Le fusioni a parete sottile sono generalmente definite come componenti con spessori di parete inferiori a 3 mm per le leghe ferrose e inferiori a 2 mm per le leghe non ferrose (ad esempio alluminio, magnesio). Il rapporto tra area superficiale e volume è elevato, causando una rapida perdita di calore. A differenza delle sezioni spesse, dove la cavità dello stampo si riempie facilmente, le sezioni sottili richiedono un controllo preciso della fluidità, della velocità di riempimento e del comportamento di solidificazione. Una produzione riuscita richiede un approccio olistico che comprenda la selezione della lega, la progettazione degli utensili e l’ottimizzazione dei processi.
1. Principali sfide nella fusione di pareti sottili
Colata incompleta (riempimento parziale): Il metallo fuso si solidifica prima di riempire completamente la cavità, soprattutto nelle estremità o nelle nervature sottili.
Chiusure fredde: Due fronti di flusso si incontrano ma non si fondono correttamente a causa della bassa temperatura, generando un difetto lineare.
Porosità gassosa e turbolenza superficiale: Velocità di riempimento elevate possono provocare l’inglobamento d’aria, mentre una ventilazione insufficiente porta a una contropressione.
Rottura a caldo e deformazione: Le sezioni sottili si raffreddano e si contraggono più rapidamente rispetto alle sezioni adiacenti più spesse, inducendo sollecitazioni di trazione e crepe.
Erosione dello stampo: Un flusso metallico ad alta velocità può erodere i nuclei di sabbia o le superfici dello stampo nei canali di colata sottili.
2. Considerazioni progettuali
2.1 Uniformità dello spessore della parete
Evitare cambiamenti bruschi nello spessore della parete. Transizioni graduali riducono le sollecitazioni termiche e i punti caldi. Se una variazione è inevitabile, inserire raccordi arrotondati (raggi ≥ 0,5× spessore) per migliorare il flusso e diminuire la concentrazione delle tensioni.
2.2 Spessore minimo pratico della parete
Lo spessore minimo dipende dalla fluidità della lega:
- Leghe di magnesio: 0,8–2 mm
- Leghe di alluminio: 1,2–8 mm
- Leghe di zinco: 0,5–0 mm (pressofusione a camera calda)
- Leghe di rame: 2,0–0 mm
- Ferro grigio: 3,0–0 mm (fusione in sabbia)
Al di sotto di questi limiti, i tassi di colata incompleta aumentano drasticamente.
2.3 Costole e rinforzi
Aggiungere piccole nervature o corrugazioni per aumentare la rigidità senza incrementare lo spessore nominale della parete. Queste caratteristiche favoriscono anche il flusso e riducono la deformazione.
3. Considerazioni sui parametri di processo
| Parametro | Raccomandazione per pareti sottili |
| Temperatura di colata | Aumentare la temperatura di 30–50 °C rispetto al normale per prolungare la fluidità, evitando però un’eccessiva inglobazione di gas. |
| Temperatura dello stampo | Preriscaldare gli stampi (ad esempio, gli stampi per pressofusione a 200–300 °C) per rallentare il raffreddamento. |
| Tempo di riempimento | Minimizzare – riempire la cavità in <0,1 secondi per piccole fusioni pressofuse; per le fusioni in sabbia, utilizzare un’alta pressione di mandata. |
| Sfiato | Aumentare l’area degli sfiati e il numero degli stessi per permettere la fuoriuscita dell’aria intrappolata. |
| Posizione del canale di alimentazione | Posizionare i canali di colata nella sezione più spessa e dirigere il flusso verso le zone sottili; evitare l’impiego di molteplici canali che potrebbero causare chiusure fredde. |
4. Scelta della lega
Utilizzare leghe con un intervallo di solidificazione ridotto (ad esempio, composizioni eutettiche o quasi eutettiche) per ridurre la formazione di cricche da ritiro termico. Per l’alluminio, la lega A356 (Al-Si-Mg) offre una buona fluidità e resistenza alle fessurazioni. Per il magnesio, la lega AZ91D è ampiamente impiegata nelle pressofusioni di spessore ridotto. Evitare leghe con un lungo intervallo di solidificazione (ad esempio, alcune leghe di ottone) per parti estremamente sottili.
5. Tecnologia degli stampi e dei nuclei
- Fusione in sabbia: utilizzare sabbia più fine (AFS 55–65) con leganti a bassa generazione di gas per migliorare la finitura superficiale e ridurre l’attrito. Impiegare refrigeranti vicino alle sezioni sottili per ottenere una solidificazione direzionale.
- Pressofusione ad alta pressione: per pareti sottili sono consigliabili elevate velocità di iniezione (3–5 m/s) e alte pressioni (80–120 MPa). Applicare assistenza sotto vuoto per eliminare la porosità.
- Fusione a cera persa: utilizzare uno strato primario più sottile per una migliore riproduzione dei dettagli; controllare la temperatura del guscio per evitare un raffreddamento prematuro.
6. Considerazioni post-fusione
Le fusioni a parete sottile tendono a deformarsi durante lo scuotimento, la rifinitura e il trattamento termico.
- Raffreddamento: consentire un raffreddamento uniforme nello stampo o su un dispositivo di raffreddamento per prevenire la deformazione.
- Trattamento termico: utilizzare tempra controllata (ad esempio, con acqua calda o con tempra mediante polimero) anziché acqua fredda, al fine di minimizzare le deformazioni.
- Manipolazione: sostenere le sezioni sottili durante le operazioni di rifinitura (levigatura, rifilatura) per evitare piegamenti o fratture.
7. Lista di controllo per la prevenzione dei difetti
✓ Verificare la simulazione del riempimento dello stampo (ad esempio, utilizzando MAGMA, ProCAST) per individuare eventuali aree di mancato riempimento.
✓ Aumentare simultaneamente la temperatura di colata e la temperatura dello stampo.
✓ Utilizzare pozzi di trabocco o sfiati nelle parti più estreme e con pareti sottili.
✓ Applicare un rivestimento protettivo sugli stampi in sabbia per ridurre l'attrito e le perdite di calore.
✓ Nel caso della pressofusione ad alta pressione, ridurre lo spessore del biscotto per garantire una corretta trasmissione della pressione.
✓ Ispezionare i primi campioni mediante radiografia o penetrante colorato; regolare i canali di alimentazione in base ai segni di flusso.