Design
Sforzo e Deformazione
Il massimo sforzo di progetto ammissibile per un pezzo dipende, di solito, dalla necessità di evitare sia cedimenti improvvisi che deformazioni elastiche o plastiche eccessive nelle condizioni di servizio. Gli esempi delle condizioni critiche di servizio includono i carichi operativi (siano essi statici od oscillanti), la temperatura operativa e la vita di servizio prevista. In ogni caso, non si dovrebbero trascurare i carichi cui è sottoposto un getto durante una qualsiasi operazione produttiva secondaria, poiché questi possono avere degli effetti dannosi, come l’origine di cricche o distorsioni.
Sino ad oggi, al di fuori dell’industria aerospaziale e dell’automotive, si è verificato di rado che si progettassero con adeguati calcoli i componenti destinati alla fabbricazione mediante fusione o stampaggio. E’ ancora qualcosa di raro, ma forse non per molto. Il costo ridotto e l’accresciuta potenza di calcolo dei computer (oltre alla maggiore facilità d’utilizzo dei programmi) possono portare presto all’impiego abituale delle “Analisi Ingegneristiche”. Questo offre la possibilità di ridurre il costo unitario del prodotto mantenendo inalterata la sua durata.
Le proprietà meccaniche delle leghe di zinco variano con la temperatura. Come questa cresce, la resistenza a trazione ed allo scorrimento decadono mentre la duttilità aumenta. La resilienza, misurata secondo il metodo Charpy senza intaglio, mostra per la maggior parte delle leghe un aumento improvviso intorno a 0°C. Questo non deve essere interpretato come un severo peggioramento a bassa temperatura: la resilienza delle leghe di zinco a temperature inferiori a 0°C è paragonabile a quelle delle leghe d’alluminio pressocolate a temperature ambiente e superiori.
Storicamente, per i pressocolati in lega di zinco realizzati in ZP3 e ZP5 si è applicato un limite superiore della temperatura di servizio pari a 100°C nelle applicazioni sotto sollecitazione, e di 150°C nelle situazioni senza sollecitazione. Per la ZP2 e la ZP8, nel caso di situazioni con sollecitazione, questo valore indicativo può essere portato a 130°C. Tali cifre sono un’utile guida al potenziale utilizzo di un pressocolato di zinco, ma non sono molto d’aiuto nel momento in cui si tenta di ottimizzare il suo design. Lo sforzo di progetto applicabile, in modo da ottenere le prestazioni specificate, dipende dalla tipologia di carico (continuo, ciclico od intermittente) e dalla distorsione che può essere sopportata senza generare alcun cedimento.
Per i getti soggetti a carichi costanti rilevanti, lo sforzo di progetto applicabile dipende dalla resistenza allo scorrimento del materiale alla temperatura di servizio e dalla vita d’utilizzo del pezzo desiderata. Se il getto è sottoposto ad un carico simile, sia durante il suo utilizzo che durante lo stoccaggio (in entrambi i casi a temperatura ambiente), allora la vita di progetto è uguale alla vita a fatica dell’assemblato. Comunque, se durante il funzionamento un pezzo è soggetto a carichi o temperature maggiori, allora è probabile che la vita di progetto attesa sia pari al tempo di utilizzo totale necessario. E’ opportuno considerare entrambe le situazioni soltanto se, durante lo stoccaggio, il carico o la temperatura costituiscono una frazione sensibile della corrispondente grandezza di servizio.
Il modo migliore per calcolare lo sforzo massimo di progetto, per pezzi soggetti a carichi costanti, è probabilmente rappresentato dall’equazione mostrata a pagina 45 del volume “Engineering Properties of Zinc Alloys” pubblicato da ILZRO (vedere il paragrafo riguardante lo scorrimento viscoso nella sezione “Leghe di Zinco da Pressofusione”). Il suo utilizzo richiede la definizione della percentuale massima di deformazione a scorrimento, della temperatura di servizio e della durata.
Per pezzi soggetti a carichi in campo elastico, il massimo sforzo di progetto deve essere pari alla resistenza a fatica della lega divisa per un ragionevole fattore di sicurezza. Se la parte oscillante del carico è soltanto una percentuale del carico totale, allora si devono considerare sia i fattori della resistenza allo scorrimento che quelli della resistenza a fatica, così da valutare quali siano i più critici.
Non si devono ovviamente scordare i carichi derivanti da un utilizzo non conforme cui è sottoposto un pezzo. La capacità di un materiale di resistere a questo tipo d’utilizzo è valutata al meglio utilizzando le sue proprietà istantanee, come la resistenza a trazione, allo snervamento e la resilienza.