La differenza fondamentale sta nel modo in cui l’alluminio fuso viene forzato nello stampo: la pressofusione ad alta pressione (HPDC) utilizza 10–175 MPa di pressione di iniezione per riempire la cavità in millisecondi , mentre bassa pressione pressofusione (LPDC) si basa su 0,02–0,1 MPa di pressione del gas controllata, mentre la pressofusione a gravità (GDC) non utilizza alcuna pressione esterna, ma solo il peso del metallo. Queste differenze nei fondamenti del processo si traducono in risultati distinti in termini di velocità, complessità delle parti, proprietà meccaniche e costi.
Comprendere la meccanica fisica spiega perché ciascun metodo si adatta a diverse applicazioni.
L'alluminio fuso viene iniettato in uno stampo di acciaio temprato velocità di 30–100 m/s da un pistone idraulico. Il metallo riempie la cavità in 10-100 millisecondi e si solidifica sotto pressione sostenuta. Esistono due varianti: a camera calda (per leghe a basso punto di fusione) e a camera fredda (standard per l'alluminio). I tempi di ciclo corrono veloci come 15–60 secondiondi per parte .
Sotto lo stampo si trova una fornace sigillata. Il gas pressurizzato (tipicamente 0,02–0,1 MPa) spinge il metallo attraverso un tubo montante nella cavità dello stampo. Il riempimento lento e controllato riduce al minimo la turbolenza, con conseguente bassa porosità ai gas ed ottima solidità interna . I tempi di ciclo sono più lunghi, in genere 3–8 minutiuti per parte.
Chiamata anche fusione in stampo permanente, la GDC versa l'alluminio fuso per gravità direttamente in uno stampo metallico riutilizzabile senza alcuna pressione applicata. Il riempimento è lento e delicato, rendendo il processo ideale per parti a pareti spesse e strutturalmente critiche. È la configurazione più semplice, con i costi degli utensili sono inferiori del 30–50% rispetto all'HPDC per dimensioni delle parti comparabili.
La tabella seguente cattura i parametri più rilevanti per le decisioni in tutti e tre i metodi.
| Parametro | Alta pressione (HPDC) | Bassa pressione (LPDC) | Gravità (GDC) |
|---|---|---|---|
| Pressione di iniezione | 10–175 MPa | 0,02–0,1 MPa | Nessuno (solo gravità) |
| Tempo di ciclo | 15–60 sec | 3–8 min | 3–10 minuti |
| Spessore minimo della parete | 0,5–1,0 mm | 2–3 mm | 3–5 mm |
| Finitura superficiale (Ra) | 0,8–1,6 μm | 1,6–3,2 μm | 3,2–6,3 μm |
| Livello di porosità | Superiore (intrappolamento del gas) | Basso | Basso-medio |
| Saldabilità/Trattamento Termico | Limitato (porosità) | Sì | Sì |
| Costo degli utensili (relativo) | Alto ($ 50.000–$ 250.000) | Medio | Bassoest |
| Volume di produzione ottimale | 50.000–1 milione di parti | 5.000–100.000 parti | 500-50.000 parti |
| Tolleranza dimensionale (grado IT) | IT8–IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
L'elevata velocità di iniezione dell'HPDC gli consente di riempire cavità complesse con spessori di parete sottili quanto 0,5 mm - una capacità ineguagliata dagli altri due metodi. Gli alloggiamenti delle trasmissioni automobilistiche, i vani batteria dei veicoli elettrici e i telai degli smartphone si affidano tutti a questa capacità di produrre geometrie sottili e complesse su larga scala.
L'LPDC è preferibile laddove la complessità è moderata ma l'integrità interna è fondamentale. Le ruote in alluminio per autoveicoli, una delle applicazioni LPDC a volume più elevato, richiedono il bassa porosità e microstruttura coerente che il tasso di riempimento controllato fornisce, combinato con pareti generalmente di 3 mm o più spesse.
GDC gestisce bene le sezioni trasversali più spesse. Le testate dei cilindri del motore e i collettori di aspirazione sono parti GDC comuni, dove gli spessori delle pareti di 5–10 mm sono normali e la solidificazione più lenta aiuta effettivamente la struttura del grano e la lavorabilità.
Le parti HPDC hanno strutture a grana fine vicino alla superficie a causa della rapida solidificazione, che garantiscono una buona resistenza alla trazione, in genere 240–310 MPa UTS per leghe comuni come A380. Tuttavia, la porosità interna del gas derivante dal riempimento turbolento limita la duttilità e rende rischioso il trattamento termico (possono formarsi vesciche).
LPDC e GDC consentono entrambi il trattamento termico T6 (trattamento termico in soluzione dell'invecchiamento artificiale), spingendo la resistenza alla trazione a 280–330 MPa con allungamenti del 5–12% in leghe come A356-T6. Ciò li rende il percorso preferito per le parti strutturalmente caricate nei sistemi di sospensione, nei fusi a snodo e nelle staffe aerospaziali.
| Processo | Lega comune | UTS (MPa) | Carico di snervamento (MPa) | Allungamento (%) |
|---|---|---|---|---|
| HPDC | A380 | 240–310 | 160–170 | 1–3.5 |
| LPDC (T6) | A356-T6 | 280–310 | 200–240 | 6–12 |
| GDC (T6) | A356-T6 | 275–310 | 195–235 | 5–10 |
Gli utensili HPDC sono costosi: uno stampo di produzione per una parte automobilistica di media complessità in genere costa $ 80.000– $ 200.000 ed è valutato per 100.000-500.000 colpi. Questo costo iniziale ha senso dal punto di vista economico solo se ammortizzato su volumi elevati. Con 500.000 pezzi, il costo degli utensili per pezzo scende a un minimo di 0,16-0,40 dollari.
Gli stampi GDC, spesso realizzati in ghisa o acciaio dolce, sono costosi 30–50% in meno rispetto agli stampi HPDC equivalenti e sono adatti a prototipi o cicli di produzione a basso volume di 500-10.000 parti. In genere, gli strumenti LPDC si collocano nel mezzo $ 30.000– $ 100.000 , giustificato dalle industrie di ruote e componenti strutturali che gestiscono lotti di 20.000-80.000 all'anno.
Ciascun metodo ha ritagliato una nicchia applicativa distinta basata su questi compromessi.
Il quadro decisionale è semplice una volta definiti i requisiti dell’applicazione:
L'HPDC assistito dal vuoto sta sempre più colmando il divario: evacuando la cavità dello stampo prima dell'iniezione, la porosità del gas diminuisce in modo significativo, consentendo il trattamento T5 o T6 su parti fuse ad alta pressione. Questa variante è ora ampiamente utilizzata nei componenti strutturali automobilistici come torri antiurto e nodi body-in-white, dove sono necessarie contemporaneamente pareti sottili e trattabilità termica.
