Pressofusioni in alluminio per componenti automobilistici: la guida definitiva

Le pressofusioni di alluminio sono la scelta preferita per i componenti delle automobili moderne perché riducono il peso senza sacrificare la resistenza

Pressofusioni di alluminio sono ampiamente utilizzati per i componenti automobilistici perché riducono il peso del veicolo di circa il 40-50% rispetto alle parti equivalenti in acciaio, pur soddisfacendo le esigenze strutturali e termiche delle applicazioni di motore, trasmissione e telaio . Il processo di pressofusione ad alta pressione (HPDC) consente inoltre di produrre forme complesse a pareti sottili con tolleranze dimensionali strette in un unico passaggio, riducendo la necessità di più parti lavorate o saldate.

Questa combinazione di leggerezza, flessibilità di progettazione ed efficienza produttiva è il motivo per cui le pressofusioni di alluminio ora compaiono nei blocchi motore, negli alloggiamenti della trasmissione, nelle staffe strutturali e, sempre più spesso, negli involucri delle batterie dei veicoli elettrici e negli alloggiamenti dei motori.

Perché le case automobilistiche si affidano alla pressofusione di alluminio

Il peso del veicolo influisce direttamente sull’efficienza del carburante, sull’autonomia e sulle emissioni, motivo per cui negli ultimi vent’anni le case automobilistiche hanno costantemente sostituito le parti in ghisa e acciaio con alternative in alluminio. Ridurre il peso del veicolo del 10% può migliorare l’efficienza del carburante di circa il 6-8% , secondo studi di ingegneria automobilistica, rendendo la pressofusione di alluminio una leva diretta per raggiungere gli obiettivi di risparmio di carburante ed emissioni.

Libertà di progettazione e consolidamento delle parti

La pressofusione ad alta pressione consente agli ingegneri di combinare quelle che sarebbero state cinque o sei parti separate di acciaio stampato o lavorato a macchina in un'unica fusione di alluminio. Questo consolidamento delle parti riduce i tempi di assemblaggio, elimina i punti di fissaggio e di saldatura che potrebbero guastarsi e semplifica la catena di fornitura. Alcuni produttori di veicoli elettrici hanno utilizzato grandi pezzi fusi in alluminio monopezzo, a volte chiamati “gigacasting”, per sostituire dozzine di singoli componenti strutturali nel sottoscocca di un veicolo.

Proprietà termiche ed elettriche

L'elevata conduttività termica dell'alluminio lo rende adatto per componenti che necessitano di dissipare il calore, come blocchi motore, alloggiamenti di trasmissione e involucri di motori elettrici. La sua discreta conduttività elettrica è preziosa anche nelle applicazioni per veicoli elettrici come gli involucri delle batterie e gli alloggiamenti delle sbarre collettrici, dove sono importanti la gestione del calore e la schermatura elettromagnetica.

Componentei automobilistici comuni realizzati in pressofusione di alluminio

Le pressofusioni di alluminio sono presenti in quasi tutti i principali sistemi di veicoli. La tabella seguente illustra i componenti più comuni e il motivo per cui viene scelta la pressofusione di alluminio per ciascuno.

Scegliere la giusta lega di alluminio

Non tutte le leghe per pressofusione di alluminio hanno le stesse prestazioni, pertanto la scelta della lega deve corrispondere ai requisiti meccanici e termici del componente.

• A380 — la lega per uso generale più comune, che offre un buon equilibrio tra resistenza, colabilità e costo per staffe e alloggiamenti.
• A383 — caratteristiche di riempimento dello stampo migliorate, spesso utilizzate per parti a parete sottile e con geometria complessa.
• A360 — maggiore resistenza alla corrosione e robustezza, adatta a componenti esposti all'umidità o ai prodotti chimici stradali.
• Silafont-36/AlSi10MnMg — leghe ad alta duttilità sempre più utilizzate nelle fusioni di veicoli elettrici strutturali e rilevanti per gli urti.

Fattori di qualità che determinano l'affidabilità della fusione

Controllo della porosità

La porosità, ovvero il gas intrappolato e i vuoti di ritiro all'interno della fusione, sono la principale causa di cedimento strutturale nelle parti automobilistiche pressofuse. Anche una porosità interna dell'1-2% può ridurre la resistenza alla fatica di oltre il 20% nei componenti portanti, motivo per cui fornitori affidabili utilizzano la pressofusione sotto vuoto o l'ispezione a raggi X per le parti critiche per la sicurezza.

Tolleranza dimensionale e finitura superficiale

Le pressofusioni automobilistiche richiedono in genere tolleranze comprese tra ±0,1 mm e ±0,3 mm a seconda della parte, poiché molti componenti si accoppiano direttamente con parti lavorate o stampate in altre parti dell'assieme. Anche i requisiti di finitura superficiale variano in base all'applicazione, con superfici cosmetiche o sigillanti che necessitano di ulteriore lavorazione o rivestimento dopo la fusione.

Considerazioni sui costi nella pressofusione di alluminio

Il costo degli utensili rappresenta il maggiore investimento iniziale nella pressofusione, con stampi in acciaio per parti automobilistiche complesse che spesso costano decine di migliaia di dollari a seconda delle dimensioni e del numero di cavità. Ciò rende la pressofusione più conveniente per volumi di produzione medio-alti, in genere superiore a 10.000 unità , in cui il costo degli utensili per pezzo è distribuito su una produzione sufficiente a compensare l'investimento iniziale.

Anche il costo dei materiali fluttua con i prezzi globali dell’alluminio, quindi i fornitori che offrono leghe di alluminio riciclato o secondario possono offrire risparmi significativi per componenti non critici per la sicurezza senza compromettere le prestazioni.

Come selezionare un fornitore affidabile di pressofusione di alluminio

1. Confermare la certificazione IATF 16949, il requisito standard di gestione della qualità dell'industria automobilistica.
2. Richiedi rapporti sulla porosità e sulla certificazione dei materiali per componenti critici per la sicurezza.
3. Verifica la capacità interna degli strumenti e della lavorazione per ridurre i tempi di consegna e i problemi di coordinamento.
4. Richiedi parti campione e rapporti di ispezione dimensionale prima di impegnarti nell'intero volume di produzione.
5. Valuta la loro esperienza con i tuoi requisiti specifici di lega e spessore delle pareti.

Da allora, la scelta di un fornitore con un controllo di processo comprovato è importante tanto quanto la lega o il design stesso la maggior parte dei difetti della pressofusione sono dovuti a parametri di processo incoerenti piuttosto che a una progettazione scadente del pezzo . Un fornitore in grado di dimostrare livelli di porosità costanti, ripetibilità dimensionale e certificazione automobilistica è generalmente il partner più sicuro a lungo termine per la produzione in corso.