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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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

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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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Lo zinco è un materiale che può essere impiegato in diversi ambiti industriali, tra i quali figura il settore dei piccoli elettrodomestici. Nel seguente articolo verranno descritti i principali vantaggi dell’utilizzo dello zinco per la produzione di componenti di piccoli elettrodomestici, in particolare di macchine del caffè.

1. Libertà di design

Lo zinco, più specificatamente le leghe Zama, è un materiale che consente di produrre componenti aventi molteplici tipologie di forme. Grazie allo zinco è infatti possibile ottenere superfici molto sottili, che non potrebbero essere ottenute utilizzando altri materiali, come l’alluminio. Ciò si traduce in una più ampia libertà di design nella progettazione di un componente, con conseguente singolarità e unicità del pezzo prodotto. Lo zinco rappresenta così un ottimo metallo da utilizzare per la produzione di componenti complessi dal punto di vista della forma. Nella tabella sottostante sono riportati i valori di spessore minimo ottenibile di zinco e alluminio:

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Scegliendo lo zinco per la produzione di piccoli elettrodomestici è possibile ottenere numerosi vantaggi relativi alla qualità dei componenti, dal momento che le leghe di zinco presentano un ritiro stabile e un’elevata resistenza. Per esempio, rispetto ai materiali plastici, lo zinco ha una tolleranza migliore e un carico di snervamento e di rottura superiore (Tabella 1): queste caratteristiche permettono di ottenere una maggiore libertà di design e notevoli qualità del prodotto finito.

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Tabella 1 – Valori di tolleranza, carico di snervamento e carico di rottura di zinco e materie plastiche

2. Trattamenti estetici di alta gamma

Alle leghe di zinco possono essere applicati numerosi trattamenti superficiali. Nello specifico, è possibile migliorare le caratteristiche estetiche dei componenti attraverso trattamenti che trasformano l’oggetto e ne migliorano la finitura. I principali trattamenti estetici realizzabili sullo zinco sono:

• Trattamenti galvanici: cromature lucide, cromature satinate, rivestimenti galvanici di diverso colore
• Verniciature a liquido
• Verniciature a polvere
• Trattamenti speciali per evitare l’usura del materiale

Inoltre, sui componenti in zinco è possibile effettuare specifici trattamenti che sfruttano le caratteristiche fisiche della lega. Tra i trattamenti sopracitati, la verniciatura a polvere costituisce un eccellente esempio di trattamento estetico ottenibile attraverso un processo di deposizione elettrostatica della polvere e di successiva cottura ad elevata temperatura (circa 200°C). Questa tipologia di verniciatura permette di ottenere una migliore texture al tatto rispetto alla classica verniciatura a liquido. Eseguire questo trattamento su un componente in zinco gli conferisce un importante valore aggiunto.
I trattamenti dei materiali solitamente seguono i trend del settore di rifermento: per soddisfare questa mutevole esigenza esiste una varietà infinita di soluzioni che si applicano allo zinco.

3. Supporto del fornitore

Un cliente che si affida a un fornitore di zinco qualificato può trovare nella sua esperienza verticale la capacità di lavorare anche sul design e di consigliare al cliente geometrie innovative e finiture speciali. Questo servizio, denominato co-design, è la collaborazione tra cliente e fornitore volta alla realizzazione di un prodotto con specifiche funzioni e caratteristiche meccaniche, che sia allo stesso tempo conforme al processo di produzione. Il co-design può aiutare i designer a comprendere nel dettaglio le caratteristiche dello zinco e a sfruttare appieno il know-how del proprio fornitore. Lo zinco è un materiale versatile che consente di sperimentare con forme e design, permettendo così la concezione e la creazione di pezzi unici. Dal momento che la pressofusione di zinco rappresenta un mercato estremamente verticale, i suoi fornitori hanno una profonda conoscenza verticale della materia e possono supportare i clienti nella produzione di pezzi esclusivi.

L’adattabilità delle leghe di zinco si dimostra particolarmente utile nell’ambito dei piccoli elettrodomestici: mentre altri prodotti sono più standardizzati e la progettazione creativa è limitata, i piccoli elettrodomestici si rivelano un prodotto appropriato per testare la versatilità dello zinco. Essendo composti da molteplici componenti, per i piccoli elettrodomestici è possibile immaginare un’ampia varietà di soluzioni con l’utilizzo di leghe di zinco, migliorando in questo modo l’aspetto, la performance e l’unicità del prodotto.

4. Customer experience

Quando si seleziona un materiale un ulteriore aspetto che deve essere tenuto in considerazione è la cosiddetta customer experience, ovvero l’esperienza del consumatore. La relazione tra consumatore finale e prodotto è costituita da numerose variabili, come performance e utilità, ma anche aspetto visivo, texture e resistenza. I componenti in zinco trasmettono eccellenti percezioni in termini di impatto visivo e sensazione al tatto. Un prodotto realizzato in zinco ha maggiori probabilità di essere percepito come pulito, resistente e di ottima qualità.
In merito a queste caratteristiche, è bene tenere a mente che il fruitore ha accesso all’utilizzo della macchina attraverso maniglie e tasti. Se il corpo del prodotto è realizzato in plastica, la maniglia o il tasto dovrebbe essere realizzato in zinco, in modo da offrire all’utilizzatore una diversa esperienza nella fruizione del prodotto. Questi dettagli potenziano la customer experience e fanno la differenza per la scelta del consumatore.

5. Pulizia dei componenti

Dal punto di vista del consumatore finale poter pulire in modo facile e veloce un prodotto costituisce un aspetto rilevante, che influenza la scelta d’acquisto. Per esempio pulire componenti in zinco cromato è più facile rispetto ad altre superfici, perché presentano una superficie dura, compatta e liscia. Un prodotto con queste caratteristiche semplifica il processo di pulizia, rendendolo più rapido ed efficace: ciò si traduce in un vantaggio per il consumatore. Non solo i componenti in zinco cromato sono più semplici da pulire, ma trasmettono anche una sensazione di pulizia e lucentezza che ha un forte impatto sull’occhio del consumatore. Grazie a queste qualità i componenti in zinco risaltano a confronto con altre superfici.

6. Riciclabilità dello zinco

Sempre più aziende virtuose sono alla ricerca di sostenibilità. In questa ottica di sviluppo sostenibile è consigliabile utilizzare materiali riciclabili, tra i quali figura lo zinco. Le leghe di zinco possono essere riutilizzate e fuse numerose volte senza che ciò intacchi le loro proprietà. Generalmente l’utilizzo di leghe di zinco riciclate viene limitato approssimativamente al 50%: ciò permette di esaurire completamente gli scarti di produzione. Oggigiorno l’attuazione di questo sistema di riciclaggio permette di riciclare una grande quantità di scarti provenienti dalla pressofusione dello zinco. Lo zinco rappresenta un materiale con una ridottissima tossicità, che prevede un basso consumo energetico per la sua produzione e riciclabile. Queste proprietà rendono lo zinco un materiale environmentally friendly.

7. Lead time ridotto

Il lead time è il periodo di tempo che un’azienda necessita per soddisfare la richiesta di un cliente in termini di offerta. Logicamente, un breve periodo di tempo si traduce in risultati più rapidi e clienti più soddisfatti. Al fine di conseguire questa condizione, lo zinco rappresenta un ottimo materiale grazie al suo breve tempo ciclo. Infatti, il lead time è un concetto correlato al tempo ciclo, cioè il periodo di tempo richiesto per completare la produzione di un prodotto. Considerando il tempo ciclo di un prodotto è così possibile supporre il relativo lead time. Scegliendo lo zinco invece di altri materiali, come l’alluminio e la plastica, il lead time verrà ridotto, determinando un servizio più rapido ed efficiente.

I tempi ciclo legati allo stampaggio delle leghe di zinco sono, infatti, inferiori rispetto a quelli delle leghe di alluminio e delle materie plastiche. Nel primo caso, l’alluminio viene stampato a temperature notevolmente superiori, quindi il tempo ciclo risulta maggiore a causa dei tempi di raffreddamento. Per quanto riguarda la plastica, questa presenta invece dei tempi di riempimento superiori.

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Tabella 2 – Produttività tipica e Range di produttività di zinco, alluminio e materie plastiche

CASE STUDY N. 1

La Bruschi produce numerosi componenti per macchine del caffè. In questo particolare caso l’azienda è stata contattata per realizzare un vassoio porta tazza per una macchina del caffè. Il vassoio è interamente realizzato in zinco e integralmente cromato. Tutta la superficie del componente è considerata superficie estetica, poiché l’esterno è visibile all’occhio dell’utilizzatore e l’interno diventa visibile nel momento in cui viene rimosso il coperchio in plastica ed è possibile accedere alla parte interna del vassoio e pulirla.

Il processo di cromatura prevede delle fase preliminari per la preparazione del pezzo. In particolare, il componente deve essere pulito e lucidato tramite l’impiego di rulli, nastri e materiale abrasivo. Il componente necessita di essere pulito anche internamente, per questo motivo la Bruschi ha ideato delle modifiche al processo tecnologico che hanno permesso di ottenere un risultato equivalente.
La Bruschi è così riuscita a creare un vassoio porta tazza in Zama, cromato esternamente e internamente.

CASE STUDY N. 2

In questo secondo caso il cliente ha richiesto alla Bruschi la produzione di manopole cromate per macchine del caffè. La difficoltà di realizzare questo componente risiede nella geometria, nella produttività e nella qualità superficiale. La manopola costituiva un componente particolarmente critico perché il layout delle cavità dello stampo standard di produzione delle maniglie non permetteva di raggiungere i livelli di produttività e di costi richiesti dal cliente. Grazie all’esperienza e alle competenze dei designer della Bruschi, l’azienda ha ideato un metodo alternativo per alimentare lo stampo: i designer hanno così progettato un nuovo stampo che consentisse di rientrare nei parametri richiesti. Infatti, grazie al nuovo layout si sono ridotti sia i costi che i livelli di produttività.

In conclusione, l’utilizzo dello zinco per la produzione di componenti di macchine del caffè apporta notevoli vantaggi. Prediligendo l’impiego di zinco è infatti possibile progettare e creare un prodotto funzionale ed estetico, capace di coniugare libertà di design e trattamenti estetici di alta gamma e che al contempo tenga conto delle variabili di produzione e di costi.

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Il termine design del prodotto definisce il processo di progettazione di un prodotto caratterizzato da specifiche caratteristiche estetiche e funzionali, che deve essere conforme al processo di produzione in serie. Il design del prodotto è dunque un processo che necessita di essere sviluppato considerando i diversi aspetti che caratterizzano un componente e, di conseguenza, se realizzato con la tecnologia della pressofusione, richiede l’integrazione di diverse attività, quali servizio di co-design, compilazione di un DFM, progettazione dello stampo, simulazione e analisi delle lavorazioni successive.

Il design del prodotto è un’attività strettamente correlata alla progettazione del processo produttivo: i due concetti si influenzano a vicenda, infatti il prodotto deve essere conforme alla produzione di massa e il processo produttivo deve al contempo tenere in considerazione le specificità del prodotto. Il design del prodotto è un processo complesso e sfaccettato, che non concerne solamente prodotto e produzione, ma anche scelta dei materiali, caratteristiche estetiche e funzionali, lavorazioni meccaniche, trattamenti superficiali e qualità richiesta dal cliente.

Servizio di co-design

Allo scopo di ottenere un risultato equilibrato in termini di estetica, funzionalità e fattibilità, il design del prodotto è spesso sviluppato da un’azienda manifatturiera insieme al cliente che ha ordinato il prodotto. La cooperazione tra fornitore e cliente viene definita servizio di co-design: una collaborazione che promuove la condivisione di informazioni e know-how, al fine di conseguire risultati soddisfacenti per entrambe le parti. Gli ingegneri e i tecnici procedono all’analisi delle caratteristiche fisiche e meccaniche del prodotto, così da trovare soluzioni per assicurare la funzionalità e la fattibilità produttiva, ottenendo di conseguenza un riscontro positivo da parte dei clienti.

Il servizio di co-design apporta benefici non solo in termini di ottimizzazione di processo e design, ma anche relativamente alla relazione tra cliente e fornitore: un continuo scambio di informazioni promuove incremento di fiducia e stima reciproca e permette, inoltre, di accrescere le conoscenze di entrambe le parti.

Per ulteriori informazioni relative al servizio di co-design, clicca sul post sotto:
• Vantaggi del co-design: alleggerimento mirato

DFM: studio di fattibilità del prodotto

Cliente e fornitore si scambiano informazioni relative al design del prodotto e al suo processo produttivo attraverso un documento denominato DFM: Design For Manufacturability, cioè uno studio di fattibilità del prodotto. Lo scopo di un DFM è, infatti, quello di presentare il prodotto in relazione al suo processo produttivo, per analizzare la fattibilità tecnica del progetto e suggerire soluzioni al fine di facilitare la produzione. Attraverso questo documento i tecnici possono stabilire se il design è conforme ai sistemi tecnologici del dipartimento di produzione e, successivamente, possono apportare modifiche a determinate caratteristiche del prodotto o delle fasi di produzione.
La scelta della pressofusione come metodo di produzione implica l’attuazione di specifiche analisi inerenti ad angoli di sformo, estrattori e punti di iniezione: il design del prodotto è, infatti, strettamente collegato alla progettazione dello stampo, e di conseguenza al processo produttivo. L’utilizzo di stampi risulta vantaggioso poiché consente la replicabilità del componente, ma allo stesso tempo richiede specifiche analisi tecniche che permettano di ottenere uno stampo adatto per il prodotto: il DFM contiene tutte le informazioni necessarie al raggiungimento di questo obiettivo.

Per conoscere nel dettaglio la struttura di un DFM, ecco un post sull’argomento:
• Design del prodotto per pressofusione: ottimizzare il DFM

Progettazione dello stampo

Considerando la pressofusione come metodo di produzione, il primo aspetto da esaminare è la progettazione dello stampo: l’elemento centrale del processo di pressofusione. Cliente e fornitore collaborano per sviluppare un sistema che sia adeguato sia per il componente che per lo stampo, considerando le caratteristiche estetiche e funzionali del prodotto, ma anche le proprietà meccaniche dello stampo: deve essere resistente, solido e funzionale al processo di produzione.
Innanzitutto è necessario verificare la producibilità del prodotto con il metodo della pressofusione, analizzando le dimensioni e la geometria del componente. Una volta che la geometria e le caratteristiche tecniche sono state definite, il processo di progettazione dello stampo può iniziare: questa fase prevede l’analisi delle specifiche tecniche del prodotto, del numero di cavità, dell’area di proiezione, del volume e della forma dello stampo. I due elementi principali che costituiscono la progettazione dello stampo sono il design del sistema di alimentazione a camera calda e la simulazione: la modalità di alimentazione rappresenta infatti l’elemento centrale della progettazione dello stampo, mentre la simulazione costituisce un utile strumento per definire i parametri più appropriati da applicare prima che il componente venga prodotto.

Progettazione del sistema di alimentazione a camera calda

Nella realizzazione dello stampo un elemento centrale da considerare è la progettazione del sistema di alimentazione a camera calda. Infatti, il metodo di alimentazione influenza l’ottimizzazione della produzione e le caratteristiche del prodotto. Il diffusore e il canale di colata sono i due elementi principali che compongono il sistema di alimentazione: la definizione della loro configurazione e dimensione risulta fondamentale per l’output finale del processo di pressofusione, poiché la scelta di diverse forme conduce a diversi risultati e può inoltre determinare una riduzione di potenziali difetti sul pressofuso.

Per informazioni dettagliate sul sistema di alimentazione a camera calda, di seguito un post sull’argomento:
• Ottimizzazione del processo di pressofusione: sistema di alimentazione

Simulazione

Come precedentemente menzionato, la simulazione costituisce un valido strumento per il design del prodotto e dello stampo: con software di simulazione, come programmi CAD e software 3D, gli ingegneri esaminano le proprietà tecniche del prodotto e definiscono i migliori parametri da applicare. Questi dispositivi rappresentano un supporto fondamentale per l’analisi di caratteristiche fisiche, dal punto di vista strutturale e della resistenza, e consentono agli ingegneri di identificare preventivamente potenziali criticità sul pressofuso, riducendo così eventuali problemi che potrebbero emergere a posteriori. Infatti, già nelle prime fasi del riempimento dello stampo potrebbero verificarsi errori che comprometterebbero la produzione del pezzo, ad esempio una solidificazione del metallo troppo rapida: la simulazione aiuta a evitare queste problematiche fin dal principio.

Per ulteriori informazioni sulla simulazione, ecco una serie di case studies:
• 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
• I vantaggi della simulazione HPDC nella pressofusione

Lavorazioni successive allo stampaggio

Il design del prodotto riguarda anche l’analisi di lavorazioni successive che devono essere effettuate a seguito della fase di stampaggio. Infatti, durante la progettazione di un prodotto è importante considerare eventuali lavorazioni successive a cui il pezzo dovrà sottoporsi: le operazioni successive allo stampaggio possono essere lavorazioni meccaniche, trattamenti superficiali, operazioni di assemblaggio o processi di automazione. Prestare attenzione a queste lavorazioni già nella fase di design del prodotto consente di effettuare specifiche azioni e impostare determinati parametri al fine di ottenere un risultato senza difetti. Di seguito alcuni esempi di lavorazioni successive.

Lavorazioni meccaniche

Tra le più diffuse lavorazioni meccaniche figurano filettatura e alesatura: se un componente necessita di essere filettato, già nella fase di progettazione dello stampo dovranno essere definiti specifici parametri per agevolare quest’operazione.

Trattamenti superficiali

Se un prodotto è soggetto a trattamenti superficiali, come verniciatura o cromatura, è importante prevedere in anticipo potenziali difetti che potrebbero manifestarsi dopo il trattamento. Ad esempio, alcuni trattamenti superficiali vengono effettuati a temperature molto alte che possono potenzialmente determinare la formazione di inclusioni d’aria nel componente: durante la fase di design dello stampo sarà quindi necessario prevedere l’evacuazione d’aria.

Assemblaggio

Relativamente all’assemblaggio, è opportuno definire specifiche tolleranze che siano funzionali a questa lavorazione. Per esempio, se il pezzo deve essere inserito in un altro componente, come un perno e un foro, è necessario prevedere la giusta interferenza tra i due.

Automazione

L’automazione rappresenta un fattore comune a tutte le lavorazioni successive: le operazioni automatiche per i trattamenti successivi allo stampaggio garantiscono un’adeguata produttività e costi ridotti.

Vantaggi design del prodotto

Il design del prodotto è una fase indispensabile nella produzione di un componente poiché consente di identificare i processi e le caratteristiche maggiormente performanti, allo scopo di produrre eccellenti risultati in termini di estetica, funzionalità e conformità al processo di produzione. Sviluppare un processo di design del prodotto ben strutturato è perciò fondamentale per ottenere importanti benefici, quali riduzione dei costi di produzione, soddisfazione del cliente e produzione di componenti esteticamente accattivanti, funzionali e conformi alla produzione di massa.

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Specifiche tecniche dello zinco

La grande maggioranza dei pressofusi richiede delle lavorazioni specifiche per andare incontro ai requisiti estetici, per migliorare la resistenza all’usura o per ottenere una barriera protettiva contro la corrosione: molte parti hanno bisogno di essere migliorate tramite operazioni secondarie, prima di essere spedite.

Alcuni metalli sono più adatti a subire trattamenti galvanici, verniciature e smaltature di altri: uno di questi metalli è lo zinco. Lo zinco è un metallo denso, molto durevole e più forte rispetto a materiali plastici, come i polimeri. Lo zinco pressofuso permette inoltre di ottenere angoli di sformo più stretti, fori più piccoli e lunghi e pareti più sottili, dando la possibilità di sviluppare forme innovative. Questo, unito alla possibilità di utilizzare dei trattamenti superficiali non-convenzionali, offre dei vantaggi competitivi rispetto alla concorrenza. Scegliendo di lavorare con lo zinco, i designer possono scegliere tra un’ampia gamma di rivestimenti superficiali, in grado di impartire diverse texture e miglioramenti superficiali.

I designer e i project manager sono sempre in cerca di nuovi modi per migliorare i propri prodotti: una collaborazione con un fornitore può aiutarli ad identificare i punti critici nel progetto o a risolvere problemi pre-esistenti. In una collaborazione di co-design, il fornitore può suggerire al cliente il modo migliore di ottimizzare il prodotto per le finiture, basandosi sulla sua esperienza.

La scelta del materiale e del rivestimento

Durante la collaborazione, il primo passo è la scelta della giusta lega e della valutazione delle sue performance tenendo conto dell’uso finale del componente. Il primo punto da chiarire è se il componente deve essere utilizzato all’interno o all’esterno: nel secondo caso, sarebbe consigliabile applicare un trattamento di resistenza alla corrosione. Ci sono diversi tipi di corrosione, che dipendono dal metallo scelto e dall’ambiente circostante.

Un altro criterio di cui tenere conto è la necessità di un trattamento estetico: a seconda dell’utilizzo finale del componente, i clienti potrebbero richiedere una verniciatura, smaltatura, cromatura o placcatura.

Dopo aver analizzato ogni aspetto tecnico, è importante studiare i vantaggi dei diversi tipi di rivestimenti superficiali: tra questi vedremo lo zinco nero, i rivestimenti a conversione chimica-elettrica, i rivestimenti liquidi spray e cotti, placcatura in rame-stagno-zinco, placcatura in rame-nichel-cromo, placcatura meccanica e rivestimenti in polvere epossidica e poliestere.

Zinco Nero

Durante questo processo, uno spesso strato di fosfato nero viene applicato al pressofuso e funge da protezione contro l’umidità e gli ambienti corrosivi. È solitamente un pre-trattamento, in cui la placcatura è seguita da un rivestimento di conversione al cromo nero.

Rivestimenti a conversione chimica-elettrica

Questi rivestimenti superficiali prevedono un immersione chimica che forma una pellicola protettiva sulla superficie dello zinco. Il loro scopo è di proteggere i componenti durante lo stoccaggio e negli ambienti interni. Solitamente i rivestimenti di conversione sono seguiti dall’applicazione di sostanze idrorepellenti o di vernici per potenziare l’effetto.

Rivestimenti liquidi spray e cotti

Questo tipo di rivestimenti include diversi componenti chimici come epossidici, poliesteri, fenolici e uretani.

Placcatura in rame-stagno-zinco

Il risultato di questa lavorazione è un finish opaco e argenteo sulla superficie dello zinco. Fornisce un’ottima protezione, ma il rivestimento tende ad ossidarsi col tempo, diventando nero.

Placcatura in rame-nichel-cromo

Questo trattamento è uno dei migliori per resistere alla corrosione. Protegge la superficie dello zinco contro l’acidità dei bagni successivi, e permette di uniformare la superficie garantendo allo stesso tempo una buona conduttività elettrica.

Placcatura meccanica

Questa procedura prevede il posizionamento delle parti in un tamburo, insieme ad una mistura di polveri metalliche e un attivatore chimico, seguiti dalla burattatura dei componenti fino a che il rivestimento raggiunge lo spessore desiderato. Il rivestimento si forma quindi grazie ad un’azione meccanica e chimica combinata. Il vantaggio di questa lavorazione è che può essere applicata a tutte le superfici, anche negli angoli interni. La colorazione finale dipende dalle diverse combinazioni dei metalli.

Rivestimenti in polvere epossidica e poliestere

Questi rivestimenti superficiali vengono applicati come polveri tramite un processo elettrostatico asciutto, e successivamente vengono fusi in un forno. Il fatto di non utilizzare solventi fornisce un grosso vantaggio, poiché previene la formazione di alcuni difetti legati al loro utilizzo.

Questa non è una lista completa di tutti i possibili trattamenti di finitura, ma è solo una selezione dei più comuni nell’ambito della pressofusione dello zinco.

Ora presenteremo una raccolta di casistiche in cui queste tecnologie sono state implementate e modificate su misura per le richieste del cliente, tramite una collaborazione tra cliente e fornitore.

CASI REALI

L’uso della ZAMAK nei processi di pressofusione rende i componenti adatti a ricevere una serie di finiture diverse, che sarebbero impossibili da ottenere con altre leghe, portando ad ottenere prodotti che hanno sia alti livelli di funzionalità che notevoli caratteristiche estetiche.

Bruschi ha 70 anni di esperienza con i clienti di diverse industrie, che includono l’automotive, l’illuminotecnica, piccoli elettrodomestici per la casa, chiusure per porte e finestre. Grazie a queste conoscenze trasversali, i nostri designer possono offrire soluzioni alternative, provenienti da altre industrie e che garantiscono sempre il massimo della qualità nel materiale, nei procedimenti, nella produzione e nella durata dei prodotti.

CASO 1 – Un nuovo rivestimento per evitare le bolle

Un cliente importante nel settore dell’automotive aveva chiesto a Bruschi di ricreare un componente che veniva in precedenza prodotto da un diverso fornitore. Il cliente voleva una nuova soluzione poiché il prodotto aveva una percentuale di scarto superiore al 25% a causa delle bolle che si formavano dopo il trattamento galvanico.

Bruschi ha lavorato concentrando i suoi sforzi, anche tramite la sua rete di fornitori, per evitare la formazione delle bolle. La soluzione è stata cambiare il rivestimento: passando da un rivestimento galvanico alla passivazione, la percentuale di scarti causate dalle bolle è calata dal 25% a poche parti per milione.

CASO 2 – Migliorare la resistenza allo spray salino

Un importante cliente del settore automotive ha chiesto a Bruschi una soluzione per migliorare la resistenza al test dello spray salino di un componente pre-esistente. Questo componente era prodotto da Bruschi ed era destinato ad essere assemblato su automobili subcompatte. Per un nuovo progetto, il componente avrebbe dovuto ricevere un trattamento migliore per soddisfare i requisiti necessari ad essere utilizzato su macchine di lusso. Generalmente, la resistenza allo spray salino è data dall’uso di particolari trattamenti.

Per il componente destinato alle subcompatte, la resistenza garantita era di 120 ore, grazie ad un trattamento chiamato Fe/Zn: tuttavia, questo trattamento non era adatto alle auto di lusso. Per raggiungere il nuovo obiettivo, Bruschi doveva aumentare la resistenza a oltre 1000 ore.

Grazie all’esperienza di Bruschi e alla sua rete di fornitori, il cliente ha raggiunto il suo obiettivo, implementando un trattamento galvanico speciale, che garantiva la resistenza SST di oltre 1000 ore.

CASO 3 – Vernici speciali invece del trattamento al cromo opaco

Per un importante cliente del settore delle serrature, Bruschi ha sviluppato una lavorazione diversa in modo da diminuire la percentuale di scarto. In particolare, il cliente richiedeva un trattamento superficiale al cromo opaco per alcuni suoi componenti, ma a causa della loro geometria complessa e ricca di angoli, era impossibile garantire la qualità richiesta e il tasso di scarti era fuori controllo.

Collaborando con la sua rete di fornitori, in particolare il verniciatore e la compagnia chimica, Bruschi ha sviluppato una vernice speciale per assicurare le stesse caratteristiche ai componenti senza utilizzare il trattamento al cromo opaco. Cambiando la tecnica utilizzata, il cliente aveva gli stessi componenti, ma un tasso di scarti minore.

Questi case study confermano l’importanza dei rivestimenti superficiali e di come una collaborazione con i propri fornitori possa aiutare a ridurre la percentuale di scarto, trovando soluzioni alternative o creando finiture superficiali su misura per ottenere le migliori performance possibili da un componente.

Se vuoi saperne di più sui processi di finitura, puoi leggere altri articoli sull’argomento:

1- Focus sui trattamenti superficiali

2- Tecniche di lavorazione per la finitura dei metalli

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I trattamenti superficiali sono solitamente le ultime lavorazioni a cui deve essere sottoposto un prodotto pressofuso, prima dell’assemblaggio: essi possono essere divisi in trattamenti di rivestimento e trattamenti post-fonditura. I trattamenti di rivestimento includono la verniciatura, la cromatura e la placcatura, e determinano l’aspetto finale del componente. I trattamenti post-fonditura invece possono assolvere due funzioni: la prima è di migliorare la funzionalità del componente, la seconda è di migliorare le sue qualità superficiali ed estetiche.

Solitamente, i trattamenti post-fonditura sono  utilizzati per preparare la superficie al rivestimento finale, ma possono anche essere usati per determinare la texture finale dei componenti metallici.

Lavorazioni superficiali: semplice preparazione o trattamento finale?

Il termine “Lavorazione superficiale” è molto generico, ed identifica tutti i processi industriali mirati a modificare un prodotto industriale, un componente o parte della sua superficie per migliorare le loro proprietà e qualità.

Nell’ambito della finitura dei metalli, queste tecniche possono essere sia meccaniche che chimiche e possono includere un’ampia varietà di trattamenti ed effetti: dai miglioramenti all’ergonomia di un componente, ottenibili con trattamenti come la zigrinatura, allo smussamento dei bordi taglienti, ottenibile con la sabbiatura.

Questo significa che le lavorazioni superficiali possono essere utilizzate come ultima lavorazione di un componente prima dell’assemblaggio o della spedizione: la maggior parte delle lavorazioni lascia una texture riconoscibile sulla superficie del prodotto, dandogli un aspetto generalmente piacevole anche senza l’uso di rivestimenti.

L’uso più diffuso dei trattamenti post-fonditura rimane però la preparazione della superficie dei componenti al rivestimento: avere una superficie pulita è fondamentale per prevenire la formazione di  difetti al momento del rivestimento.  Qui sotto potete trovare una lista delle tecniche di lavorazione più comunemente utilizzate per le finiture dei pressofusi in lega di zinco:

• Abrasione
• Brunitura
• Planarizzazione chimico-meccanica (CMP)
• Elettro-lucidatura
• Molatura
• Fresatura chimica
• Limatura
• Burattatura
• Vibratura
• Lucidatura chimica e meccanica
• Sbavatura termica

Abrasione

L’abrasione è uno dei processi di finitura dei metalli più comune, e consiste nel condurre un flusso di materiale abrasivo ad alta pressione contro una superficie. Può essere usato per diminuire o aumentare la ruvidità della superficie, ma anche per modellarla o per rimuovere dei contaminanti.

Tra i diversi tipi di abrasione, uno dei più efficaci è la sabbiatura, che usa la sabbia come materiale abrasivo: il risultato finale è simile a quello che si avrebbe utilizzando carta vetrata.

Brunitura

La brunitura è una levigatura solitamente ottenuta dall’azione di palline in acciaio poste in una macchina vibrante: quest’azione rende la superficie dello zinco più liscia e luminosa.

Planarizzazione chimico-meccanica (CMP)

La planarizzazione chimico-meccanica (CMP) è una lavorazione che unisce le forze chimiche e meccaniche: è implementata attraverso l’utilizzo di una spazzola rotante che permette di applicare uniformemente un composto lucidante, che risulta in superfici zincate più lisce.

Elettro-lucidatura

Con l’elettro-lucidatura è possibile rimuovere ogni materiale estraneo dai componenti metallici. Il processo è simile alla galvanica, ma agisce al contrario: un componente metallico viene immerso in un bagno elettrolitico e funge da anodo: alcune particelle superficiali si staccano e vengono attirate dal catodo, risultando in una superficie più liscia.

L’elettro-lucidatura ha molte applicazioni nell’ambito della finitura dei metalli  perché può efficacemente essere utilizzata su oggetti dalla forma irregolare. È normalmente usato per lucidare e passivare, ma può anche essere usato per rimuovere le bave: la dissoluzione anodica in condizioni di elettro-pulitura sbava gli oggetti metallici tramite l’aumento della densità di corrente sugli angoli e sulle bave.

Molatura

La molatura è una forma di abrasione ed è utilizzato per ottenere un finish liscio su superfici piane. È inoltre una tecnica molto precisa, poiché può essere utilizzata per produrre incisioni profonde pochi micrometri sulle superfici metalliche.

Fresatura chimica

La fresatura chimica, è una tecnica utilizzata sia per pulire che per incidere le superfici metalliche. Durante questo processo, si utilizzano bagni di sostanze chimiche a temperatura controllata per rimuovere materiale in eccesso e dare al prodotto la forma desiderata.

Limatura

La limatura è prevede l’uso di tecniche simili alla molatura per rendere una superficie piana o per lucidarla.

Burattatura

La burattatura è una procedura che si applica a piccoli component in metallo per rendere lisce le superfici ruvide. È una finitura molto comune, dal momento che può essere utilizzata anche per rimuovere le bave e la ruggine, oltre a rendere più brillante l’intera superficie.

Vibratura

La vibratura è una particolare tecnica che permette di rimuovere le bave, di lustrare, pulire e rendere più brillanti piccole parti o componenti. Durante la lavorazione, le parti sono inserite all’interno di un contenitore vibrante al fine di ottenere l’effetto desiderato: il contenitore e i pezzi al suo interno cominciano quindi a vibrare.

Questo procedimento è diverso dalla burattatura, dal momento che permette di rifinire anche le caratteristiche interne, come i buchi, ed è anche più rapido e meno rumoroso.

Lucidatura chimica e meccanica

La lucidatura utilizza sempre degli strumenti di abrasione per lisciare la superficie del prodotto. La lucidatura meccanica si esegue solitamente con cinture o dischi abrasivi per livellare le superfici, rimuovere graffi e scanalature, e per lucidare la superficie lasciando un finish spazzolato o rigato.

La lucidatura chimica viene spesso impiegata per rimuovere questo finish: solitamente, un disco di stoffa rotante viene impregnato di componenti abrasivi e applicato alla superficie, donando alla superficie un finish lucido.

Sbavatura termica

Durante la sbavatura termica, la combustione del gas metano contenuto in una camera pressurizzata è utilizzato per rimuovere le bave, le irregolarità o contaminanti nascosti attraverso una reazione di ossidazione. La lavorazione è particolarmente efficace per i fori interni e i canali che sarebbero difficili da raggiungere e sbavare con altre tecniche.

Questi sono solo alcune tra le tecniche esistenti per la finitura dei metalli, e i più comunemente usati con i prodotti pressofusi in lega di zinco. A seconda del prodotto e del suo materiale, ci possono quindi essere diversi processi di finitura tra cui scegliere: al fine di assicurarsi di scegliere il più adatto alle proprie necessità, è consigliabile contattare il proprio fornitore per ottenere dei consigli.

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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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