Leghe di Zinco da Pressofusione

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Le leghe di zinco pressocolate risultano competitive rispetto a numerosi altri materiali e tecnologie nella produzione di componenti in grande serie. Esistono molteplici esempi di pressocolati in lega di zinco realizzati in sostituzione dei getti in alluminio (a pressione e gravità), degli stampaggi ad iniezione della plastica, dell’acciaio e dell’ottone lavorati a macchina, degli assemblati in acciaio stampato e della ghisa. Nei paragrafi successivi sono elencati i vantaggi che hanno portato i pressocolati in lega di zinco a sostituire questi materiali e processi.

Pressofusione dello Zinco vs Pressofusione dell’Alluminio

  • Migliore precisione
  • Angoli di spoglia inferiori
  • Fori di piccolo diametro ed elevata profondità ottenuti direttamente di fusione
  • Vita dello stampo molto più elevata
  • Possibilità di ottenere spessori di parete più sottili
  • Resistenza a trazione ed allungamento superiori
  • Resilienza di gran lunga superiore
  • Migliore lavorabilità meccanica
  • Migliore formabilità
  • Minori costi di fusione
  • Tenuta a pressione superiore, nessuna necessità d’impregnazione
  • Maggiori possibilità di finitura
  • Assenza di scintillamento

La maggior parte delle leghe d’alluminio da pressofusione è ottenuta a partire dagli scarti. Il loro costo per unità di volume è inferiore rispetto alle leghe di zinco, le quali sono costituite da materiali ad elevata purezza. Sono più leggere se paragonate allo zinco, e si rivelano più idonee per resistere agli sforzi continui a temperature elevate. Per contro, possono essere pressocolate soltanto utilizzando il processo a camera fredda: questo è meno produttivo rispetto alla pressofusione a camera calda utilizzata con le leghe di zinco, specialmente per quanto concerne le macchine di taglia inferiore. Di conseguenza, il costo di un pressocolato di zinco è spesso inferiore rispetto a quello di uno in alluminio, specialmente nel caso dei getti più piccoli. Quando si prendono in considerazione gli altri vantaggi di una lega di zinco, come l’abilità di fondere accuratamente dei componenti in forma finita evitando perciò le lavorazioni meccaniche seguenti e la vita molto più elevata dello stampo (circa 5 volte più lunga rispetto all’alluminio), la competitività in termini di costo dello zinco risulta notevolmente superiore. Inoltre, la maggiore formabilità e lavorabilità meccanica dello zinco conferisce dei vantaggi di costo anche nelle operazioni di finitura ed assemblaggio.

I pressocolati in lega di zinco hanno spesso una migliore tenuta a pressione se paragonati a quelli in alluminio. Questo significa che i dispositivi per la gestione dei fluidi realizzati in zinco sono molto meno soggetti a perdite in esercizio. Nella pressofusione dell’alluminio, inoltre, si richiede spesso una maggiore quantità di lavorazioni meccaniche di finitura, con il rischio di far affiorare le porosità responsabili dei problemi di tenuta. Di conseguenza, in questo tipo d’applicazione è normale impregnare i pressocolati d’alluminio, con i relativi costi aggiuntivi

La tendenza dell’alluminio a produrre uno scintillamento nel contatto con il ferro o con l’acciaio ha portato a proibirne l’utilizzo in quegli ambienti in cui si hanno atmosfere a rischio d’esplosione, come le miniere di carbone e gli impianti petrolchimici. Le leghe di zinco contenenti una percentuale d’alluminio inferiore al 15% sono esenti da questo rischio, e pertanto sono adatte a questo tipo di ambienti.

A parte lo smalto vetroso, sui pressocolati di zinco è possibile applicare qualsiasi tipo di finitura. Per contro, la deposizione galvanica delle leghe d’alluminio è poco pratica se non impossibile: un limite notevole per le finiture metalliche che è possibile applicare.

Pressofusione dello Zinco vs Ghisa

  • Costi di fusione inferiori
  • Accuratezza notevolmente superiore
  • Eliminazione delle lavorazioni meccaniche
  • Conducibilità termica ed elettrica superiori

Molti componenti inizialmente ottenuti per lavorazione di getti in ghisa colati in sabbia, ultimamente sono realizzati mediante pressocolati di zinco. Quando le richieste produttive aumentano, l’elevato risparmio unitario ottenuto nel passare al processo di pressofusione giustifica il costo di uno stampo: ecco dunque che il passaggio da una tecnologia all’altra si concretizza. E’ difficile paragonare le proprietà meccaniche delle ghise con le leghe di zinco, poiché le prime coprono un’ampia serie di materiali con una vasta differenziazione di proprietà: si passa dalla ghisa grezza lamellare con una resistenza a trazione moderata ed una bassa resilienza, sino a giungere alla ghisa sferoidale con un’ottima resistenza a trazione ed una buona tenacità. In ogni caso, la maggior parte dei componenti (se non tutti) che è possibile convertire in pressocolati di zinco, è stata realizzata a partire dalla ghisa a grafite lamellare. Si deve comunque tenere a mente il fatto che la ghisa ha una resistenza all’usura particolarmente buona a causa del suo contenuto di grafite, e che è un materiale molto rigido con un’espansione termica piuttosto bassa.

Nel progettare la sostituzione con un pressocolato di zinco, è importante riprodurre non soltanto il getto di ghisa esistente con delle tolleranze più strette, ma anche ottimizzare la sua forma secondo l’utilizzo, oltre che aggiungere delle nuove caratteristiche per incrementare il valore del prodotto. E’ spesso possibile incorporare nello stesso pressocolato più pezzi accoppiati, così da ridurre il numero di parti ed i costi d’assemblaggio.

Pressofusione dello Zinco vs Lavorazione dell’Ottone

  • Costi di processo inferiori (anche per forme abbastanza semplici da tornire)
  • Costo del materiale inferiore
  • Sfrido di processo inferiore
  • Tolleranze ottenibili equivalenti o superiori

Il termine “ottone” include un’ampia gamma di leghe da deformazione plastica o da fonderia le cui proprietà meccaniche variano da moderate ad elevate. Ad ogni modo, la libertà di eseguire delle lavorazioni sulle barre grezze è notevole se si pensa alla loro eccezionale lavorabilità meccanica: si hanno, infatti, dei tassi di asportazione del metallo elevati e delle ottime finiture con una singola passata. Questo porta a dei costi di processo ridotti. Comunque, i costi di processo derivanti dalla pressofusione di un getto di zinco con la stessa forma sono di solito (se non sempre) inferiori, mentre il costo della materia prima è considerevolmente inferiore. Per questa ragione, i costi di realizzazione dello stampo possono essere convenienti anche se ripartiti su di un numero ridotto di pezzi.

Pressofusione dello Zinco vs Acciaio per Lavorazioni Meccaniche

  • Costi di processo inferiori
  • Resistenza alla corrosione superiore
  • Tolleranze ottenibili equivalenti o superiori

L’acciaio è lavorato più lentamente rispetto all’ottone, ma è utilizzato ancora abbastanza frequentemente poiché è più economico sia dell’ottone che dello zinco. Comunque, per tutte le forme più semplici, la riduzione notevole dei costi di processo ottenuta mediante la tecnologia della pressofusione dello zinco, può tradursi in un vantaggio di costo complessivo nel momento in cui si richiede un discreto numero di pezzi. Il termine “acciaio” comprende una quantità enorme di materiali ferrosi, con una varietà smisurata di proprietà meccaniche. Nel caso in cui si considera la sostituzione con una lega di zinco, l’acciaio in questione avrà senza dubbio un costo basso, un contenuto di carbonio ridotto, non sarà legato oppure potrà essere soggetto a diversi tipi di lavorazioni meccaniche. Questi tipi d’acciai non sono particolarmente resistenti, ma sono molto tenaci. Per questa ragione, quando si progetta un pressocolato per sostituire dei componenti sottoposti a sollecitazioni impulsive, è importante assicurarsi del fatto che la geometria porti ad una buona distribuzione dello stato di sforzo, evitando quegli intagli che intensifichino tali sforzi.

Pressofusione dello Zinco vs Assemblati in Lamiera di Acciaio Stampata
  • Costi di processo inferiori
  • Costi d’attrezzatura inferiori
  • Maggiore libertà di progettazione
  • Migliore accuratezza

I pezzi stampati in acciaio sono ampiamente utilizzati, poiché la loro resistenza e rigidezza in rapporto al costo sono molto elevate; inoltre è possibile ottenere eccellenti finiture superficiali. Per contro, la libertà di progettazione è notevolmente limitata e le forme più complesse sono spesso ottenute assemblando diverse parti, di solito per mezzo della saldatura. Spesso la geometria base di un pressocolato di zinco ben progettato può riunire i diversi pezzi assemblati, mentre la capacità di aumentare localmente le sezioni di parete per aggiungere delle particolari caratteristiche offre degli enormi vantaggi. Sebbene la pressofusione dello zinco non possa competere direttamente con l’acciaio in termini di rigidezza e tenacità, l’opportunità di aggiungere localmente del materiale significa che i pressocolati possono spesso misurarsi con l’assemblaggio dell’acciaio stampato, soprattutto con costi di processo e d’attrezzatura inferiori.

Pressofusione dello Zinco vs Pressofusione del Magnesio

  • Costi di processo inferiori
  • Angoli di spoglia inferiori
  • Migliore accuratezza
  • Rigidezza superiore
  • Resistenza a trazione ed allungamento superiori
  • Migliore resistenza alla corrosione
  • Migliore formabilità
  • Vita dell’attrezzatura maggiore
  • Più opzioni di finitura
  • Nessuno scintillamento

Il magnesio ha la sua dote principale nella densità veramente bassa. La pressofusione delle leghe di magnesio può essere realizzata a camera calda, utilizzando delle macchine speciali, per cui i tempi ciclo sono più rapidi se paragonati a quelli dell’alluminio (il quale può essere colato solamente a camera fredda). Il costo del materiale per unità di volume è simile a quello dell’alluminio: di conseguenza, in termini di costo del materiale, la pressofusione delle leghe di magnesio è competitiva sia con quelle d’alluminio che con quelle di zinco. Ad ogni modo, confrontando il carico di snervamento in rapporto al costo, l’utilizzo del magnesio non è così favorevole; confrontando la rigidezza, sempre in rapporto al costo, la situazione è ancora peggiore. Le proprietà delle leghe pressocolate di zinco sono superiori a quelle del magnesio sotto quasi tutti i punti di vista, a parte il peso. Per questo motivo, si tende a scegliere il magnesio soltanto quando la massa è un fattore decisivo

Pressofusione dello Zinco vs Stampaggio ad Iniezione della Plastica

  • Rigidezza enormemente superiore
  • Proprietà più consistenti
  • Migliore accuratezza
  • Costi di processo inferiori per componenti più sottili
  • Conducibilità termica molto superiore
  • Conducibilità elettrica
  • Schermatura EMI

Esiste un’ampia gamma di famiglie polimeri, ognuna delle quali ha proprietà differenti che dipendono fortemente da fattori come il grado di polimerizzazione, il tipo e la quantità di additivi e agenti di carica

Esiste un’ampia gamma di famiglie polimeri, ognuna delle quali ha proprietà differenti che dipendono fortemente da fattori come il grado di polimerizzazione, il tipo e la quantità di additivi e agenti di carica. Lo stampaggio ad iniezione della plastica è il processo produttivo utilizzato più comunemente per le forme complesse soggette a bassi carichi di servizio. Il problema principale nel sottoporre i pezzi stampati a sforzi maggiori è rappresentato dal loro modulo elastico, relativamente basso. Anche i pezzi rinforzati con fibra di vetro hanno moduli elastici inferiori rispetto ai pressocolati in metallo. Per questo motivo, nei componenti che richiedono una rigidezza omogenea moderata, gli spessori di parete devono essere superiori rispetto a quelli ottenibili nei metalli. Aumentando la sezione di parete di un pezzo realizzato in materiale plastico stampato ad iniezione, si aumenta non soltanto il contenuto di materiale, ma anche il tempo di stampaggio. Di conseguenza, i costi di processo aumentano in linea con il tempo ciclo, per cui lo stampaggio delle materie plastiche diventa meno competitivo all’aumentare dei requisiti di rigidezza necessari.

Riferimento 2

Proprietà Meccaniche e Fisiche
Materiale
UTS
MPa
Carico di Snervam.
MPa
Allungam.
 a rottura 
%
Modulo di
Young
GPa
Modulo di Scorrim. Viscoso
1000hrs a 20°C, GPa
Peso Specifico
Espansione Termica
m m/m/oC
Conducibilità Termica
W/m-°K
Capacità Termica
J/g- °C
Conducibilità Elettrica
 % IACS
Resistività Elettrica
mOhm-cm
Zinco
>50
ZP3
308
268
5.8
96
6.7
27.4
113
0.4187
27
6.37
ZP5
331
295
3.4
96
6.7
27.4
108.9
0.4187
26
6.54
ZP2
397
361
6.0
96
6.8
27.8
104.7
0.4187
25
6.85
ZP8
387
319
3.4
96
6.3
23.3
114.7
0.4354
27.7
6.20
Alluminio
~70
380 (equivalente a EN1706 AC46500)
324
159
3.5
71
2.76
21.1
109
0.963
26.9
6.4
356 T6 in conchiglia
228 min
152 min
3 min
72.4
2.68
21.4
151
0.963
39
4.4
Ottone
97
Ottone ad alta lavorabilità, UNS 36000
338 – 469
124 – 310
53 max
97
8.49
20.5
115
0.377
26
6.54
Acciaio
200
AISI 1020, 0.2% Carbonio Normalizzato
440
345
36
200
7.87
12.1
51.9
0.486
10.8
15.9
Magnesio
~44
AZ91D
230
150
3
44.8
1.81
26
72.7
1.047
12.1
14.3
Polimeri
ABS
30 – 65
29.5 – 65
2 – 110
1.8 – 3.2
<2
1.02 – 1.21
65 – 150
0.128 – 0.19
1.96 – 2.13
Nylon PA66
40 – 85.5
40 – 86
4.8 – 300
0.7 – 3.3
<1
1.03 – 1.16
65 – 150
0.25 – 0.28
1.6 – 2.75
PA66 rinforzato con il 30% di fibra di vetro
70 – 210
128 – 210
1.9 – 150
3.2 – 11
<6
1.11 – 1.41
17 – 104
0.22 – 0.5
1.2 – 2.35
Policarbonato
54 – 72
59 – 70
8 – 135
1.6 – 2.4
<2
1.17 – 1.45
32 – 120
0.19 – 0.21
1 – 1.2
Policarbonato rinforzato con il 30% di fibra di vetro
76 – 138
114 – 128
2 – 4
6.9 – 9.7
1.33 – 1.45
22 – 23.4
0.35
Polipropilene
19.7 – 80
12 – 43
3 – 887
0.5 – 7.6
<0.5
0.9 – 1.24
25 – 185
0.1 – 0.13
2
Polipropilene rinforzato con il 30% di fibra di vetro
42 – 100
55 – 79
1.5 – 16
4.8 – 8.3
1.08 – 1.47
32 – 41
0.32 – 0.33
Copolimero Acetalico
37 – 66
37 – 69
3 – 250
1.4 – 3.2
<1.5
1.29 – 1.43
12 – 162
Copolimero Acetalico rinforzato con il 30% di fibra di vetro
66 – 140
140
1.5 – 7
6.2 – 10
5.7
1.52 – 1.71
25 – 43.2
0.32 – 0.33
Poliestere (termoindurito)
33.5 – 70
70
0.5 – 5
3.1 – 10.6
1.3 – 2.0
135
0.17
Polisulfone
70 – 76
69 – 80
10 – 75
2.48 – 2.7
2.3 – 2.5
1.24 – 1.25
55 – 100
0.12 – 0.26
1.2
Polisulfone rinforzato con il 30% di fibra di vetro
107 – 125
110
1.8 – 1.3
7.58 – 9.9
8.3
1.46 – 1.49
21 – 29
0.3

Le informazioni riguardo ai materiali plastici in tabella sono ricavate da un gran numero di fonti, e come si può notare sono soggette ad ampia variabilità. Nei grafici proposti di seguito, per ognuna delle proprietà rappresentate è stato utilizzato il valore medio tra quello massimo e quello minimo. Questo ha portato ad alcune anomalie, come nel caso del carico di snervamento del PA66 rinforzato con fibra di vetro, considerevolmente superiore rispetto alla resistenza a trazione (situazione ovviamente impossibile). Questa situazione, probabilmente, si è verificata poiché i dati contenenti il valore più basso della resistenza a trazione non comprendevano il corrispondente valore del carico di snervamento.

ima01 ima02 ima03 ima04 ima05 ima06 ima07 ima08

 

 

 

 

 

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