Pressofusioni elettromeccaniche di alluminio sono componenti di precisione in alluminio (alloggiamenti di motori, gusci di connettori, scatole terminali e involucri) prodotti forzando la lega di alluminio fuso in uno stampo di acciaio temprato ad alta pressione, scelti appositamente perché l'alluminio pressofuso combina la conduttività elettrica per la schermatura EMI/RFI con un'elevata conduttività termica per la dissipazione del calore in un'unica parte senza giunzioni.
Se una parte deve ospitare o proteggere un gruppo elettrico o elettromeccanico (un motore, un connettore, un modulo di potenza, un sensore) proteggendolo allo stesso tempo dalle interferenze e allontanando il calore da esso, l'alluminio pressofuso è quasi sempre la scelta ingegneristica predefinita rispetto a plastica, lamiera o billetta lavorata. Il motivo è strutturale: un singolo guscio pressofuso conduce elettricità (bloccando EMI/RFI) e conduce calore (agendo come un dissipatore di calore passivo) allo stesso tempo, qualcosa che un alloggiamento in plastica stampata può approssimare solo con l'aggiunta di rivestimenti o riempitivi.
Le sezioni seguenti descrivono come vengono effettivamente prodotte queste parti, quali leghe sono specificate per quale servizio e cosa controllare sulla documentazione di qualità di un fornitore prima di impegnarsi nell'attrezzatura.
Non tutte le pressofusioni di alluminio sono elettromeccaniche: il termine descrive specificamente i getti progettati per collocarsi al confine tra una struttura meccanica e un sistema elettrico o elettronico. Questa distinzione è importante perché cambia le proprietà effettivamente specificate nel disegno.
Una staffa puramente strutturale viene classificata principalmente in base alla resistenza e all'accuratezza dimensionale. Una fusione elettromeccanica viene classificata in base a questo più due proprietà aggiuntive che derivano dall'alluminio stesso:
Le parti tipiche di questa categoria includono scudi dei motori e fusioni del telaio, scatole terminali, involucri di unità VFD e inverter, alloggiamenti di connettori con flange di montaggio integrate, alloggiamenti di driver LED e gusci di PDU (unità di distribuzione dell'alimentazione). Ciò che condividono è una descrizione del lavoro: mantenere una forma, allontanare il calore da essa e proteggerla elettricamente, il tutto da un'unica parte fusa.
La pressofusione ad alta pressione (HPDC) è ciò che rende le fusioni elettromeccaniche economiche in termini di volume: uno stampo in acciaio temprato viene riutilizzato per decine di migliaia di cicli e ogni colpo produce una parte dalla forma quasi perfetta che necessita successivamente solo di una lavorazione mirata. Il processo si svolge attraverso cinque fasi distinte.
Il lingotto di lega di alluminio viene riscaldato oltre il punto di fusione in un forno di attesa e mantenuto a temperatura controllata.
Un pistone spinge il metallo fuso nella cavità chiusa dello stampo in acciaio ad alta pressione e velocità, riempiendo le pareti sottili prima che il metallo possa congelare durante il flusso.
La lega si raffredda e si solidifica all'interno dello stampo in pochi secondi, mentre lo stampo stesso funge da dissipatore di calore che fissa la struttura dei grani finale del pezzo.
La matrice si apre e il getto solidificato viene spinto fuori dai perni di espulsione, pronto per la rifilatura del canale di colata e dell'eventuale bava dalla linea di giunzione.
La lavorazione CNC porta le superfici critiche (facce delle flange, inserti filettati, fori dei cuscinetti, aperture dei connettori) alla tolleranza del disegno; segue l'anodizzazione o la verniciatura a polvere.
Poiché lo stampo è in acciaio di precisione, l'accuratezza dimensionale e la ripetibilità sono due degli argomenti più forti a favore della pressofusione rispetto alla fusione in sabbia: la stessa cavità produce la stessa parte, colpo dopo colpo, che è esattamente ciò di cui ha bisogno un componente destinato all'assemblaggio automatizzato su una linea di produzione. La pressofusione sotto vuoto è sempre più specifica per le parti elettromeccaniche, in particolare perché elimina l'aria dalla cavità dello stampo prima dell'iniezione, riducendo la porosità del gas che altrimenti creerebbe punti deboli o percorsi di perdita in un alloggiamento che deve mantenere un grado di protezione IP.
La selezione della lega è l'unica decisione con il maggiore impatto a valle su costi, colabilità e prestazioni della parte una volta installata. Quattro leghe rappresentano la grande maggioranza del lavoro di pressofusione elettromeccanica e ciascuna viene scelta per un motivo diverso.
| Lega | Proprietà più forte | Tipico utilizzo elettromeccanico |
| A380 | Miglior equilibrio complessivo tra lanciabilità, resistenza e costo | Custodie per uso generale, scatole di ingranaggi, telai per apparecchiature elettroniche |
| ADC12 | Eccellente conduttività termica, forte fluidità | Involucri per telecomunicazioni/5G, alloggiamenti per PDU, involucri per moduli RF |
| A360 | Eccezionale tenuta alla pressione, resistenza alla corrosione | Alloggiamenti per connettori, involucri di controller automobilistici, involucri sigillati |
| A356/A357 | Trattabile termicamente per una maggiore resistenza al peso | Supporti motore strutturali, staffe automobilistiche e aerospaziali ad alto carico |
La forza e la conduttività spesso spingono in direzioni opposte. A356 può raggiungere un limite di snervamento superiore a 175 MPa ma conduce solo al 40% circa IACS , mentre una lega ad alta conduttività può superare 48% IACS con un limite di snervamento inferiore a 50 MPa . Per una parte come l'alloggiamento del rotore di un motore o l'involucro di un inverter che necessita veramente di entrambe le proprietà contemporaneamente, questo è esattamente il motivo per cui sono state sviluppate leghe di pressofusione specializzate ad alta conduttività termica anziché semplicemente utilizzare per impostazione predefinita l'A380 per ogni applicazione.
Come regola iniziale: A380 è l'impostazione predefinita corretta a meno che un requisito specifico non spinga la parte verso una delle altre: applicazioni con uso intensivo di RF/EMI verso ADC12, alloggiamenti sigillati a tenuta di pressione verso A360 o parti portanti strutturali verso A356 con trattamento termico post-fusione.
Questo è l'abbinamento di proprietà che giustifica la scelta dell'alluminio pressofuso rispetto alla plastica stampata a iniezione per qualsiasi cosa che alloggia un motore, un PCB, un modulo wireless o un alimentatore - e vale la pena capire perché la plastica fatica a eguagliarlo anche con l'aggiunta di ingegneria.
La plastica è fondamentalmente un isolante elettrico. Per fornire a un involucro di plastica una schermatura EMI, i produttori devono aggiungere riempitivi conduttivi, placcature metalliche o rivestimenti conduttivi e poiché tali riempitivi raramente si distribuiscono perfettamente in modo uniforme durante il processo di stampaggio, una distribuzione non uniforme può lasciare piccoli spazi nella schermatura, a volte chiamati fori EMI, che lasciano passare le interferenze. Un guscio in alluminio pressofuso è conduttivo per natura, formando una barriera continua senza alcuna fase di assemblaggio necessaria per renderlo schermante.
La stessa logica vale per il calore. Esistono plastiche termicamente conduttive, ma in genere aumentano il costo del materiale e possono modificare il comportamento del flusso, la resistenza o la finitura superficiale della plastica: compromessi che devono essere testati attentamente per ciascuna applicazione. L'alluminio, al contrario, dissipa il calore come proprietà del materiale di base, motivo per cui le alette di raffreddamento e le nervature interne possono essere fuse direttamente nella parete dell'alloggiamento del driver LED o VFD invece di essere incollate come dissipatore di calore separato dopo l'evento.
Per gli involucri con un reale requisito di messa a terra, i progettisti realizzano in anticipo anche aree di contatto lavorate e scanalature per guarnizioni conduttive, in modo che il percorso di schermatura sia integrato nell'attrezzatura anziché aggiunto come ripensamento durante l'assemblaggio.
Poiché le fusioni elettromeccaniche sono allo stesso tempo portanti, dissipatrici di calore ed elettricamente funzionali, verificare la qualità significa controllare più dell'aspetto superficiale. Gli standard e i test riportati di seguito sono ciò che dovrebbe apparire sulla documentazione di ispezione di un fornitore.
| Norma/prova | Cosa verifica |
|---|---|
| ASTM B85/B85M | Composizione della lega e requisiti dimensionali/tolleranze per pressofusioni di alluminio |
| Standard di prodotto NADCA | Tolleranze lineari, angoli di sformo, tolleranze delle linee di giunzione, tolleranze dei fori carotati |
| Ispezione radiografica/radiografica | Gas interni e porosità da ritiro non visibili dalla superficie |
| Test di pressione/perdita | Tenuta alla pressione per custodie sigillate e custodie con grado di protezione IP |
| Test con liquidi penetranti | Difetti legati alla superficie dopo l'anodizzazione o la verniciatura a polvere |
| IATF 16949 | Certificazione del sistema di gestione della qualità di livello automobilistico per il fornitore |
La porosità è il difetto che vale la pena comprendere nel dettaglio, perché è in gran parte invisibile finché non viene testato e influisce direttamente sia sull'integrità strutturale che sulla tenuta alla pressione. Durante il casting si verificano due tipi distinti: porosità del gas , causato dall'aria e dal vapore lubrificante intrappolati durante l'iniezione ad alta velocità, e porosità da ritiro , che si forma quando il metallo si contrae solidificandosi in sezioni più spesse. Entrambi sono in gran parte prevenibili attraverso un'adeguata ventilazione, la fusione sotto vuoto e la progettazione del cancello/canale elaborata prima del taglio dell'utensileria: ecco perché la revisione del processo di progettazione per la producibilità (DFM) di un fornitore è importante quanto la revisione dei rapporti di ispezione delle parti finite.
Gli utensili per la pressofusione rappresentano un vero e proprio investimento iniziale, quindi vale la pena verificare questi punti con un fornitore prima che uno stampo di acciaio venga tagliato.
La pressofusione vince in termini di costo unitario in termini di volume, poiché uno stampo può stampare migliaia di parti con una forma quasi perfetta prima che sia necessaria qualsiasi lavorazione specifica della parte. La lavorazione da billette piene ha più senso per volumi molto bassi o prototipi, dove il taglio di una matrice in acciaio temprato non è ancora giustificato dalla dimensione dell'ordine.
Sì, ma i punti di contatto della schermatura devono essere pianificati attorno all'arrivo. L'anodizzazione crea un sottile strato di ossido che è esso stesso un isolante elettrico, quindi i progettisti in genere mascherano o lavorano le superfici di messa a terra e di contatto con la guarnizione specifiche per rimanere in metallo nudo mentre il resto dell'alloggiamento è anodizzato per resistere alla corrosione.
Le leghe di magnesio vengono scelte quando la riduzione del peso conta più di ogni altra cosa, poiché il magnesio è più leggero dell'alluminio a parità di spessore della parete. Si presenta più spesso negli strumenti portatili e nelle apparecchiature mobili critiche dal punto di vista del peso, dove la densità leggermente superiore dell'alluminio diventa un vero e proprio vincolo di progettazione.
La pressofusione richiede un investimento iniziale in uno stampo in acciaio temprato, che ripaga solo una volta il risparmio per pezzo derivante da una produzione rapida e ripetibile compensa il costo degli utensili. Al di sotto di un certo volume di ordini, i calcoli non funzionano, motivo per cui la pressofusione è generalmente consigliata una volta che un progetto è passato dalla prototipazione alla fase di produzione.
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