Come superare le sfide nella fusione in stampo di alluminio per i veicoli a energia nuova?

Perché la fusione in stampo di alluminio è fondamentale e al contempo impegnativa per i veicoli a energia nuova

I vantaggi della pressofusione in alluminio per i veicoli a energia nuova (NEV) sono piuttosto rilevanti, soprattutto per quanto riguarda la riduzione del peso e la possibilità di riciclare i materiali in un secondo momento. Quando le automobili sono dotate di componenti in alluminio più leggeri, il loro consumo energetico complessivo diminuisce, il che si traduce in una maggiore autonomia delle batterie tra una ricarica e l’altra: un aspetto particolarmente importante per chi guida quotidianamente veicoli elettrici. Secondo i dati del settore, la maggior parte delle autovetture moderne contiene infatti circa 20–30 chilogrammi di getti in alluminio, che rappresentano oltre il 70% degli elementi strutturali fondamentali nei NEV, come ad esempio la collocazione delle batterie e il controllo dei motori. L’eliminazione di peso superfluo aiuta inoltre i produttori a raggiungere i propri obiettivi ecologici, poiché i veicoli più leggeri richiedono naturalmente meno energia per funzionare in modo efficiente sulla strada.

L'aumento della produzione su scala industriale comporta alcuni veri e propri problemi tecnici. Durante la fusione di forme complesse ad alta pressione, in particolare per componenti di grandi dimensioni, si riscontrano spesso problemi di porosità. Questo indebolisce i pezzi quando sono sottoposti a calore o a sollecitazioni meccaniche durante il funzionamento. Allo stesso tempo, i rapidi cicli di riscaldamento e raffreddamento usurano gli stampi molto più velocemente del previsto. Gli utensili hanno una durata ridotta e il costo unitario di ciascun componente aumenta. La situazione peggiora ulteriormente per i produttori di veicoli a energia nuova, che richiedono componenti con pareti più sottili e un maggior grado di integrazione complessiva, al fine di ottimizzare al massimo l’efficienza e il risparmio di spazio. Risolvere questi problemi non è semplicemente auspicabile: è assolutamente necessario per garantire che i nostri veicoli mantengano integrità strutturale, precisione dimensionale e affidabilità nel lungo periodo su queste piattaforme a basse emissioni di carbonio.

Risoluzione della porosità e dei difetti superficiali nella fusione in stampo di alluminio per componenti NEV

Fusione in stampo di alluminio con assistenza a vuoto: riduzione della porosità gassosa fino al 70%

La fusione in stampo con assistenza a vuoto elimina le sacche d'aria creando condizioni di pressione negativa durante l'iniezione della materia fusa, raggiungendo pressioni nella cavità inferiori a 50 mbar. In sostanza, questo impedisce al gas di rimanere intrappolato all'interno dei getti in alluminio. Nella produzione di telai per batterie di veicoli a nuova energia e di componenti per alloggiamenti di motori, si osserva una riduzione di circa il 70% dei difetti legati alla porosità, mantenendo comunque i rigorosi requisiti di tenuta alla pressione. Ciò che rende questo metodo particolarmente innovativo è la possibilità di produrre componenti strutturali sottoponibili a trattamento termico, con densità del materiale uniforme in tutto il pezzo. Questo aspetto è di fondamentale importanza per la sicurezza in caso di impatto, secondo norme di settore quali ISO 6892-1 e FMVSS 301. I rapporti provenienti dal reparto di produzione indicano un calo del numero di scarti rilevati mediante radiografia e una minore necessità di correzione dei difetti successivamente alla fusione, soprattutto nei componenti con pareti sottili, particolarmente critici. Il rendimento complessivo aumenta senza alcuna perdita nelle prestazioni del componente.

Ottimizzazione dei sistemi di immissione e di sfiato per prevenire i difetti da freddo nelle fusioni strutturali

Un corretto posizionamento delle bocche di immissione e una progettazione accurata degli sfiati possono impedire l'insorgenza di difetti da freddo, poiché mantengono il metallo in flusso alla temperatura e alla velocità ottimali. Per componenti con sezioni strette, come quelle presenti nei telai dei veicoli elettrici (EV), l’uso di bocche di immissione a sezione tronco-conica è particolarmente indicato, in quanto riduce le perdite di calore. Anche gli sfiati direzionali rivestono un’importanza fondamentale, poiché consentono di espellere l’aria intrappolata prima che il metallo inizi a solidificare. Secondo alcuni studi basati sulla modellazione al computer, quando la superficie complessiva degli sfiati supera il 30% della sezione della bocca di immissione, si registra una riduzione del circa 45% dei problemi causati dal flusso turbolento. Gli standard industriali attuali includono generalmente queste considerazioni insieme ad altri fattori, quali la scelta del materiale e le tecniche di preparazione dello stampo.

• Pozzetti di trabocco conici che raccolgono il materiale ossidato presente sulla superficie
• Canali di sfiato a gradini progettati per consentire l’espansione dei gas
• Layout degli stampi con ventilazione perimetrale ottimizzati per geometrie complesse con elevata area superficiale

Nel loro insieme, queste caratteristiche mantengono un flusso laminare durante le intere serie di produzione, prevenendo la solidificazione prematura in corrispondenza dei giunti critici e garantendo la continuità meccanica nelle sezioni portanti.

Prolungamento della vita utile degli stampi e gestione della fatica termica nella pressofusione su larga scala di alluminio

Acciai da utensile avanzati H13 con rivestimenti Ni Cr Mo aumentano la resistenza alla fatica termica di 2,3 volte

Nel mondo della pressofusione su larga scala di alluminio, il ciclo termico rimane tuttora la principale causa di usura degli stampi. L'applicazione di rivestimenti a base di nichel-cromo-molibdeno su acciai da utensile H13 crea un efficace barriera termica che riduce le escursioni termiche sulla superficie di circa il 40%. Ciò contribuisce a limitare le differenze nei tassi di espansione quando l’alluminio fuso, a una temperatura di circa 660 gradi Celsius, entra in contatto con l’acciaio dello stampo più freddo. Il risultato? Un minor numero di microfessure che si generano e si propagano nel materiale, uno dei difetti più comuni riscontrati durante i test di fatica SAE J434. L’esperienza pratica acquisita nelle fabbriche dimostra che questi stampi rivestiti presentano una durata contro la fatica termica pari a circa 2,3 volte quella degli stampi non rivestiti standard. Inoltre, la maggiore durezza della superficie ne riduce l’adesione e l’usura causate dal contatto ripetuto con l’alluminio. Combinando questa tecnologia di rivestimento con canali di raffreddamento conformi accuratamente progettati, i produttori possono mantenere la stabilità dimensionale degli stampi ben oltre i 200.000 cicli di produzione. Ciò si traduce in costi complessivi inferiori e in componenti che restano entro le tolleranze richieste per applicazioni critiche nei veicoli a energia nuova, dove la coerenza è fondamentale.

Abilitare la fusione in pressione sostenibile dell'alluminio per la produzione di nuove energie a basse emissioni di CO2

I sistemi integrati di fusione, degasaggio e mantenimento riducono il consumo energetico del 18% e le emissioni di CO2 del 22%

Quando i produttori utilizzano sistemi integrati di fusione, degasaggio e mantenimento, riducono il trasferimento dei materiali tra le diverse fasi del processo. Ciò comporta una minore dispersione di calore, una riduzione dell’ossidazione e un notevole risparmio di tempo da parte degli operatori nella manipolazione dei materiali. L’integrazione di tutti i passaggi di preparazione dell’alluminio in un unico processo continuo consente un risparmio energetico pari a circa il 18% per tonnellata di lega fusa. Contestualmente, le emissioni di anidride carbonica si riducono di circa il 22% rispetto ai tradizionali metodi a lotti. Il vero vantaggio deriva dalla possibilità di lavorare alluminio riciclato proveniente da prodotti di consumo. Secondo studi del Dipartimento dell’Energia statunitense, il riciclo dell’alluminio richiede soltanto il 5% dell’energia necessaria per produrre nuovo metallo partendo da materie prime. Poiché le aziende automobilistiche di tutto il mondo stabiliscono obiettivi sempre più stringenti in materia di emissioni, in linea con quadri di riferimento come il SBTi, questi sistemi consentono alle fabbriche di ridurre la propria impronta di carbonio mantenendo al contempo elevati standard qualitativi nei getti e buoni tassi di produzione. Per il settore dei veicoli elettrici, questa rappresenta una soluzione concreta per il futuro, che concilia le esigenze ambientali con quelle operative nella pressofusione dell’alluminio.

Sezione FAQ

Quali sono i principali vantaggi dell'utilizzo della pressofusione in alluminio nei veicoli elettrici (NEV)?

La pressofusione in alluminio nei veicoli elettrici (NEV) offre significativi vantaggi, come la riduzione del peso, che si traduce in una maggiore autonomia della batteria e in un aumento dell'efficienza energetica.

Quali sfide sono associate alla pressofusione in alluminio su larga scala?

La pressofusione in alluminio su larga scala presenta sfide quali problemi di porosità, usura accelerata degli stampi dovuta ai rapidi cicli termici e la necessità di garantire l’accuratezza dimensionale di parti complesse.

In che modo la pressofusione assistita da vuoto contribuisce a ridurre la porosità gassosa?

La pressofusione assistita da vuoto contribuisce a ridurre la porosità gassosa creando condizioni di pressione negativa durante la colata, riducendo in modo significativo l’aria intrappolata nelle fusioni in alluminio.

Perché la fatica termica rappresenta un problema nella pressofusione in alluminio?

La fatica termica è un problema poiché le continue variazioni di temperatura causano usura degli stampi, portando alla formazione di microfessure e a una riduzione della durata operativa degli stampi.