Qual è la differenza tra l'alluminio e l'alluminio pressofuso?

L'industria manifatturiera moderna utilizza l'alluminio in quasi tutte le applicazioni. Viene impiegato nell'industria automobilistica, nell'elettronica, nei componenti meccanici, nei telai per finestre, nei dissipatori di calore, negli alloggiamenti, nelle pentole e in molti altri settori. Ciò porta spesso a una semplice domanda: qual è la differenza tra l’alluminio e l’alluminio pressofuso? La risposta è che l’alluminio è il metallo, mentre l’alluminio pressofuso è l’alluminio ottenuto attraverso uno specifico processo di fusione.

Non tutti i prodotti in alluminio hanno la stessa composizione o le stesse proprietà. Poiché l’alluminio è un materiale morbido, i produttori aggiungono vari elementi all’alluminio puro per ottenere leghe diverse. Successivamente, sottopongono le leghe a diverse operazioni di lavorazione, quali laminazione, estrusione, forgiatura, lavorazione meccanica, fusione in sabbia e pressofusione.

Pertanto, se un componente è realizzato in alluminio, conoscere solo questa informazione non è sufficiente per determinare come sia stato realizzato. Di solito si tratta quindi di un confronto tra l’alluminio lavorato e l’alluminio pressofuso. L’alluminio lavorato è alluminio massiccio che viene modellato con mezzi meccanici. Alluminio pressofuso viene prodotto iniettando la lega fusa ad alta pressione in uno stampo metallico. Queste differenze influiscono sulla resistenza, sulla forma, sulla finitura superficiale, sui costi di produzione, sulle tolleranze e sull’idoneità alle diverse applicazioni.

Che cos’è l’alluminio?

L'alluminio è leggero e presenta una buona resistenza alla corrosione, una buona conduttività termica e una buona conduttività elettrica. La maggior parte dei prodotti tecnici utilizza leghe di alluminio, poiché l'alluminio puro è relativamente morbido. Le leghe sono costituite da alluminio mescolato con altri elementi, che ne modificano le proprietà.

Ad esempio, la lega 6061 contiene magnesio e silicio e viene utilizzata per componenti strutturali, telai, macchinari e pezzi lavorati. La lega 6063 viene impiegata per profili estrusi e prodotti architettonici, in parte grazie alla sua buona finitura superficiale. La lega 7075 è una lega ad alta resistenza che contiene zinco, magnesio e rame.

Anche il metodo di produzione influisce sulle proprietà finali

Un buon pezzo grezzo di alluminio potrebbe essere:

• Laminato in fogli o lastre
• Estruso in un profilo
• Forgiato per diventare un componente ad alta resistenza
• Lavorato per ottenere un pezzo di precisione
• Colato in uno stampo

Tutti questi processi partono dall'alluminio, ma i prodotti sono diversi.

·      Alluminio battuto

L'alluminio lavorato è una lega che assume la forma di un materiale solido. Tra i processi più comuni figurano la laminazione, l'estrusione e la forgiatura. In questi processi, il metallo subisce una deformazione controllata. Man mano che il materiale si forma, la sua struttura granulare cambia, il che può migliorare la resistenza e la duttilità delle leghe lavorate.

L'alluminio estruso viene utilizzato per la produzione di prodotti lunghi con sezioni trasversali uniformi, tra cui infissi per finestre, profili strutturali, canaline, tubi e binari. L'alluminio forgiato offre robustezza e resistenza a sollecitazioni ripetute. Forgiatura a caldo dell'alluminio, ad esempio, consiste nel riscaldare e comprimere il materiale fuso con una forza elevata, anziché versarlo in uno stampo per dargli una forma.

·      Alluminio fuso

I prodotti in alluminio fuso sono componenti in lega di alluminio ottenuti mediante colata o iniezione di lega di alluminio fusa. Esistono diversi metodi di fusione. La fusione dell’alluminio comprende la fusione in sabbia, la fusione per gravità, la fusione in stampo permanente, la fusione a cera persa e la fusione a pressione pressofusione.

La scelta dipende dalla geometria del pezzo, dal volume di produzione, dalle proprietà desiderate, dai costi di attrezzaggio e dalle specifiche relative alla superficie. La pressofusione è un tipo particolare di fusione. Sotto alta pressione, la lega di alluminio fusa viene immessa nella cavità di uno stampo metallico e la riempie rapidamente. Man mano che il metallo si raffredda, lo stampo si apre e gli operatori rimuovono il pezzo.

Che cos’è l’alluminio pressofuso?

L'alluminio pressofuso è una lega di alluminio ottenuta tramite pressofusione ad alta pressione pressofusione. Il processo ha inizio con lingotti di lega di alluminio o altra materia prima idonea. La lega viene fusa e mantenuta a una temperatura controllata. Una macchina di colata inietta quindi il metallo fuso in uno stampo in acciaio ad alta velocità e pressione. Lo stampo contiene la cavità destinata al pezzo finito.

Una volta che il metallo ha riempito la cavità, il pezzo inizia a solidificarsi. Lo stampo si apre e gli operai rimuovono il pezzo fuso. Gli operai rifilano il materiale in eccesso dai canali di colata, dai punti di colata e dalle sbavature.

A stampo per pressofusione è progettato tenendo conto della geometria del pezzo, del flusso del materiale, dei requisiti di raffreddamento, del sistema di espulsione e del volume di produzione previsto. Questo processo è particolarmente utile per la produzione di grandi quantità di pezzi con dimensioni ripetitive e forme complesse.

Tra le leghe comunemente utilizzate nella pressofusione figurano l'ADC12, l'A380, l'A360 e diverse altre leghe a base di alluminio. Queste leghe contengono un numero maggiore di elementi di lega rispetto a molti gradi comuni di alluminio lavorato. Il silicio è particolarmente utile perché migliora la fluidità e favorisce il riempimento delle sezioni sottili e ricche di dettagli da parte del metallo fuso.

Alluminio vs alluminio pressofuso: qual è la differenza principale?

La differenza principale non sta semplicemente nella parola “alluminio”. La vera differenza sta nel modo in cui la lega di alluminio viene lavorata e modellata. L’alluminio forgiato parte da un pezzo grezzo solido e viene modellato meccanicamente. L’alluminio pressofuso parte da una lega fusa e viene iniettato a pressione in uno stampo metallico.

Questa differenza influisce sulla struttura del grano, sulle forme disponibili, sulle proprietà meccaniche, sulla velocità di produzione e sui costi.

Perché si ricorre alla pressofusione per i pezzi complessi

Il vantaggio principale della pressofusione è la sua capacità di realizzare forme complesse. La produzione del componente a partire da un blocco massiccio di alluminio può richiedere diversi processi di lavorazione, quali l’aggiunta di sporgenze, nervature, elementi di fissaggio, superfici curve e pareti sottili.

Con un unico ciclo di produzione è possibile ottenere la stessa geometria di base su una pressa per pressofusione. Ciò consente di risparmiare materiale e di ridurre i tempi di lavorazione.

La pressofusione garantisce inoltre una buona ripetibilità. Una volta definiti lo stampo e il processo, un produttore può realizzare numerosi componenti simili di dimensioni analoghe. Ciò la rende utile nell’industria automobilistica per la produzione di componenti, alloggiamenti elettronici, corpi lampada, alloggiamenti per motori, attrezzature industriali e prodotti di consumo.

·      Ecco dove entra in gioco l'attrezzatura

Uno dei costi iniziali più elevati nella pressofusione è rappresentato dagli stampi in acciaio. Uno stampo per pressofusione è costituito da una cavità, canali di colata, punti di iniezione, canali di raffreddamento, slitte, un sistema di espulsione e altri elementi necessari alla realizzazione del pezzo.

Prima della produzione, lo stampo deve essere progettato con cura per garantirne l'idoneità. Lo stampo dovrebbe essere progettato con cura prima della produzione. Lo spessore delle pareti, le linee di divisione, le nervature, i rilievi, i sottosquadri, il flusso del metallo e gli angoli di sformo influenzano il prodotto finale. Una progettazione inadeguata dello stampo può causare riempimenti incompleti, porosità, bave, deformazioni, usura dello stampo e difficoltà di espulsione.

Spesso i produttori effettuano una revisione della progettazione in funzione della produzione prima di realizzare gli stampi, per assicurarsi di poter realizzare il prodotto.

Quanto è resistente l'alluminio pressofuso?

Questa domanda richiede una certa attenzione, poiché il termine “alluminio” si riferisce a numerose leghe e processi. Non tutti i componenti in alluminio pressofuso sono necessariamente meno resistenti di quelli in alluminio lavorato. Questo confronto dipende dalla lega, dal grado di tempra, dal processo di fusione, dal trattamento termico, dalla forma del componente e dalle condizioni di carico.

Il limite di snervamento e l’allungamento delle leghe lavorate, come la 6061-T6, possono superare quelli di alcune leghe comunemente utilizzate nella pressofusione, come l’ADC12 o l’A380. Le leghe pressofuse, tuttavia, sono adatte alla realizzazione di alloggiamenti, staffe, coperchi, componenti per motori, dissipatori di calore e molti altri elementi grazie alla loro buona resistenza.

·      Che cos’è la porosità?

La porosità è costituita dai piccoli fori presenti all'interno di un pezzo fuso. Durante l'iniezione rapida e la solidificazione, nell'aria o nel gas possono rimanere intrappolati nel metallo fuso. Anche il ritiro durante la solidificazione può causare la formazione di vuoti interni.

Non tutti i pezzi porosi sono necessariamente inutilizzabili. Il controllo del processo, la scelta corretta della lega, la fusione assistita dal vuoto, uno spessore delle pareti adeguato e una buona progettazione degli stampi possono ridurre al minimo questo fenomeno. Se i pezzi devono essere a tenuta di pressione o presentare elevate prestazioni strutturali, è opportuno scegliere un metodo di fusione che soddisfi tali requisiti.

Un campo di applicazione in cui è importante ridurre il gas intrappolato è la pressofusione sotto vuoto.

Come si confrontano le diverse finiture superficiali?

Le superfici in alluminio pressofuso sono relativamente lisce perché il metallo fuso si adatta alla forma dello stampo in acciaio. L'aspetto finale dipende dalla superficie dello stampo, dalla lega, dai parametri di fusione, dalla rifinitura e da eventuali operazioni di finitura.

Un altro vantaggio dell’alluminio è rappresentato dalle buone finiture superficiali, soprattutto quando viene estruso e lavorato. Sono disponibili varie opzioni di finitura per entrambi i tipi di prodotti in alluminio. Tra le opzioni più comuni figurano:

• Anodizzazione
• Rivestimento in polvere
• Pittura
• Lucidatura
• Granigliatura
• Lavorazione CNC
• Placcatura

Ogni lega pressofusa si comporta in modo diverso a seconda del tipo di finitura applicata. La composizione della lega è un fattore determinante.

Qual è il più economico?

Non esiste una risposta univoca, poiché il calcolo varia a seconda del volume di produzione. Per i prototipi, le piccole quantità, le forme semplici e i componenti già disponibili come profili standard o lamiere, l’alluminio può spesso rappresentare una buona scelta.

I costi iniziali per gli stampi sono elevati nella pressofusione. Tuttavia, una volta pronto lo stampo, il costo per pezzo tende generalmente a diminuire all’aumentare del volume di produzione. Quando si producono migliaia o centinaia di migliaia di pezzi identici, la pressofusione può rivelarsi più conveniente.

La scelta dovrebbe basarsi sul componente e non solo sul nome del materiale.

Applicazioni comuni dell'alluminio

L'alluminio lavorato viene utilizzato in prodotti in cui sono fondamentali la resistenza, la leggerezza, la resistenza alla corrosione o un profilo specifico.

Tra gli esempi tipici figurano:

• Telai di porte e finestre
• Profili strutturali
• Componenti aeronautici
• Telai di biciclette
• Scambiatori di calore
• Parti della macchina
• Componenti per sospensioni automobilistiche
• Alberi e staffe
• Lastre e pannelli

La lega esatta varia a seconda dell'applicazione.

Ad esempio, il 6061 viene utilizzato per elementi strutturali generici e parti lavorate, mentre il 7075 viene impiegato per applicazioni che richiedono una resistenza maggiore.

Applicazioni comuni dell'alluminio pressofuso

I prodotti con geometrie complesse e destinati alla produzione in serie sono solitamente realizzati in alluminio pressofuso.

Tra le applicazioni tipiche figurano:

• Alloggiamenti per il settore automobilistico
• Coperture del cambio
• Alloggiamenti del motore
• Carter del cambio
• Alloggiamenti per luci a LED
• Custodie per apparecchiature elettroniche
• Dissipatori di calore
• Alloggiamenti per apparecchiature industriali
• Corpi pompa
• Staffe
• Componenti degli elettrodomestici

Questo processo si applica anche quando più elementi sono integrati in un unico pezzo.

Ad esempio, un alloggiamento può presentare sporgenze di fissaggio, nervature, fori per viti, aperture per cavi e alette di raffreddamento, tutti realizzati in un unico pezzo fuso.

Cosa dovrebbero scegliere i produttori?

Per prima cosa, definire i requisiti del componente.

Quando il pezzo è semplice e richiede un profilo lungo e uniforme, l’estrusione può risultare più indicata. Una lega lavorata o un pezzo forgiato possono essere più indicati se il pezzo deve resistere a carichi ripetuti e richiede un’elevata resistenza.

Più caratteristiche prevede il progetto e maggiore è il volume di produzione, più la pressofusione diventa interessante.

Le seguenti domande aiutano a restringere il campo:

·      Quanto è complesso il pezzo?

L'alluminio è spesso più facile da lavorare per ottenere semplici lastre, barre, tubi e profili. Gli alloggiamenti e le staffe di forma complessa sono ideali per la pressofusione.

·      Quanti pezzi servono?

A volte, poche decine di pezzi non giustificano l'investimento in stampi per pressofusione. Quando si producono grandi quantità, è più facile ripartire il costo dello stampo tra i singoli componenti.

·      Quanta forza occorre?

In caso di carichi elevati, urti, fatica o applicazioni legate alla sicurezza, gli ingegneri dovrebbero utilizzare i dati effettivi relativi alla lega e al processo, anziché il termine generico “alluminio”.”

·      Il componente deve essere a tenuta di pressione?

Se il componente contiene fluido o gas, prestare particolare attenzione alla porosità. Potrebbero essere necessari la pressofusione sotto vuoto, una corretta lega metallica e prove di tenuta.

·      Qual è il livello di lavorazione accettabile?

La pressofusione consente di ottenere un prodotto quasi finito, ma fori, superfici di tenuta, filettature e tolleranze strette richiedono in genere una successiva lavorazione con macchine a controllo numerico (CNC). Anche quando si utilizzano lastre, barre o billette di alluminio, è necessario lavorare il materiale.

Conclusione

L’alluminio e l’alluminio pressofuso non sono due metalli completamente diversi. L’alluminio è il metallo di base e il nome che indica un’ampia famiglia di leghe. Per alluminio pressofuso si intendono le leghe di alluminio fuse ad alta pressione. Quando la resistenza e la duttilità sono fattori importanti, l’alluminio è un ottimo materiale per profili, lamiere, parti lavorate e componenti. L’alluminio pressofuso viene utilizzato per forme complesse, pareti sottili, caratteristiche integrate e produzione in grandi volumi.

Per i produttori, si tratta di una scelta di componenti, non di denominazioni dei materiali. L’estrusione può essere il metodo migliore per realizzare un profilo semplice. Un componente sottoposto a carichi elevati potrebbe prestarsi meglio alla forgiatura o ad altri processi di lavorazione a freddo. La pressofusione potrebbe essere un’opzione migliore per un alloggiamento elettronico complesso. Prima della produzione, è necessario esaminare il progetto per verificare lo spessore delle pareti, l’angolazione di sformo, le linee di divisione, i requisiti di lavorazione, la scelta della lega, le tolleranze e i quantitativi di produzione. Un progetto ben concepito stampo per pressofusione contribuisce quindi a trasformare il progetto approvato in componenti di produzione uniformi.

Le fasi tipiche per le aziende che passano dai file CAD o dai campioni fisici alla produzione includono: revisione DFM, progettazione degli stampi, produzione degli stampi, approvazione dei campioni, produzione, finitura, ispezione e assemblaggio. Prendere le decisioni giuste prima dell’avvio della produzione degli stampi consentirà di risparmiare sui costi di eventuali modifiche successive.