Processi di Finitura

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Lucidatura ed Elettrodeposizione

Tutte le leghe di zinco da pressofusione trattate in questa pubblicazione possono essere facilmente lucidate e rivestite in galvanica. I pressocolati lucidati presentano una tonalità bianco-azzurra ed hanno una riflettività elevata. Con il trascorrere del tempo, la superficie non lucidata si opacizza diventando grigio-scura: di conseguenza è usuale proteggerla con un rivestimento organico neutro oppure, più frequentemente, mediante deposizione galvanica. Le comuni finiture decorative elettrodeposte possono essere a base di cromo, nichel, ottone, argento ed oro. Di queste soltanto il cromo e l’oro sono davvero immuni all’opacizzazione.

Non è raro che i pressocolati siano rivestiti da un sottile rivestimento di zinco elettrodeposto, sottoposto in seguito a passivazione. Ogni finitura che precede quest’operazione si limita, solitamente, ad un trattamento vibratorio. La ragione per cui si utilizza lo zinco è la possibilità di ottenere una finitura passivata neutra: soltanto la lega ZP3 può essere passivata con questo risultato. Ad ogni modo la passivazione neutra, sia sulla ZP3 che sullo zinco puro, è adatta soltanto per un utilizzo interno poiché ha una resistenza all’usura davvero limitata.

Elettrodeposizione in Rotobarile

I pressocolati di piccole dimensioni sono spesso sottoposti alla deposizione in rotobarile di rame seguito dal nichel (non è possibile utilizzare il cromo). Poiché questo metodo non richiede alcuna sistemazione individuale dei pezzi, esso ha un costo inferiore rispetto alla deposizione su telaio che necessita, al contrario, di un’adeguata disposizione dei getti; il limite è dato dal fatto che non può essere utilizzato nel caso di pezzi dalle dimensioni elevate, a causa del danno derivante dagli impatti. La differenza di costo tra la barilatura delle forme semplici e quelle complesse è minima, a patto che sia realizzabile e che sia minimizzata l’entità delle perdite e del tempo necessari. Le piccole sporgenze arrotondate od i bordi sollevati sono utili sulle superfici piane per prevenire sia le compenetrazioni che gli incollaggi.

A volte i getti sono sottoposti a deposizione galvanica o elettrochimica per ragioni non necessariamente legate all’aspetto ma funzionali: queste possono essere, ad esempio, l’aumento della resistenza all’usura, il miglioramento delle proprietà elettriche oppure la necessità di favorire la brasatura. Il design del pezzo per la deposizione elettrochimica non è critico come nel caso della galvanica, poiché il rivestimento accresce in modo omogeneo su tutte le superfici, qualsiasi sia la loro forma.

Design dei Getti da Sottoporre a deposizione

L’esigenza di realizzare su di un getto pressocolato una finitura elettrodeposta qualitativamente elevata, necessita di una notevole cura dal punto di vista della sua progettazione e produzione. La superficie deve essere sostanzialmente priva di difetti superficiali. Questo di per sé implica delle restrizioni sul design del pezzo: la disposizione dell’attacco di colata diventa più critica e la sua sezione può essere necessariamente più ampia rispetto a quella di pezzi che richiedono di un altro tipo di finitura. E’ opportuno considerare anche la modalità impiegata per lucidare il pezzo, oltre a come rimuovere o nascondere i segni della linea di separazione. Di solito questi aspetti hanno effetti notevoli sulla progettazione del pezzo. Un altro fattore da considerare è la tendenza dello strato deposto ad ispessirsi sulle superfici convesse e sugli angoli esterni e, al contrario, ad assottigliarsi sulle superfici concave e sugli angoli interni. Le finiture molto riflettenti non dovrebbero mai essere applicate sulle superfici completamente piane, poiché mettono in risalto anche le più piccole anomalie di planareità dovute alle variabili di pressofusione e finitura.

Riferimento 2

Sono state codificate alcune regole di progettazione volte a favorire il processo di deposizione in modo da minimizzare i costi di finitura, promuovere una distribuzione uniforme dei metalli sulle superfici ed assicurarne l’adesione. Di seguito si fa riferimento all’ampia esperienza conseguita nella deposizione di cromo sui pressocolati in lega di zinco. Pertanto le specifiche elencate sono limitate a tale ambito. I principi generali tratti a partire da queste specifiche possono essere applicati, in modo più generale, anche alle altre leghe di zinco così come agli altri processi.

I pressocolati in lega di zinco sono rivestiti in successione con rame, due o tre strati di nichel, e con il cromo. Lo spessore di ciascuno strato è strettamente controllato secondo le specifiche personali dell’utente. Le operazioni di finitura come la smerigliatura, la lucidatura o la vibrofinitura, unitamente ai costi di placcatura, possono arrivare a ricoprire la metà dei costi di prodotto.

Il getto deve essere progettato per minimizzare l’insorgere di problemi durante la finitura disponendo la linea di separazione, gli attacchi di colata, gli sfiati, i pozzetti e gli estrattori in modo da evitare o minimizzare il formarsi di segni dopo la rottura o la tranciatura. Essi, se possibile, devono essere collocati su superfici funzionalmente poco importanti. Inoltre, devono avere una dimensione tale da produrre dei getti intatti e con una buona qualità superficiale. Per trovare un compromesso tra questi criteri, spesso mutevoli e conflittuali, è essenziale già negli stadi preliminari della progettazione una stretta interazione tra chi realizza lo stampo e chi esegue le operazioni di deposizione.

Alcuni dettagli del getto possono influire in modo rilevante sui costi di deposizione, perché la corrente elettrica non è distribuita in modo uniforme in tutta la vasca di trattamento: essa tende a concentrarsi lungo i passaggi che presentano la minima resistenza elettrica. La complessità e la forma del getto influenzano la densità di corrente, e quindi l’accumulo del materiale deposto. Uno spessore di rivestimento uniforme può essere ottenuto soltanto sulle curvature più dolci e sulle superfici convesse. Gli spigoli, i bordi, le alettature, le nervature e le altre proiezioni tendono ad accumulare una parte rilevante di metallo deposto. Per contro, le scanalature, le dentature a denti di sega, i fori, le concavità e le cavità profonde presentano una deposizione di metallo più scarsa.

L’area che riceve il rivestimento più sottile, di solito, è l’area che in seguito cede per prima. Le specifiche ne tengono conto: difatti richiedono uno spessore minimo di deposizione su qualsiasi area esposta alla vista durante l’utilizzo del getto. Le tecniche come l’utilizzo di schermature, di catodi ed anodi ausiliari adottate durante la placcatura possono aiutare a rendere lo spessore più uniforme, ma di solito un buon design del getto costituisce il metodo più efficace.

Le disposizioni per le operazioni di smerigliatura, lucidatura ed elettroplaccatura devono trovare un compromesso tra ciò che è funzionale, ciò che è più opportuno e quelli che sono i requisiti stilistici del design. Il seguente elenco riassume i principi illustrati nelle tabelle proposte di seguito:

– Le superfici convesse sono da preferirsi a quelle piane. Si raccomanda una bombatura minima di 0.015mm/mm per migliorare la distribuzione del riporto e nascondere le imperfezioni del substrato che possono affiorare con una lucidatura non omogenea. Se le superfici piane sono considerate essenziali per il design, una finitura al cromo satinata piuttosto che una finitura al cromo brillante può nascondere, od almeno non amplificare, le ondulazioni superficiali.

– Tutti i bordi devono essere smussati od arrotondati con un raggio di almeno 0.4mm (preferibilmente di 0.8mm). I raggi inferiori a tali valori sono notevolmente stondati dal metallo depositato. Gli spigoli vivi dovrebbero essere evitati per diverse ragioni. Prima di tutto, a seguito della deposizione diventano una specie di cordone, aspetto in contrasto con quello previsto dal design. In secondo luogo gli spigoli vivi a contatto con le superfici verniciate possono incidere lo strato di vernice e portare alla formazione di ossido. Infine, essi complicano le operazioni di fusione e deposizione, oltre ad aumentare i costi di smerigliatura e lucidatura, poiché asportano l’abrasivo delle tele utilizzate per smerigliare.

– La profondità delle rientranze concave deve essere ridotta al minimo. Gli intagli profondi, con una profondità superiore al 50% della larghezza, dovrebbero essere evitati. Diversamente, si deve prolungare il tempo di deposizione così da ottenere lo spessore depositato minimo richiesto. Il tempo è maggiore anche quando le pareti laterali sono inclinate e gli angoli esterni ed interni sono arrotondati. L’uniformità dello spessore deposto nelle fessure e negli intagli profondi con un diametro minimo di 50mm può essere migliorata utilizzando delle schermature di corrente per mascherare le aree ad alta densità di corrente, oppure degli speciali anodi ausiliari per focalizzare una corrente supplementare sul fondo e sulle pareti laterali degli intagli. Questi dispositivi possono minimizzare od eliminare il tempo aggiuntivo di placcatura che sarebbe altrimenti richiesto. Gli schermi e gli anodi ausiliari hanno dei costi, ma questi sono solitamente inferiori se paragonati con quelli richiesti da una placcatura più prolungata. Nella tabella sottostante sono riassunti i tipici costi aggiuntivi di placcatura per pezzi con scanalature ed intagli profondi in funzione del rapporto profondità/ampiezza. Le percentuali sono una quota approssimativa del costo aggiuntivo per le scanalature ad angolo retto arrotondato con un raggio minimo di 0.8mm. Se nelle scanalature o nelle cavità è richiesta una finitura a specchio di qualità elevata, è possibile che i costi siano ancora maggiori: questo a causa della necessità di effettuare un’accurata smerigliatura, operazione precedente alla placcatura.

Quote di costo per la placcatura nel caso di pezzi con scanalature e rientranze profonde (a).

Rapporto Profondità/Ampiezza Aumento nel Tempo di Placcatura % Quota Approssimativa del Costo di Placcatura %
1/2 20 12
5/8 40 24
3/4 60 36
7/8 80 48
1 100 60

– Le cavità a fondo piano devono essere arrotondate, e la profondità limitata al 50% della loro ampiezza. Le rientranze profonde, di solito, aumentano i costi di placcatura in funzione dell’ampiezza e del raggio degli angoli tra i piani perpendicolari. Di seguito sono riassunti i raggi suggeriti per alcune rientranze specifiche. Gli angoli interni ed esterni delle rientranze possono essere ovviamente smussati, piuttosto che essere arrotondati. In alcuni casi l’angolo minimo definito dallo smusso deve essere di 100°.

Raggi Minimi per gli Angoli Definiti dalle Rientranze

Profondità della Rientranza mm Raggio Minimo dell’Angolo tra Piani Perpendicolari mm
1.60 0.4
3.20 0.8
6.40 1.6
9.50 2.4
12.7 3.2

Se per motivi funzionali sono richiesti degli angoli maggiori, i requisiti minimi dello spessore possono non corrispondere a quelli normalmente specificati, con la conseguente riduzione della resistenza alla corrosione in corrispondenza della parte esterna delle rientranze. La norma ASTM 142-58 esclude dai requisiti delle superfici ritenute maggiormente critiche i fori, le rientranze e le basi degli angoli; si tenga presente che il termine “superficie critica” è definito come quella parte visibile che può essere toccata da una sfera di 19.0mm di diametro, oppure con un diametro concordato tra il pressofonditore ed il cliente.

– Quando, per ottenere degli effetti decorativi, si preferiscono delle scanalature angolate in modo più marcato, è raccomandabile l’applicazione di una finitura organica. Questo tipo di finitura è applicato successivamente a deposizione. Di solito la finitura verniciata ha un costo inferiore rispetto alla quota di costo necessaria per placcare il fondo delle scanalature (nel caso in cui sia specificato uno spessore minimo di rame e nichel).

– Le cave ed i fori dovrebbero essere ampliati ad almeno il doppio della loro profondità, e le cave dovrebbero essere spaziate in modo da rendere la distanza tra i centri pari a minimo quattro volte la loro larghezza. I contorni circolari od ellittici tra le cave sono preferibili rispetto alle geometrie quadrate o rettangolari.

– Il numero di fori ciechi dovrebbe essere minimo, e la loro profondità limitata ad una volta e mezza la loro larghezza; diversamente, lo spessore del riporto all’interno dei fori può risultare inadatto. I fori ciechi su lati opposti di un pezzo devono essere evitati: diversamente, l’intrappolamento della soluzione di placcatura nel getto può risultare deleterio.

– I fori filettati dovrebbero essere svasati per minimizzare l’ispessimento del riporto nelle zone periferiche, rendendo più agevole l’inserzione degli elementi di fissaggio in seguito alla placcatura. La distribuzione del metallo depositato nei fori filettati, nervati o scanalati è disomogenea, aspetto da tenere in considerazione nel caso di superfici da accoppiare in fase d’assemblaggio. Tali fori possono anche trattenere i materiali detergenti o le soluzioni di placcatura: questi fluidi possono dar luogo a fenomeni corrosivi, in modo particolare nelle zone in cui elementi di fissaggio in acciaio sono posti a contatto con i getti di zinco. Alcuni produttori preferiscono maschiare le filettature dopo la placcatura, per assicurare che ciò non accada.

– L’altezza delle alettature o delle nervature deve essere ridotta al minimo. In corrispondenza della base si suggerisce un raggio ampio, superiore a 1.6mm. Le estremità appuntite dovrebbero avere almeno lo stesso raggio. Le alettature parallele dovrebbero essere spaziate con una distanza minima tra i centri pari a quattro volte la loro larghezza, in modo da ottenere lo spessore corretto di metallo depositato. In genere le nervature o le alette larghe e cave sono da preferirsi a quelle piccole e massicce.

– I bordi perpendicolari ad una faccia e le aree con effetto schermante riducono l’uniformità dello spessore di metallo e prolungano il tempo di placcatura. I bordi corti, pari a circa 6.4mm o meno, possono essere accettabili se gli angoli interni sono arrotondati con un raggio di 2.4mm o più. I lati dovrebbero essere inclinati con una conicità di 3°, e i bordi sporgenti dovrebbero essere generosamente arrotondati.

– Le lettere incassate sono preferibili rispetto a quelle in rilievo. I bordi dovrebbero essere smussati con dei leggeri raggi di raccordo. L’applicazione di una vernice decorativa nei simboli incassati poco profondi produce un contrasto eccellente con la placcatura al cromo. Le lettere in rilievo, con un’altezza pari al 50% o meno della larghezza, sono più facili da placcare rispetto a quelle più alte. Alcuni progettisti specificano un’altezza massima di 4.8mm. I bordi e gli spigoli dovrebbero essere arrotondati, altrimenti le superfici adiacenti alle fessure potrebbero avere uno spessore di placcatura non accettabile. In corrispondenza dell’incisione si raccomandano dei lati inclinati.

– I contorni periferici con una forma circolare od ellittica promuovono uno spessore del rivestimento uniforme. Aste, denti ed altre sporgenze periferiche riducono l’uniformità e prolungano il tempo di deposizione. Le sporgenze irregolari con lati perpendicolari piani “rubano” un’eccessiva quantità di corrente durante la deposizione.

– I perni filettati utilizzati per gli elementi di fissaggio, dovrebbero avere un profilo quanto possibile ribassato, e gli angoli interni sul fondo dovrebbero essere generosamente arrotondati. Allo stesso modo, devono essere arrotondate anche le estremità. Diversamente, si ha sulle estremità una deposizione spessa di materiale con un aumento dimensionale superiore ai livelli consentiti. Se i perni sono filettati prima della placcatura, lo spessore sulle superfici maggiormente rilevanti è limitato soltanto a 0.005mm, con un massimo di 0.0075 mm. In generale si dovrebbe mantenere una tolleranza pari a cinque volte lo spessore medio placcato. Se sono richiesti dei rivestimenti più spessi, si devono adottare delle filettature speciali.

– Le borchie od i prigionieri filettati che presentano delle parti centrali cave, dovrebbero essere il più possibile accorciati, ed essere angolati di 90° rispetto al piano principale del getto. Tutte le borchie dovrebbero avere la stessa direzione in modo da facilitare sia la sistemazione sui supporti che il processo di deposizione.

– Sui contorni tondeggianti si devono applicare dei fori di drenaggio per evitare il lavaggio manuale (costoso) tra le operazioni di pulitura e deposizione che sarebbe altrimenti richiesto. Per i pezzi tubolari dovrebbe essere previsto un drenaggio completo così da prevenire l’intrappolamento della soluzione di galvanica: diversamente, i tubi dovrebbero essere chiusi in modo ermetico.

Le forme complesse possono intrappolare delle bolle d’aria durante il processo di deposizione, dando luogo ad aree difettose. Sono richiesti anche dei punti d’ancoraggio per offrire un buon contatto elettrico tra il pezzo e la rastrelliera durante la placcatura. Questi punti possono essere costituiti da un foro, una filettatura od un’aletta collocate preferibilmente nelle zone in cui l’aspetto superficiale non è rilevante.

Riferimento 25

Effetto del disegno del Getto sull’Elettrodeposizione

Platability Factors

Features are exaggerated for purposes of illustration

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