Process parameters affecting quality of high-pressure die cast aluminium alloys

La pressocolata è un processo ampiamente utilizzato per produrre componenti con elevata produttività e geometria complessa. Comunque, la pressocolata è ancora considerata un “processo generatore di difetti”, dal momento che una percentuale del 5-10% di scarto è rilevata di solito nei getti. Per questa ragione, la disponibilità di nuovi standard e strumenti per l’ottimizzazione di processo è uno dei bisogni più importanti del settore della fonderia. Entrambe queste criticità sono affrontate in questa Tesi. Per prima cosa, è stata sviluppata e successivamente pubblicata come Report Tecnici riconosciuti dal CEN una nuova classificazione dei difetti e degli stampi di riferimento per stimare le proprietà meccaniche statiche delle leghe di alluminio, rispondendo al bisogno di nuovi standard. Poi, è stata sviluppata una metodologia nuova e completa per ottimizzare il processo di pressocolata attraverso la definizione di metamodelli significativi. Quindi, sono stati introdotti dei nuovi parametri di processo, che rappresentano i più importanti fenomeni fisici che influenzano la qualità dei getti e la natura integrale del processo di pressocolata, ed è stato delineato un approccio originale. In particolare, allo scopo di fornire una rappresentazione efficace delle diverse fasi del processo, si è dimostrato che i seguenti parametri sono i più influenti ed efficaci nel rappresentare le forze trasmesse, il flusso di energia meccanica e l’asportazione del calore: il valore quadratico medio dell’accelerazione in seconda fase, l’energia associata alle forze di flusso nell’intero ciclo, il lavoro delle forze di pressione nella terza fase e il gradiente termico normalizzato. I primi due parametri descrivono l’effetto del profilo di moto del pistone; il secondo è invece legato anche alla pressione esercitata dal pistone stesso, mentre l’ultimo rappresenta esclusivamente fenomeni di natura termica. Lo sviluppo ed il calcolo di questi parametri sfrutta le tecniche di elaborazione numerica dei segnali, al fine di estrarre le informazioni dai profili misurati di posizione e di pressione del pistone. La validazione del metodo proposto è stata condotta attraverso quattro diverse campagne sperimentali, con un totale di 210 getti analizzati, nelle quali sono state utilizzate diverse macchine di iniezione, diversi stampi e diverse leghe, al fine di ottenere risultati generali ed estendibili. La correttezza del metodo proposto è confermata dalla correlazione statistica dei parametri proposti con la resistenza meccanica statica, con la densità, la porosità, e da alcune significative analisi metallografiche (percentuale di ossidi sulle superfici di frattura, analisi dei difetti interni). Data l’efficacia dimostrata dei parametri proposti, ed in particolare di quelli legati al profilo di moto del pistone, l’approccio è stato esteso tramite lo sviluppo di alcune relazioni analitiche per calcolare i due parametri cinematici. Ciò rappresenta uno strumento efficace per sintetizzare a priori il profilo di moto ottimale del pistone che, nel rispetto dei vincoli di macchina, consenta di ottimizzare la qualità dei getti.