14 consigli di progettazione per realizzare progetti di pressofusione migliori

La pressofusione offre produttività, precisione e qualità superficiale per componenti metallici di grandi dimensioni, ma il successo dipende in larga misura da una progettazione del pezzo che rispetti la fisica del riempimento rapido e della solidificazione sotto pressione. Caratteristiche mal concepite come spessori di parete irregolari, angoli acuti, eccessiva concentrazione di massa o tolleranze eccessivamente strette causeranno difetti di riempimento, porosità, ritiro, distorsione, cricche e usura prematura dello stampo, con conseguente aumento dei costi e degli scarti. Seguire queste raccomandazioni fin dalle prime fasi di progettazione garantisce fusioni prive di difetti, massime prestazioni meccaniche e il miglior rapporto costo-efficacia tra funzionalità e producibilità.

Spessore parete

Se lo spessore della parete di una parte pressofusa è troppo sottile, è difficile riempirla durante pressofusione, con conseguente facile insufficiente riempimento. Se lo spessore della parete è troppo elevato, è probabile che si formino grani interni grossolani, con conseguenti difetti come cavità da ritiro e porosità. Inoltre, possono comparire segni di ritiro superficiale, riducendo le proprietà meccaniche del pezzo pressofuso. I pezzi a pareti sottili offrono una buona densità, migliorando relativamente la resistenza meccanica e la resistenza alla pressione. Pareti eccessivamente spesse aumentano anche il peso del pezzo e consumano una quantità eccessiva di metallo, aumentando i costi. In generale, lo spessore della parete dei pezzi pressofusi non dovrebbe superare i 5 mm.

Spessore della parete per leghe di alluminio, magnesio e zinco (unità: mm)

Se alcune aree locali del componente risultano eccessivamente spesse, è opportuno utilizzare un design scavato per ottenere uno spessore di parete uniforme. Questo approccio previene difetti di ritiro nelle aree spesse, riducendo al contempo il peso del componente.

Transizioni fluide ai cambi di spessore

Lo spessore delle pareti di ciascuna sezione trasversale di un componente pressofuso deve essere uniforme o il più possibile uniforme. Laddove requisiti funzionali o di altro tipo impediscano la completa uniformità, il rapporto tra pareti spesse e sottili non deve superare 3:1. È necessario introdurre transizioni graduali (rastremazione o raggio) per evitare brusche variazioni di spessore; in caso contrario, il flusso del metallo fuso potrebbe essere compromesso, causando segni di flusso o chiusure fredde. Inoltre, tempi di solidificazione diversi tra sezioni spesse e sottili generano tensioni interne irregolari, che possono causare cricche o distorsioni. In caso di brusche transizioni di spessore, si consiglia di aggiungere una rastremazione o un raggio per garantire una transizione graduale.

Nella figura sopra, il design#a è il peggiore, mentre il design#d è il migliore.

Fori minimi

Diametro minimo del foro e profondità massima del foro per leghe di alluminio, magnesio e zinco (unità: mm)

Se un foro è più piccolo o più profondo dei valori indicati nella tabella, può comunque essere parzialmente formato durante la pressofusione (come segno pilota) e poi rifinito tramite lavorazione meccanica, anche se ciò aumenta il costo del pezzo.

Bisogna considerare anche la distanza tra i fori, tra i fori e le scanalature e tra i fori e i bordi per garantire che lo stampo abbia una resistenza sufficiente a sopportare l'impatto e le forti sollecitazioni termiche del metallo fuso ad alta temperatura.

Evitare sezioni troppo sottili

Le sezioni sottili degli stampi hanno una bassa resistenza e sono soggette a deformazione, piegatura o frattura ad alte temperature.

Costolette

Le nervature vengono utilizzate principalmente per aumentare la resistenza del componente, prevenirne la deformazione e, secondariamente, per facilitare il flusso del metallo fuso. Le dimensioni consigliate per le nervature sono riportate nella tabella seguente.

Tabella delle dimensioni delle nervature consigliate (unità: mm)

1. Evitare design con piastre piatte; l'aggiunta di nervature migliora la resistenza del componente.
2. Le nervature possono agevolare il flusso del metallo fuso; il loro orientamento deve essere allineato alla direzione del flusso del metallo.
3. La disposizione delle costole deve essere ragionevole, simmetrica e distribuita uniformemente.
4. Evitare un eccessivo accumulo di spessore nelle giunzioni delle costole.

Angoli di sformo

A causa delle diverse tendenze di adesione tra le tre comuni leghe per pressofusione e lo stampo, gli angoli di spoglia tipici sono:

• Leghe di alluminio: massima adesione → tiraggio interno generalmente 1°
• Leghe di magnesio: adesione leggermente inferiore rispetto all'alluminio → tiraggio interno generalmente 0.75°
• Leghe di zinco: adesione minima → tiraggio interno generalmente 0.5°

Gli angoli di spoglia esterni possono essere il doppio di quelli interni per garantire che il getto rimanga sul lato del nucleo durante l'espulsione.

Progettazione del raggio di raccordo

Evitare angoli esterni taglienti. Gli angoli esterni taglienti non solo causano un riempimento insufficiente, una scarsa densità e una bassa resistenza, ma rappresentano anche rischi per la sicurezza a causa dei bordi taglienti.

• Raccordi interni: evitare angoli interni acuti. I raggi di raccordo nelle giunzioni tra pareti influiscono significativamente sulle prestazioni, sulla qualità e sulla durata dello stampo.
• Migliora il flusso del metallo fuso, riduce la turbolenza, aumenta la capacità di riempimento e facilita la fuoriuscita del gas.
• Gli angoli acuti causano la concentrazione delle sollecitazioni, con conseguente formazione di crepe o guasti prematuri sotto carico.

Quando è necessaria la placcatura, i filetti assicurano un rivestimento uniforme e impediscono accumuli negli angoli acuti.

Il raggio di raccordo interno è in genere pari allo spessore della parete. I raggi di raccordo non devono essere eccessivamente grandi, poiché ciò creerebbe sezioni localmente spesse, soggette a ritiro, porosità e segni di ritiro superficiale.

Capo

• Evitare di posizionare i bugnati troppo vicini alle pareti o tra loro. La progettazione dei bugnati deve seguire principi di spessore uniforme delle pareti ed evitare spessori eccessivi localizzati.

• Ridurre al minimo l'altezza del bossolo. Un'altezza eccessiva riduce la resistenza e ostacola il riempimento.
• Aggiungere nervature attorno ai boss. Le nervature aumentano la resistenza del boss e ne facilitano il riempimento; i boss isolati dovrebbero essere evitati.

• Riprogettare le sporgenze inclinate per semplificare la struttura dello stampo. Una corretta ottimizzazione delle sporgenze inclinate può semplificare lo stampo e ridurre i costi.

Testo/Personaggi

• I caratteri devono essere sollevati (in rilievo) rispetto alla superficie del pezzo. Questo riduce i costi di lavorazione e manutenzione dello stampo.
• Le dimensioni dei caratteri devono garantire un riempimento adeguato. La larghezza minima dei caratteri è di 0.25 mm, l'altezza è compresa tra 0.25 e 0.5 mm, con un'inclinazione di 10°. In genere, i caratteri non devono essere posizionati sui lati, poiché ciò crea sottosquadri che ne impediscono l'espulsione.

Discussioni

• Evitare filettature esterne a filettatura completa.
• Le filettature interne non devono essere fuse direttamente.

Facilita la rimozione di flash e gate

• Evitare angoli acuti tra le pareti parziali e la linea di separazione.

• Semplificare la geometria delle parti per evitare forme complesse delle linee di separazione che complicano la rimozione delle sbavature.

Tolleranze

La linea di separazione e le slitte del nucleo influiscono sulla precisione della tolleranza dimensionale.

Partendo dal presupposto di soddisfare i requisiti funzionali, allentare il più possibile i requisiti di tolleranza:

• Tolleranze più strette richiedono tolleranze più strette dello stampo → costi dello stampo più elevati
• La durata della vita dello stampo è ridotta
• Sono necessarie frequenti manutenzioni e sostituzioni degli stampi
• Controlli dimensionali più frequenti e tassi di scarto più elevati → aumento del costo dei pezzi

Per evitare lavorazioni meccaniche, le tolleranze devono essere il più generose possibile. Evitare le lavorazioni meccaniche riduce il costo del pezzo.

Selezionare la linea di separazione in modo razionale per migliorare la precisione dimensionale critica:

• Se la concentricità tra D1 e D2 è critica → scegli CC come linea di separazione
• Se la concentricità tra D1 e D3 è critica → scegli BB come linea di separazione
• Se la consistenza del diametro di D1 all'estremità sinistra o destra è critica → scegliere AA come linea di separazione

Semplifica la struttura dello stampo

(1) Evitare sottosquadri interni. I sottosquadri interni richiedono anime ad azione laterale, altrimenti la lavorazione secondaria comporterebbe un costo dello stampo o del pezzo notevolmente più elevato. Una progettazione razionale del pezzo, che elimini i sottosquadri interni, riduce i costi.

(2) Evitare, ove possibile, sottosquadri esterni.

(3) Evitare ostruzioni alle guide principali.

(4) Evitare linee di separazione arrotondate. Le linee di separazione arrotondate complicano la fabbricazione dello stampo, riducono la resistenza al raggio e accorciano la durata dello stampo.

(5) Scegliere con attenzione la linea di separazione per semplificare la struttura dello stampo. La linea di separazione dovrebbe consentire la costruzione dello stampo più semplice possibile, una lavorazione più semplice e il costo più basso.

Lavorazione CNC

Evitare Lavorazione CNC quando possibile perché:

• Le fusioni pressofuse raggiungono già un'elevata precisione dimensionale e finitura superficiale; tolleranze generose in fase di progettazione possono eliminare la lavorazione meccanica.
• La superficie della pelle di un servizio di pressofusione è denso e resistente, la lavorazione distrugge questo strato.
• Dopo la lavorazione meccanica, la porosità interna potrebbe essere esposta, compromettendo le prestazioni.
• La lavorazione meccanica aumenta notevolmente il costo dei pezzi.

Quando la lavorazione meccanica è inevitabile, progettare il pezzo in modo da facilitarne la lavorazione e ridurre al minimo l'area lavorata.

Mantenere il sovrametallo di lavorazione il più piccolo possibile. Lo strato esterno è denso, mentre l'interno è relativamente poroso, con possibili fori di gas o microfori; pertanto, il sovrametallo di lavorazione deve essere ridotto al minimo per preservare lo strato denso.

Sovrametallo di lavorazione superficiale (lato singolo, unità: mm)

Sovrametallo per lavorazione fori (lato singolo, unità: mm)

Ricorda:

• Evitare, ove possibile, la lavorazione superficiale.
• Se è richiesta una lavorazione meccanica, mantenere la tolleranza il più piccola possibile (generalmente inferiore a 0.5–0.8 mm).
• Dopo la lavorazione, non devono essere esposte porosità interne o strutture allentate, altrimenti la resistenza e la tenuta alla pressione saranno gravemente compromesse.