dal processo di pressofusione. Questo tipo di prodotto consente di abbracciare i temi dell’economia circolare, di quello zero waste e del riciclo che fino a qualche decennio fa sembravano utopia, se rapportati al mondo delle fonderie. Per approfondimenti sul tema consigliamo di contattare Bruschi compilando il form al link: https://www.bruschitech.it/contatti/.

I vantaggi della pressofusione in zinco

I vantaggi della pressofusione in zinco, rispetto all’uso di altri materiali come l’alluminio, sono numerosi.

Il primo vantaggio è la maggiore facilità di gestione del trattamento superficiale finale (cromatura, verniciatura…). Questo plus legato all’uso dello zinco è molto utile per tutte quelle applicazioni che devono soddisfare sia requisiti estetici che funzionali (ad esempio, la resistenza alla corrosione) ed è sempre più richiesto sul mercato.

Inoltre, la pressofusione in zinco ha un minor costo di processo, perché lo stampo della lega di zinco dura fino a cinque volte quello dell’alluminio, che viene deteriorato molto più rapidamente a seguito della più alta temperatura di fusione (650° dell’alluminio contro 400° circa della zama).

Poi, il tempo di ciclo del processo è molto più rapido perché lo zinco può essere trattato a camera calda, mentre l’alluminio solo a camera fredda. Rimandiamo al blog post “Pressofusione di zinco: uno sguardo verso il futuro” per la spiegazione tecnica della differenza dei due processi. Quello che qui occorre sottolineare è che il processo a camera calda, utilizzato da sempre in Bruschi per la produzione di componenti in lega di zinco, permette una maggiore rapidità nel processo produttivo e una importante riduzione di lavorazione meccaniche successive alla fase di pressofusione.

In conclusione: il futuro del mercato della pressofusione di zinco

Nonostante la congiuntura economica attuale, il mercato della pressofusione mostra alcune tendenze incoraggianti. Da oggi al 2026 le stime parlano di un incremento globale del 6%, a cui anche il mercato della zama sembra conformarsi.

Sicuramente il progresso tecnologico a cui la pressofusione di zinco sta andando incontro e che passa, come abbiamo detto, per l’uso sempre più crescente di software e tecnologia di simulazione, può contribuire a spostare l’interesse di quei potenziali clienti che abitualmente si rivolgono al mercato della plastica o dell’alluminio verso quello della zama.

Tutto sta nella continua innovazione, che può portare a realizzare oggetti pressofusi in leghe di zinco di qualità elevata dal punto di vista estetico e funzionale e con un saving importante dal punto di vista dei costi di produzione. Bruschi si pone l’ambizioso obiettivo di essere all’avanguardia sul mercato della pressofusione e continuamente recettiva verso tecniche e metodologie nuove da applicare all’operatività di tutti i giorni per contribuire al miglioramento del settore.

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Il processo di pressofusione si divide in due tipologie principali: pressofusione a camera fredda e pressofusione a camera calda. La differenza consiste nel fatto che nel processo a camera fredda il metallo liquido, nella giusta quantità, viene versato ad ogni ciclo in una camera esterna al crogiolo in cui si trova il metallo fuso, mentre nel processo a camera calda la camera di pressione è immersa nel crogiolo in cui si trova il metallo fuso. In questo articolo parleremo del processo a camera calda, che da oltre settant’anni è il processo praticato dalla Bruschi per la produzione di parti in lega di zinco. I principali vantaggi del processo a camera calda consistono in:

• Rapidità del processo produttivo, a seguito della relativamente bassa temperatura di fusione;
• Maggiore durata degli stampi e delle attrezzature;
• Quasi totale assenza di lavorazioni meccaniche successive.

Gli elementi principali del processo di pressofusione a camera calda sono:

• la pressa, con le relative periferiche (robot, centralina termica, attrezzature per l’eliminazione delle materozze);
• lo stampo.

La pressa e i suoi componenti

La pressa si compone principalmente di due parti: il gruppo iniezione e il gruppo chiusura. Sul gruppo chiusura viene installato lo stampo nel quale sono incise le sagome (cavità) da riempire per ottenere i prodotti pressofusi.

Il gruppo iniezione

Il gruppo iniezione è composto dal forno (1) nel quale è inserito il crogiolo (2), dal sifone (3) e dal cilindro di iniezione (5). Nel crogiolo (2), abitualmente riscaldato elettricamente, si trova il metallo liquido (nel nostro caso, trattandosi di leghe di zinco, a 400°C) nel quale è immersa la camera di pressione (8), da qui la definizione “a camera calda”.  La camera di pressione viene riempita per gravità attraverso i fori di rabbocco. Un pistone (4) verticale azionato dal cilindro di iniezione (5) spinge il metallo liquido verso il basso. Il metallo liquido, attraverso un condotto chiamato “collo d’oca” (7), viene così indirizzato verso l’ugello (6) che, essendo in appoggio sullo stampo consente al flusso del metallo di raggiungere le cavità, dette anche impronte, da riempire.

La pressione di circa 30 Mpa (300 bar) applicata sul metallo garantisce il rapido riempimento delle cavità. Infatti il tempo di riempimento delle cavità è uno dei fattori più importanti di cui tenere conto poiché per la buona riuscita del getto è necessario che il metallo non solidifichi fino al completo riempimento della cavità. Si parla infatti di millesimi di secondo e di conseguenza di velocità molto alte nelle zone di ingresso colata, fino a 60 mt/sec.

Il gruppo chiusura

Il gruppo chiusura provvede a tenere serrato lo stampo al momento dell’iniezione tramite un sistema a ginocchiere (4) azionato da un cilindro oleodinamico (2). Si compone di un piano fisso (7) in prossimità del gruppo iniezione e di un piano mobile (5) scorrevole su 4 colonne guida (6). Nella parte posteriore della piastra mobile è fissato il cilindro di estrazione (3) collegato all’elemento mobile dello stampo chiamato “Tavolino di estrazione”.

Lo stampo

Lo stampo si compone di due parti separate del piano di chiusura principale ognuna delle quali contiene parte delle cavità da riempire. La parte fissa (1) ancorata al piano fisso della pressa, e la parte mobile (2), ancorata al piano mobile della pressa. Nelle due metà stampo sono ricavate le cavità (4) da riempire (il negativo del prodotto da ottenere). Nello stampo avviene infatti la fase di raffreddamento e solidificazione. È la fase in cui in pochi secondi il prodotto prende la forma definitiva. Il riempimento avviene attraverso un ingresso sottile circa 0,4 mm che consente di evitare eccessivo testimone sul prodotto. Nel tavolino di estrazione (3) sono fissati i perni estrattori, così chiamati perché, azionati dal cilindro di estrazione, esercitano una spinta sui prodotti solidificati per estrarli dalle cavità dello stampo.

Le apparecchiature periferiche

Al termine della fase di estrazione entrano in gioco le apparecchiature periferiche. L’intero grappolo (o stampata) viene prelevato dal robot (in Bruschi tutte le macchine sono dotate di robot antropomorfi ABB) ed un sistema di fotocellule o telecamere ne controlla la completezza. Il robot deposita poi il grappolo alla fase successiva di eliminazione della materozza e dei canali di colata (alimentazione). Vi sono diverse possibili soluzioni per l’eliminazione delle “materozze”: presse di tranciatura, apparecchiature specifiche per l’utilizzo della movimentazione del robot che simula l’azione umana, o automazioni dedicate.

Pressofusione di zinco: quali prospettive?

La pressofusione moderna è molto diversa da quella di qualche decennio fa. Le attività e le soluzioni che una volta erano affidate alla maestria ed alla abilità dell’operatore sono oggi demandate a sistemi avanzati di controllo del processo gestibili direttamente a bordo macchina ed in remoto. Il progresso tecnologico mette oggi a disposizione macchine dotate di sistemi sofisticati per il controllo dei parametri principali del processo di pressofusione (pressioni, temperature, velocità del metallo e degli azionamenti, tempi di compressione e raffreddamento). L’evoluzione delle macchine di pressofusione va infatti di pari passo con i sistemi avanzati di progettazione. La definizione delle strutture ottimali del prodotto tramite analisi ad elementi finiti porta alla creazione di sagome sempre più complesse e con tolleranze sempre più ristrette che non possono essere realizzate senza l’utilizzo di apparecchiature all’avanguardia.

È perciò indispensabile l’approccio scientifico nella progettazione e pianificazione del processo così come nella soluzione dei problemi produttivi e di qualità sia strutturale sia estetica. Bruschi si è perciò dotata da tempo del programma di simulazione che consente una approfondita analisi di riempimento ed una verifica dei cicli produttivi per la corretta individuazione dei punti di iniezione e l’eliminazione di possibili aree a bassa qualità del pressofuso. Già dagli anni ’80 Bruschi ha costruito e sviluppato il proprio sistema di stampaggio sottovuoto (ad oggi ancora non comune per la pressofusione delle leghe di zinco). Lo stampaggio sotto vuoto consente di ottenere fusioni prive di soffiature per garantire il rispetto dei requisiti sia di resistenza meccanica sia di esigenza estetica.

Le possibilità attuali della pressofusione delle leghe di zinco sono spesso poco conosciute, l’applicazione di adeguate procedure di progettazione e controllo del processo, unite al grado di raffinazione delle leghe, consentono al giorno d’oggi di ottenere risultati inaspettati sia in termini di qualità prodotto che in termini di riduzione dei costi produttivi. Le approfondite analisi delle fasi di solidificazione e raffreddamento danno la possibilità di ottenere un alto grado di precisione nei pezzi ad elevato contenuto tecnico: le attuali conoscenze e possibilità di controllo del processo consentono infatti di ottenere prodotti con precisioni superiori rispetto a quelle abitualmente conosciute e riportate negli attuali standard di riferimento.

Il corretto bilancio termico dello stampo può essere analizzato a fondo con gli strumenti di simulazione e questo dà la possibilità di individuare e correggere le problematiche legate alla produzione di oggetti a spessore molto sottile per ridurre i problemi di peso e di ingombro, ma garantendo la necessaria resistenza del prodotto. Infine, lo studio dei flussi e la conseguente corretta definizione dei canali di alimentazione, nonché dei punti di iniezione e di deflusso, sono indispensabili per il raggiungimento della qualità superficiale necessaria per i prodotti verniciati o trattati galvanicamente. Nella quasi totalità dei prodotti per ogni settore, sia per motivi di protezione, sia per motivi estetici, è previsto un adeguato trattamento superficiale.  Pertanto la comprensione delle criticità dei trattamenti superficiali e l’individuazione di adeguate soluzioni si rendono indispensabili per garantire un processo stabile ed affidabile anche nelle fasi a valle della pressofusione.

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L’industrializzazione del prodotto nella pressofusione di zinco

Industrializzare il prodotto significa affrontarne la progettazione dell’intero processo tenendo conto delle specifiche funzionali, qualitative ed estetiche del cliente e della tecnologia costruttiva, che in questo caso è la pressofusione a camera calda di leghe di zinco.

L’industrializzazione del prodotto è quindi un percorso complesso e composto da varie fasi in cui intervengono diversi reparti aziendali. Analizziamo allora il delicato processo che conduce alla mass production.

DFM

Già in fase di RFQ (Request For Quotation), quindi ancora nella fase commerciale, il progetto proposto dal cliente viene valutato ed analizzato al fine di presentare un’offerta. Successivamente, una volta terminato il processo di vendita e arrivato l’ordine del cliente, vengono intraprese le attività più sostanziali e verticali al progetto, come per esempio la fase di co-design in cui gli uffici tecnici di cliente e fornitore lavorano all’unisono per ottimizzare il prodotto.

Lo studio intrapreso sul prodotto, il co-design di cui accennato precedentemente, permette così di proporre una serie di attività che abbiano come obiettivo l’aumento del valore e la riduzione dei costi, sia per quanto riguarda il prodotto sia dal punto di vista del processo di produzione. Il lavoro condotto a livello di co-design culmina con la stesura del Design For Manufacturing, chiamato in gergo tecnico DFM, un documento che definisce le sagome più adatte al processo produttivo del pressofuso e le attrezzature necessarie nelle varie fasi del processo produttivo: stampo, automazioni, frame per trattamenti superficiali e altre ancora.

Per una definizione di DFM approvata dalla comunità scientifica e per altre informazioni correlate consigliamo di visitare il sito web della Society of Manufacturing Engineers.

È importante sottolineare come le modifiche proposte in questa fase non solo riguardino l’aspetto estetico o la funzionalità del prodotto, ma anche la risoluzione delle problematiche emerse in fase di studio: siano queste di produzione o relative ai requisiti del prodotto in tema di qualità. Queste infatti possono essere a livello del prodotto, ad esempio aree critiche e di deformazione o tolleranze troppo ristrette, o a livello di processo, potrebbe per esempio essere necessario trovare delle soluzioni alternative per la configurazione degli estrattori dello stampo.

Per un approfondimento sul DFM si consiglia di leggere l’articolo Design del prodotto per pressofusione: ottimizzare il DFM.

Kick off

Una volta terminata questa fase iniziale arriva il momento di riunire per una seconda volta tutti gli attori del processo con un meeting chiamato kick off. Il kick off è il momento del lancio, tipicamente si tratta di una riunione convocata dal Project Manager in cui tutti i reparti coinvolti nella realizzazione del progetto si riuniscono per discutere insieme gli aspetti produttivi. Nel corso della riunione, condotta dal Project Manager, intervengono

• Progettazione: evidenzia gli aspetti critici del prodotto e le soluzioni individuate a livello progettuale
• Qualità: sulla base delle osservazioni dei designer individua gli elementi sui quali dovrà focalizzare la propria attenzione e il tipo di analisi che sarà necessario effettuare per garantire il rispetto delle specifiche del cliente
• Produzione: valuta gli aspetti tecnici del processo produttivo e le relative criticità, stabilendo macchine, automazioni e processi necessari alla realizzazione del prodotto
• Logistica: valuta le modalità o le criticità relative alla gestione del magazzino e alla spedizione della merce presso il cliente
• Ufficio commerciale e marketing: presidiano la comunicazione con il cliente in ogni fase della vita del progetto fornendo feedback sullo stadio di avanzamento dei processi

Il kick off è un momento molto importante perché al termine dell’incontro tutti i reparti sono pronti ad agire in concerto per il buon esito del progetto. Al termine del kick off è quindi possibile dare avvio alla costruzione delle attrezzature necessarie per la produzione.

Campionatura

Durante la fase di campionatura vengono realizzati i primi campioni, definiti first off tool. È in questa fase che si procede alla prova dello stampo di pressofusione e di tutte le attrezzature che serviranno in fase di produzione di massa.

Tutti i reparti produttivi concorrono alla valutazione dei campioni che sono in seguito inviati al cliente per l’ottenimento del benestare.

I campioni consentono di verificare la conformità dei prodotto alle specifiche del cliente e le analisi necessarie sono condotte dal reparto qualità e successivamente dal cliente.

I campioni, oltre al processo di pressofusione, possono subire trattamenti di vario tipo. In alcuni casi al cliente sono inviati campioni grezzi, in altri casi invece si rendono necessarie lavorazioni meccaniche o trattamenti superficiali.

Nel caso di campioni trattati superficialmente sono coinvolti fornitori esterni. In questo caso diventa necessario effettuare le verifiche sui prodotti in arrivo dai fornitori e conseguentemente su quelli in consegna verso il cliente. È importante infatti presidiare la qualità lungo tutta la supply chain in modo da garantire al cliente prodotti sempre conformi e che abbiano superato rigorosi controlli.

Pre-serie

Se la campionatura è volta all’analisi della qualità e delle dimensioni dei campioni la pre-serie permette invece di verificare, su scala ridotta, la rispondenza agli standard individuati per il processo produttivo.

In fase di pre-serie infatti i prodotti vengono realizzati con tutte le tecniche e i processi che verranno intrapresi in fase di produzione di massa consentendo la verifica del tempo ciclo, della capacità produttiva dello stabilimento e del rispetto dei parametri previsti in fase di progettazione.

Poiché le tirature della pre-serie sono limitate e a volte il prodotto o lo stampo devono essere sottoposti a modifiche, nel campo della pressofusione di leghe di zinco è consigliabile effettuare la pre-serie, e la precedente campionatura, con degli stampi prototipali. Gli stampi prototipali non hanno la durata di vita degli stampi destinati alla produzione di massa ma si prestano più facilmente all’esecuzione di interventi di modifica.

Importanza della collaborazione

Abbiamo quindi visto come nell’industrializzazione del prodotto intervengano expertise appartenenti a diversi reparti aziendali a diversi livelli e in diverse fasi del processo. I legami operativi tra i diversi reparti diventano in questa fase particolarmente evidenti e sono determinanti nelle funzioni di coordinamento, timing, gestione delle risorse e project management.

In fase di industrializzazione, poi, la collaborazione travalica i confini dell’azienda per arrivare a coinvolgere clienti e fornitori. Il processo di co-design avviene infatti solamente in concerto con il cliente ed è grazie alla collaborazione con quest’ultimo che è possibile stabilire strategie mirate alla riduzione dei costi e all’ottimizzazione del prodotto.

Anche la collaborazione con i fornitori diviene fondamentale perché è solo attraverso un monitoraggio attento dell’intera filiera produttiva che è possibile garantire la qualità dei prodotti ed ottenere il benestare del cliente.

 Conclusioni

In questo breve articolo abbiamo descritto le fasi che precedono la produzione di massa di un componente, soffermandoci poi sulla collaborazione che è necessaria per la buona riuscita di qualsiasi progetto, soprattutto in una fase delicata come quella dell’industrializzazione del prodotto.

In conclusione riteniamo importate sottolineare come, in questo processo, il Project Manager sia una figura cardine che deve monitorare costantemente i processi e l’apporto di ogni reparto verificando che, tappa per tappa, siano eseguiti tutti i passaggi necessari. È solo attraverso la giusta coordinazione che, lungo un percorso articolato e composto da numerosi passaggi, è possibile infatti raggiungere l’obiettivo nel più efficiente e migliore dei modi.

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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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La riduzione dei costi nella pressofusione è un’attività che deve essere eseguita senza inficiare la qualità e la funzionalità del componente prodotto. Tutte le attività volte ad aumentare la produttività, diminuire gli scarti e semplificare i processi produttivi sono strategie di riduzione dei costi, così come lo sono le scelte fatte a livello di materiali e di lavorazioni.

Strategie di riduzione dei costi nella pressofusione di zinco

La riduzione dei costi nella pressofusione di zinco può essere attuata a diversi livelli. Lo zinco, infatti, è un metallo versatile che, se lavorato con le giuste tecnologie, permette di risparmiare sia in termini assoluti, riducendo il tempo, l’energia e la quantità di materia prima utilizzati nei processi produttivi, sia relativamente ad altri metalli.

Nella produzione di pressofusi è quindi possibile attuare una riduzione di costi:

• Scegliendo lo zinco al posto di altri metalli o di altre leghe metalliche
• Ottimizzando il processo produttivo
• Progettando processi e componenti assieme al cliente attraverso metodologie di co-design

Vantaggi dello zinco: qualità e caratteristiche chimico-fisiche, temperatura di fusione, economia circolare

Le leghe di zinco comunemente usate nel processo di pressofusione hanno proprietà che le rendono competitive rispetto ad altri metalli. Queste proprietà, di natura chimico-fisica, permettono di ottenere una riduzione dei costi relativa sia ai processi di produzione sia alle fasi successive, come ad esempio quelle di smaltimento e di riciclo. Analizziamole più nel dettaglio.

Qualità e caratteristiche chimico-fisiche

Nel processo di pressofusione sono impiegate diverse leghe di zinco, le più comuni sono Zamak 2, 3 e 5. Queste leghe, per la realizzazione dei diversi prodotti, sono scelte in funzione delle loro proprietà chimico-fisiche. Infatti, a seconda delle percentuali e dei valori relativi dei metalli che contengono assumono diverse caratteristiche che le rendono più o meno adatte alla realizzazione di determinate tipologie di componenti. Se, per esempio, il componente da realizzare è un componente di sicurezza si privilegia la lega in grado di offrire maggiori resistenza ad usura, corrosione e pressione, sopportazione del carico di snervamento e stabilità dimensionale. Nel caso di componenti tecnici, invece, per i quali è spesso importante ottenere dettagli e sottili nervature, la Zamak da preferire sarà quella più fluida, in grado di riversarsi nello stampo con la maggiore uniformità possibile. In questo modo sarà infatti possibile ottenere spessori sottili, determinanti per garantire la funzionalità dei prodotti. Per i prodotti estetici, infine, sono preferibili le qualità di Zamak in grado di assicurare la migliore qualità superficiale e la migliore resa se sottoposte a lavorazioni successive e finiture. È quindi importante conoscere le caratteristiche fisico-chimiche delle diverse leghe di zinco per poter scegliere quella più appropriata alla realizzazione di uno specifico componente. Solo così, infatti, sarà possibile fare una scelta vincente e ottenere, con percentuali di scarto ridotte, pressofusi di qualità e che necessitano di un numero ridotto di finiture e lavorazioni ulteriori.

Per scoprire di più sulle diverse leghe di zinco e su come sfruttare al meglio le loro diverse caratteristiche puoi leggere gli articoli Le migliori leghe di zinco per la pressofusione a camera calda e Composizione della Zamak per pressofusione.

Se invece desideri approfondire i vantaggi dello zinco rispetto ad altri metalli leggi  L’importanza della pressofusione nel settore automobilistico  e Vernici, placcature e altri tipi di rivestimenti superficiali.

Temperatura di fusione

Una proprietà chimico fisica con un grande impatto in termini di riduzione dei costi è il basso punto di fusione della Zamak che ne rende possibile la pressofusione in camera calda. A differenza dell’alluminio, che ha un punto di fusione molto più elevato e che è pressofuso in camera fredda, la zama consente un risparmio energetico dato dalla diversa tecnologia di fusione impiegata. Il vantaggio dato dalla pressofusione in camera calda è ulteriore ed è relativo al tempo: la pressofusione in camera calda è un processo più veloce della pressofusione in camera fredda e ciò consente di aumentare la produttività. Un altro elemento di risparmio, sempre correlato alla temperatura di fusione, è costituito dal fatto che lo stampo, sottoposto a minori temperature, incorre in una minore usura ed ha quindi una vita più lunga, con benefiche ripercussioni soprattutto nel caso della produzione di grandi volumi.

Economia circolare

In questo breve passaggio sulle qualità della zama rispetto ad altri metalli merita di essere ricordata un’ultima proprietà: la riciclabilità. Lo zinco infatti si inscrive nei processi di economia circolare e va quindi incontro alle recenti tendenze di sostenibilità ambientale. La riciclabilità dello zinco non si traduce solo in un vantaggio per il consumatore finale, che può riciclare i propri prodotti ed elettrodomestici, ma è anche un importante fattore di riduzione dei costi per il produttore di pressofusi. Lo zinco infatti, se gli accordi con il cliente lo consentono, può essere rifuso e, in percentuali controllate, reintrodotto nel processo produttivo, con evidenti conseguenze di riduzione dei materiali di scarto e di ottimizzazione dei processi produttivi.

Se desideri leggere di più sulla possibilità di riciclare la zama clicca qui se quello che cerchi è invece un approfondimento sull’economia circolare dello zinco ti consigliamo di leggere l’articolo Pressofusione ed economia circolare: il ruolo dello zinco.

Ottimizzazione del processo produttivo

Non sono solo le proprietà dello zinco come materiale ad essere importanti ai fini della riduzione dei costi nella pressofusione. Anche il processo produttivo con cui il metallo viene lavorato è molto importante. Infatti le tecniche di pressofusione e i macchinari, per essere efficienti, devono essere aggiornati allo sviluppo tecnologico: sono quindi necessarie ricerca e innovazione costanti.

Per un’overview generale su queste tematiche si consiglia di leggere Come migliorare il processo produttivo per l’industria della pressofusione.

Automazione e tempo ciclo

Un importante passo in direzione di riduzione dei costi è, ad esempio, l’introduzione di automazione nei processi produttivi. L’automazione rende infatti il sistema più efficiente diminuendo la percentuale di scarti e consentendo agli operatori a bordo macchina di dedicarsi ad attività a maggior valore aggiunto.

L’acquisizione di automazione è poi strettamente correlata alla capacità di aggiornare ed implementare il parco macchine. Grazie all’acquisto di nuove macchine, infatti, attività prima manuali diventano meccaniche facendo sì che lead time, tempo ciclo e percentuale di scarto diminuiscano a fronte di un aumento di produttività. Il tempo ciclo, in particolare, è molto importante in relazione alle strategie di riduzione dei costi, diminuire il tempo ciclo vuol dire infatti incrementare l’OEE, l’indice di rendimento produttivo dello stabilimento, e di conseguenza la produzione. Nel settore specifico della pressofusione in camera calda, inoltre, la diminuzione del tempo di ciclo rappresenta un’ulteriore opportunità di risparmio perché, in un tempo ciclo ridotto, aumenta la potenza termica che il materiale fuso apporta allo stampo con una diminuzione dei fronti freddi e dei difetti correlati.

Per approfondire gli apporti dell’automazione al processo produttivo leggi L’importanza dell’automazione per migliorare il processo produttivo; per scoprire di più sul tempo ciclo e sulla sua ottimizzazione si consiglia invece di leggere l’articolo Riduzione dei costi tramite l’ottimizzazione del tempo ciclo.

Simulazione

Un’ulteriore strategia per ottimizzare il processo produttivo è quella di ricorrere a software di simulazione che consentano di prevedere quanto avverrà durante il processo di pressofusione. La simulazione è un utile strumento per prevenire problemi, errori e difetti durante lo stampaggio dei pressofusi ed è, inoltre, un fondamentale ausilio in fase di progettazione, prototipazione e test.

Puoi trovare un approfondimento sui vantaggi apportati dalla simulazione nella pressofusione di zinco cliccando qui.

Certificazioni qualitative

Una garanzia dell’ottimizzazione del processo produttivo e della conseguente riduzione dei costi è l’ottenimento di certificazioni di qualità. Smeta 4 Pillars, ad esempio, è una certificazione di standard qualitativi, gestione ambientale, integrità aziendale, salute e sicurezza con importanti ripercussioni a livello di riduzione dei costi. Smeta 4 Pillars infatti, attraverso la condivisione di approcci standardizzati, migliora e uniforma il processo produttivo proteggendo la brand reputation e garantendo una filiera etica.

Co-design

Il co-design consiste in una serie di attività che hanno come obiettivo l’aumento del valore del prodotto e il suo miglioramento in termini di qualità ed efficienza. Spesso queste attività non si traducono in un aumento dei costi di produzione ma, al contrario, risultano in una diminuzione di prezzo. Già in fase di progettazione, infatti, attraverso il co-design, è possibile concordare con il cliente riduzioni di peso, eliminazione di lavorazioni secondarie, ottimizzazioni dello stampo e una serie di altre azioni che si traducono direttamente in una notevole riduzione dei costi. Ottenere un disegno già ottimizzato per la mass production permette così al cliente di avere un prodotto finale in linea con le attese e con meno rischi e scarti. Come ulteriore garanzia di riduzione dei costi in fase di co-design è possibile fare analisi di valore VA/VE  ed ottimizzare il DFM. Le analisi di valore VA/VE sono un sistema di risoluzione dei problemi che permette di identificare efficacemente i costi superflui rendendone possibile una riduzione mentre il DEF, Design for Manufacturability, è uno studio di fattibilità in cui si valuta il design di un prodotto e in cui si propongono adattamenti, trattamenti particolari e modifiche strutturali che rendono possibile ottimizzarne la produzione.

Per una trattazione di più ampio respiro sul co-design si suggerisce di leggere l’articolo Design del prodotto per la pressofusione.

I metodi per realizzare riduzione dei costi nella pressofusione di zinco ed ottimizzare processi e prodotti non si esauriscono qui. Dalla lettura di questo articolo dovrebbero però essere emersi quelli che sono solo alcuni, ma evidenti, vantaggi.

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Normativa di riferimento per Tier 1 e Tier 2 automotive

Un’automobile è composta da migliaia di componenti. Il settore automotive è quindi caratterizzato da una grande complessità che si manifesta anche nella ramificazione dei produttori. L’OEM (Original Equipement Manufacturer) è, infatti, solo l’ultimo anello della catena produttiva che dai Tier 3, i più vicini alle materie prime, passa attraverso i Tier 2, fornitori di componenti, e i Tier 1, fornitori di pezzi già assemblati.

IATF

Per controllare questa complessità ed assicurare continuità qualitativa ai componenti delle autovetture sono state introdotte delle normative volte ad uniformare prodotti e produttori. Lo standard più importante in materia è IATF 16949:2016 elaborato dall’International Automotive Task Force nel 2016. Questo standard ha sostituito quello precedentemente in vigore, ISO/TS 16949 e si affianca ad ISO 9001. IATF 16949:2016 è stato creato in concerto dai principali OEM per fare in modo che Tier 1 e Tier 2 ottenessero risultati affidabili, non solo puntuali ma anche serializzati, che rispettassero gli elevati standard qualitativi del settore.

La norma IATF trova applicazione non solo in fase di produzione ma anche durante la progettazione e la relazione con il cliente. È infatti una normativa contenente, oltre a parametri da rispettare, anche indicazioni su come pensare e progettare le offerte, intraprendere studi di fattibilità e garantire risultati dal punto di vista economico, progettuale e produttivo, aiutando il cliente ad individuare soluzioni appropriate. In definitiva, consente di lavorare con tutti i clienti in modo trasversale, stabilendo regole universalmente valide per il settore.

CSR

Nonostante la norma IATF abbia introdotto omogeneità tra i requisiti richiesti ai fornitori automotive, la complessità e l’articolazione dei processi continuano ad essere una caratteristica insita nel settore. Così come Tier 1 lavora con diversi clienti, a tutti i livelli della scala gerarchica, così anche Tier 2 e Tier 3 non solo ricevono prodotti da diversi fornitori ma, a loro volta, riforniscono diversi clienti. Ogni cliente avrà quindi i propri requisiti specifici, detti CSR (Customer Specific Requirement) che, in sintesi, sono l’elenco delle richieste specifiche di un singolo cliente. La capacità di un fornitore, allora, che sia di primo o di secondo livello, è quella di recepire CSR e IATF e di integrarli tra di loro, al proprio processo produttivo e a quello del cliente.

Per rispettare i CSR dei diversi clienti bisogna lavorare in base ai loro standard ed obiettivi, nel caso del Tier 2 automotive questo significa avere diversi step di controllo in ogni fase del proprio processo produttivo, monitorarne lo sviluppo dalla progettazione alla consegna e verificare il rispetto delle normative e dei parametri qualitativi in ogni singolo passaggio.

Ovviamente, il rispetto delle norme imposte dal cliente deve essere integrato alla produzione in modo da rimanere in una posizione centrale del triangolo tempi-costi-qualità: a seconda delle specifiche del cliente si deve essere in grado di muoversi all’interno del triangolo senza perdere di vista cosa sia prioritario.

Tier 2 automotive: i vantaggi di una PMI

Non sono solo i grandi colossi a contribuire alla produzione di automobili. Al processo di costruzione di un’autovettura collaborano realtà molto diverse: possono essere grandi o grandissime aziende, come gli OEM, oppure essere piccole e medie imprese, come nel caso delle PMI italiane.

Proprio le PMI, come Tier 2, possono risultare più competitive di un’azienda di dimensioni maggiori. La PMI, infatti, proprio grazie alle sue dimensioni, è in grado di creare un rapporto speciale con il cliente, che si manifesta in termini di collaborazione, flessibilità, velocità e fiducia.

Collaborazione

La collaborazione riguarda non solo la progettazione e la produzione, ma anche la fase intermedia di prototipazione. Il processo che porta alla realizzazione di un componente è un processo di sviluppo che si conclude con una fase di ramp up, ovvero con la salita produttiva. Una PMI strutturata per lavorare con il modno automotive è in grado di collaborare con il cliente in ognuna di queste fasi.

Nella fase di concept si collabora all’ideazione del progetto del componente, durante la prototipazione, con attrezzature temporanee a bassa tiratura si testano, valutano e affinano le soluzioni tecniche, mentre con la pre-serie si realizza il prodotto in bassa tiratura ma con tutte le metodologie e gli strumenti della produzione seriale per verificare la conformità del processo produttivo del componente prima di arrivare alla fase finale, quella della produzione, in cui si passa alla tiratura vera e propria.

Per un approfondimento su come la simulazione possa migliorare il processo produttivo del settore automotive aumentandone efficacia e efficienza è possibile leggere l’articolo Simulazione per pressofusione: qualità superficiale nel settore automobilistico.

Flessibilità, velocità, fiducia

Un Tier 2 PMI riesce a garantire al proprio cliente una grande velocità nei tempi di risposta. Nel caso di un colosso i tempi di risposta possono dilatarsi proprio per l’inerzia strutturale creata dalle grandi dimensioni dell’azienda; nelle PMI, invece, questo non avviene. Nel momento in cui il cliente contatta il fornitore, grazie ai rapporti verticali e diretti, il Tier 2 PMI è in grado di reagire velocemente alle richieste.

Oltre alla velocità il Tier 2 PMI è in grado anche di garantire flessibilità, sia in termini di tempo che di prodotto. Anche in caso di urgenze la PMI è in grado di organizzare la propria produzione per andare incontro alle richieste del cliente ed è in grado di realizzare con flessibilità i diversi tipi di prodotti, che siano di sicurezza, tecnici o estetici, rispettando le loro norme specifiche.

Infine, un ulteriore valore aggiunto apportato dalla PMI è il rapporto di fiducia e di trasparenza che si crea tra fornitori e clienti. Gli interlocutori, in una PMI, sono persone che si conoscono e con le quali è possibile parlare tempestivamente degli eventuali problemi per collaborare ed arrivare ad una risoluzione. Più le imprese diventano grandi più questo rapporto si perde, insieme alle sopracitate velocità, flessibilità e fiducia.

Un’azienda PMI, specializzata Tier 2 automotive, è quindi una realtà in grado di coniugare al rispetto delle rigide norme produttive e qualitative del settore anche flessibilità, velocità e fiducia. È anche capace, come si è detto, di creare un rapporto personale con i clienti e di collaborare direttamente con essi per definire le soluzioni più appropriate, sicure e vantaggiose.

Se desideri approfondire l’argomento Vantaggi della pressofusione di leghe di zinco per il settore automotive puoi leggere l’articolo L’importanza della pressofusione nel settore automobilistico.

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Spessore minimo ottenibile

La caratteristica delle leghe di zinco che consente di ottenere spessori particolarmente sottili è la proprietà di scorrimento. Grazie a questa proprietà, utilizzando le leghe di zinco, è possibile raggiungere uno spessore minimo di media di 0,4 mm: un valore estremamente basso se comparato con il relativo spessore minimo ottenibile dell’alluminio, come riportato nella tabella sottostante:

[table id=3 /]

Il valore degli spessori sottili ottenibili con le leghe di zinco tramite il processo di pressofusione è determinato da diversi fattori, quali la geometria dell’oggetto e la sua estensione superficiale. Un ulteriore fattore che influisce sul valore dello spessore sottile è la distanza tra lo spessore sottile e il punto di iniezione: minore è la distanza tra lo spessore e il punto di iniezione, minore è il valore di spessore sottile ottenibile.

Grazie alla proprietà di scorrimento e alla possibilità di raggiungere un alto grado di precisione, le leghe di zinco consentono di produrre componenti che non necessitano di ulteriori lavorazioni meccaniche a seguito del processo di pressofusione, poiché già da grezzi sono caratterizzati da finiture precise e, appunto, spessori sottili.

I vantaggi degli spessori sottili

Perché, dunque, la capacità di ottenere spessori sottili costituisce un valore aggiunto nella produzione di un pressofuso?

Di seguito sono riportati i principali vantaggi che scaturiscono dal raggiungimento di spessori sottili, sia relativamente alle caratteristiche del prodotto che in termini di risparmio di costi ed energia:

1. Riduzione di peso dell’oggetto
2. Riduzione di dimensione dell’oggetto
3. Capacità di ottenere prodotti con un elevato grado di dettaglio
4. Resistenza
5. Risparmio energetico
6. Cost saving

1. Riduzione di peso dell’oggetto

La riduzione di peso del prodotto, a parità di funzionalità, è uno dei principali benefici apportati dal raggiungimento di spessori sottili in pressofusi in leghe di zinco. In alcuni settori, ad esempio nell’industria automotive, avere la possibilità di ridurre il peso di un prodotto e di preservarne allo stesso tempo la funzionalità consente di ottenere vantaggi in termini di efficienza; questo è particolarmente vero nel caso di specifici componenti, come ad esempio maniglie e tettucci apribili.

Grazie alla libertà di design offerta dalle leghe di zinco il produttore di pressofusi può, partendo dal disegno originale, studiare e analizzare la geometria del prodotto e collaborare con il cliente per la definizione delle sezioni che possono subire una riduzione di spessore senza intaccare, ma anzi aumentando, la funzionalità del componente. La cooperazione tra cliente e fornitore, un servizio definito co-design, può così portare allo sviluppo di soluzioni innovative che incrementino le performance del prodotto ottenendo, al contempo, una riduzione di costi data dall’inferiore quantità di materia prima impiegata.

La percentuale di riduzione di peso di un componente è ovviamente variabile, poiché dipende dalle caratteristiche di ogni singolo prodotto. Partendo dal progetto originale e arrivando al progetto ridefinito in concerto con il cliente, in alcuni casi è però possibile ottenere una riduzione di peso che arriva fino al 50%: una percentuale di notevole importanza e difficilmente raggiungibile impiegando altri materiali.

Per ulteriori informazioni sulla riduzione di peso dei pressofusi, clicca sul seguente post: Vantaggi del co-design: alleggerimento mirato

2. Riduzione di dimensione dell’oggetto

La riduzione di peso non è l’unica variabile importante per la funzionalità di un prodotto, anche la dimensione assume una grande rilevanza; soprattutto nel caso di quelle apparecchiature cui lo sviluppo tecnologico richiede dimensioni sempre più ridotte.

Attraverso il processo di co-design il fornitore di pressofusi in leghe di zinco studia con il cliente degli interventi volti ad ottenere questa ottimizzazione, individuando le aree della sagoma del prodotto che possono subire una riduzione di spessore.

In particolare, i prodotti con funzione di carter, ad esempio i connettori utilizzati nel settore elettronico, necessitano di spessori sottili per poter essere maggiormente funzionali. Infatti questi prodotti contengono al loro interno altri contenenti ed è quindi necessario, per evitare problematiche di ingombro, che le loro pareti siano il più sottili possibile. Inoltre, per questo tipo di componenti, le leghe di zinco risultano una scelta vincente: non solo, infatti, raggiungono spessori sottili, ma riescono anche a mantenere invariate quelle proprietà di schermatura elettromagnetica che sono estremamente importanti per l’industria elettronica.

Sempre relativamente a prodotti carter, come carter per serramentistica, laddove la funzione meccanica non è primaria, la zama risulta ottimale poiché permette di ottenere spessori sottili con sagome complesse e particolari. Solitamente questa tipologia di prodotto viene realizzata utilizzando come materia prima la lamiera, un materiale altamente elastico che, lavorato con il processo dell’imbutitura, può raggiungere spessori estremamente sottili. Tuttavia la lamiera imbutita, al contrario delle leghe di zinco, non offre libertà di design poiché non consente di ottenere le sagome particolari che possono invece essere realizzate tramite il processo di pressofusione.

Per poter visionare un esempio di prodotto carter che, grazie al co-design, ha raggiunto una riduzione di dimensione e spessori più sottili, con conseguente risparmio per il cliente, puoi guardare questo video.

3. Capacità di ottenere prodotti con un elevato grado di dettaglio

Come anticipato, con il processo di pressofusione dello zinco è possibile ottenere prodotti con un alto grado di precisione e geometrie complesse. Spesso queste geometrie presentano numerosi dettagli di piccole dimensioni, come ad esempio le articolate nervature che caratterizzano prodotti quali connettori e dissipatori.

Nel processo di pressofusione, grazie alla riduzione degli spessori che si riesce ad ottenere, questi dettagli vengono realizzati con estrema accuratezza, garantendo precisione dimensionale e aumentando l’efficienza del prodotto. L’ottenimento di spessori sottili, in questa tipologia di prodotti, è un valore aggiunto anche perché conferisce al componente un elevato grado di elasticità che agevola i sistemi di assemblaggio e di bloccaggio. Test condotti su campioni a spessore sottile in leghe di zinco hanno infatti evidenziato risultati comparabili a quelli delle materie plastiche: in particolare, il modulo di flessione dei campioni in lega di zinco è risultato essere superiore a quello del nylon 6.

4. Resistenza

L’ottenimento di spessori sottili non determina un calo di resistenza del componente: al contrario, un prodotto a spessore sottile in leghe di zinco presenta una microstruttura densa a grana fine che è dotata di proprietà meccaniche superiori rispetto a quella di prodotti con spessori maggiori.

Durante il processo di pressofusione il rapido raffreddamento superficiale genera ciò che viene comunemente definito “pelle di fonderia”, uno strato superficiale di circa 0,2-0,3 mm a struttura fine. I risultati di test su campioni in lega di zinco pressofusa a spessore sottile sottoposti a prove di fatica hanno dimostrato il vantaggio conferito dalla “pelle di fonderia”. Infatti, in un pressofuso a spessori sottili la microstruttura densa a grana fine è percentualmente maggiore rispetto alla massa totale del pezzo, e questo conferisce maggiore resistenza al componente.

Inoltre, ulteriori test su pressofusi a spessore sottile, hanno evidenziato valori di resistenza a fatica notevolmente superiori a quelli riportati in letteratura per leghe di zinco trattare con tecnologie diverse dalla pressofusione.

5. Risparmio energetico

L’ottenimento di spessori sottili e la creazione di componenti dotati di questa caratteristica consentono di ridurre la quantità di energia utilizzata nel processo produttivo.  Lo spessore sottile, infatti, implica una riduzione della quantità di materia prima utilizzata e ciò si traduce, in primo luogo, in una minor quantità della materia prima da rifondere.

Inoltre, il componente a spessore sottile ha tempi di raffreddamento ridotti e ciò consente, oltre ad un risparmio energetico relativo al funzionamento delle macchine di produzione, un efficientamento energetico dell’intero processo e una conseguente riduzione dei tempi produttivi.

6. Riduzione dei costi

L’impiego di una minor quantità di materia prima, la maggiore efficienza energetica, la velocizzazione del processo produttivo e la diminuzione di peso e di ingombro, con il conseguente risparmio nei costi di trasporto, sono tutti fattori che consentono una notevole riduzione dei costi di produzione. Il risparmio economico derivato dalla produzione di componenti a spessori sottili si traduce così in un grande vantaggio non solo per il produttore ma anche per il cliente.

La pressofusione di zinco rappresenta quindi una tecnologia competitiva dal punto di vista economico, permette infatti di ottenere spessori sottili ed è la scelta ideale per la produzione di componenti leggeri e resistenti, caratterizzati da sagome complesse e dettagliate.

Per un’overview sui prodotti realizzati in Bruschi, tra i quali figurano prodotti realizzati con la pressofusione di zinco a spessori sottili, clicca qui

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La zama costituisce un ottimo materiale per la produzione di componenti resistenti, esteticamente accattivanti e caratterizzati da sagome complesse: può essere infatti impiegata per soddisfare le richieste di numerosi e differenti settori, dall’automotive alla serramentistica, garantendo elevati standard di performance sia dal punto di vista funzionale che relativamente all’estetica del prodotto. Considerate le differenti caratteristiche richieste da ogni settore risulta fondamentale effettuare un’attenta analisi delle leghe di zinco al fine di selezionare la più appropriata per il proprio obiettivo, esaminando i requisiti del prodotto e ricercando nella lega le proprietà necessarie a soddisfarli.

Per effettuare quest’analisi è importante conoscere la classificazione delle leghe di zinco, che si dividono principalmente in due categorie: le leghe ZAMAK, la cui denominazione è costituita dalla parola Zamak seguita da un numero in base al loro sviluppo sequenziale, e le leghe classificate con il prefisso ZA, che presentano una percentuale di alluminio notevolmente maggiore rispetto alle precedenti e sono quindi dotate di una maggiore resistenza.

ZAMAK era inizialmente un marchio registrato dalla New Jersey Zinc Co., azienda che utilizzò per prima questa specifica lega, ma col passare del tempo è stato scelto come nome comune per indicare tutte le leghe di zinco destinate alla pressofusione e in Italia è diventato semplicemente “zama”. È solo con l’evolversi di numerose tipologie di leghe che si è arrivati all’introduzione di una nomenclatura più articolata che, come abbiamo visto, si suddivide principalmente nelle categorie ZAMAK e ZA: l’acronimo ZAMAK è tuttavia ancora considerato la denominazione più comune e convenzionale per le leghe di zinco.

Questo acronimo definisce infatti una tipologia di leghe di zinco composta da quattro metalli principali: zinco, alluminio, magnesio e rame (Kupfer in tedesco). Questi elementi sono presenti nelle leghe di zinco in diverse percentuali: le leghe differiscono infatti in base alla concentrazione di ogni singolo metallo, presentando di conseguenza diverse caratteristiche che incidono sulle qualità del pressofuso. Queste caratteristiche risultano determinanti per la scelta della lega di zinco più adatta per la propria tecnologia e produzione.

La zama può infatti essere lavorata attraverso differenti processi produttivi: pressofusione a camera calda, pressofusione a camera fredda, spin casting, sludge casting e gravità. In questo articolo ci concentreremo sulle migliori leghe di zinco per la pressofusione a camera calda, tecnologia impiegata dalla Bruschi per il proprio business.

Le principali leghe di zinco utilizzate per la pressofusione a camera calda sono:

• Zamak2
• Zamak3
• Zamak5
• ZA8

La ZA8 è l’unica lega che non rientra nella categoria della ZAMAK poiché contiene un elevato quantitativo di alluminio che la classifica come ZA: risulta tuttavia una lega particolarmente adatta alla pressofusione per camera calda e per questo motivo è stata selezionata per la presente analisi.

Come anticipato, queste leghe presentano differenti composizioni: sono infatti costituite dagli stessi elementi ma dosati con percentuali diverse, in modo da potenziare determinate caratteristiche come la resistenza o la fluidità. Nella tabella sottostante è riportata la composizione delle leghe di zinco precedentemente elencate, definita dalle normative europee EN 12844 European Standard for Zinc Alloy Castings e EN 1774 Zinc and zinc alloys – Alloys for foundry purposes – Ingot and liquid:

Composizione delle diverse leghe di zinco

[table id=6 /]

Dalla tabella si evincono le diverse concentrazioni dei materiali nelle diverse leghe di zama, in particolare di alluminio e rame: sono infatti principalmente questi due elementi a determinare le differenze tra le diverse leghe.

Leghe di zinco per pressofusione a camera calda

Zamak 2

La Zamak 2 è caratterizzata da un’elevata resistenza e durezza: è infatti la lega più resistente tra tutte le leghe di zinco. La percentuale di alluminio è pari a quella di Zamak 3 e Zamak 5, mentre la quantità di rame è nettamente superiore: può infatti raggiungere il 3,3% ed è proprio quest’alta percentuale di rame che le conferisce un’ottima resistenza. Tuttavia nel tempo una così elevata presenza di rame può provocare alterazioni di determinate caratteristiche della lega: durante l’invecchiamento del metallo possono infatti verificarsi alcune criticità a livello dimensionale, come una lieve variazione dimensionale. Inoltre, a causa dell’invecchiamento, è possibile riscontrare un abbassamento delle performance della Zamak 2 che possono raggiungere livelli simili a quelli delle leghe di alluminio: il principale svantaggio nell’utilizzo della Zamak 2 è infatti relativo alla diminuzione di performance, in particolare col passare del tempo si verifica una riduzione di duttilità. Nonostante il calo di rendimento provocato dall’invecchiamento, la Zamak 2 costituisce un ottimo materiale per la pressofusione grazie alla sua eccellente colabilità e all’elevato livello di resistenza al creep, nonché alla capacità di mantenere eccellenti standard di resistenza e durezza anche durante l’invecchiamento di lungo termine.

Zamak 3

La Zamak 3 è la lega di zinco più diffusa in Nord America: viene infatti preferita alle altre leghe di zinco poiché presenta un’ottima colabilità e una stabilità dimensionale prolungata nel tempo. La Zamak 3 è infatti dotata di una superiore stabilità dimensionale rispetto alle altre leghe, tuttavia questo alto grado di stabilità è rilevante solamente quando le tolleranze richieste sono particolarmente ristrette e critiche. Relativamente alla resistenza, la Zamak 3 è caratterizzata da una bassa percentuale di rame che determina una resistenza inferiore rispetto alle altre leghe di zinco, ma che allo stesso tempo abbassa la probabilità di alterazioni dovute all’invecchiamento del materiale, evitando così eventuali ritiri dimensionali e mantenendo invariate le performance della Zamak 3 col passare del tempo. Questa lega di zinco risulta inoltre perfetta per la produzione di componenti che dovranno subire trattamenti superficiali, quali placcatura, verniciatura e cromatura.

Zamak 5

La Zamak 5 è la lega di zinco maggiormente utilizzata in Europa. Anche questa lega di zinco presenta eccellenti proprietà di colabilità e, rispetto alla Zamak 3, contiene una percentuale di rame leggermente più alta che le conferisce una maggiore resistenza e durezza, così come una migliore resistenza al creep. Questa maggiore quantità di rame determina però, come illustrato in precedenza, anche una duttilità inferiore della lega, che può influenzare la sua lavorabilità durante operazioni secondarie quali flessione, rivettatura, pressatura o crimpatura. Al pari della Zamak 3 la Zamak 5 è un ottima lega da impiegare per prodotti che dovranno subire trattamenti di finitura superficiale.

ZA 8

La ZA 8, come già suggerisce la classificazione ZA e non ZAMAK, è caratterizzata da una composizione che presenta una notevole percentuale di alluminio, nettamente superiore a quella delle altre leghe di zinco. Questa elevata concentrazione di alluminio le conferisce una maggiore resistenza, durezza e capacità di resistenza al creep rispetto alle altre leghe, ad eccezione della Zamak 2 che è molto simile nelle prestazioni. Anche la ZA 8, come le altre leghe, è adatta per processi di finitura superficiale come cromatura e verniciatura.

Caratteristiche principali delle leghe di zinco

Analizzando la composizione chimica delle diverse leghe di zinco è quindi possibile definire quale lega risulti più appropriata per il proprio settore sulla base delle proprietà meccaniche e fisiche, ma anche relativamente alle caratteristiche del prodotto che dovrà essere realizzato.
La scelta della migliore lega di zinco per la pressofusione a camera calda parte infatti dall’analisi delle specifiche del componente:

• Quali sono le sue caratteristiche più significative?
• Si tratta di un prodotto estetico o di un prodotto funzionale?
• Dovrà subire trattamenti superficiali?
• Necessita di una maggiore resistenza o di una più elevata stabilità dimensionale?

Rispondere a quesiti simili e quindi condurre un’attenta analisi delle esigenze del prodotto costituisce infatti il primo step per la scelta della materia prima.

Una volta allora identificate le caratteristiche principali del prodotto è possibile passare all’analisi delle proprietà delle diverse leghe di zinco.

Come si evince dalle descrizioni sopra riportate le proprietà più significative per le performance della zamak sono colabilità, resistenza, durezza, stabilità dimensionale, resistenza al creep e idoneità per trattamenti superficiali. Ora, nel dettaglio, vedremo queste proprietà.

Colabilità

Le quattro leghe di zinco principalmente utilizzate per la pressofusione a camera calda presentano tutte un ottimo grado di colabilità: è proprio per questa loro caratteristica che sono specificatamente idonee per la pressofusione a camera calda. L’elevato livello di colabilità consente di produrre pressofusi caratterizzati da pareti particolarmente sottili, che risultano quindi più leggeri rispetto a componenti prodotti con altri metalli. La capacità di ottenere spessori minimi apporta inoltre un notevole risparmio in termini di costi.

Resistenza e durezza

Le leghe di zinco che presentano il maggior livello di resistenza e durezza sono la Zamak 2 e la ZA 8. La Zamak 2 contiene infatti un’elevata percentuale di rame che le conferisce una particolare resistenza, mentre la ZA 8, pur presentando una quantità di rame simile a quella della Zamak 5, risulta più resistente e dura grazie all’elevatissima percentuale di alluminio (8,0-8,8%). Queste due leghe risultano quindi perfette per la produzione di componenti che necessitano un’eccellente resistenza e durezza, ma che non hanno invece particolari esigenze a livello dimensionale.

Stabilità dimensionale

I prodotti che invece necessitano di un’elevata stabilità dimensionale nel tempo dovrebbero essere pressofusi utilizzando Zamak 3 o Zamak 5. Queste due leghe di zinco contengono infatti la giusta percentuale di rame per assicurare una buona resistenza, ma allo stesso tempo un’ottima stabilità dimensionale nel tempo. Si rivelano un’ottima scelta per la produzione di componenti con geometrie molto particolari e complesse, per i quali è necessario garantire dei ritiri dimensionali minimi che non compromettano la funzionalità del pezzo nel tempo. Grazie a questo equilibrio tra resistenza e stabilità dimensionale la Zamak 3 e la Zamak 5 sono le leghe di zinco principalmente utilizzate rispettivamente in Nord America e in Europa.

Resistenza al creep

Anche relativamente alla capacità di resistenza al creep le leghe più performanti sono la Zamak 2 e la ZA 8. Tuttavia, anche la Zamak 5 è dotata di buon livello di resistenza al creep, maggiore rispetto a quello della Zamak 3, di conseguenza è più adatta per essere utilizzata ad elevate temperature sotto uno stress continuo.

Trattamenti superficiali

Tutte le leghe di zinco elencate in questo post risultano adatte a ricevere trattamenti superficiali: l’elevata fluidità della zama permette infatti di applicare svariate tipologie di finiture, dalla cromatura alla vibroburattatura. I componenti in zinco possono essere trattati al fine di conseguire approssimativamente qualsiasi finitura superficiale desiderata, ottenendo così prodotti esteticamente accattivanti grazie ad una cromatura lucente o a una verniciatura con colori vivaci e sgargianti, così come superfici lisce e setose grazie ai trattamenti di satinatura.

Come scegliere la lega di zinco più adatta per il proprio business

In definitiva, per scegliere la lega di zinco più appropriata per il proprio prodotto è fondamentale porre l’attenzione su due concetti principali: quali caratteristiche dovrà avere il componente finito e quali proprietà della zama risultano fondamentali per soddisfare queste caratteristiche. Se il pezzo deve essere particolarmente resistente perché sarà sottoposto a un elevato stress durante il suo ciclo di vita, sarà più opportuno indirizzare la propria scelta verso la Zamak 2 o la ZA8. Se invece il pezzo necessita di un alto grado di stabilità dimensionale perché deve rientrare in tolleranze notevolmente ristrette, allora risulterà più efficace scegliere la Zamak 3 o la Zamak 5.

Ogni prodotto presenta caratteristiche tecniche specifiche e uniche che devono quindi essere attentamente esaminate al fine di identificare la lega di zinco più appropriata, così da ottimizzare il più possibile il risultato finale che si vuole raggiungere. Il fornitore di pressofusi in zinco costituisce di conseguenza un valido aiuto nella ricerca della miglior lega di zinco da impiegare, poiché grazie all’esperienza maturata in differenti settori e alla profonda conoscenza della materia prima può fornire preziosi consigli e suggerimenti utili per il raggiungimento delle performance ricercate.

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