IT201700008841A1 - Macchina e metodo di pressocolata in semisolido - Google Patents

Description

“MACCHINA E METODO DI PRESSOCOLATA IN SEMISOLIDO”

La presente invenzione è relativa ad una macchina e ad un metodo di pressocolata in semisolido.

È noto che nei processi di pressocolata, i vantaggi principali che derivano dall’impiego di una lega di metallo fuso allo stato semi-solido sono ormai ampiamente conosciuti e riguardano sia il prodotto sia il processo.

In particolare è noto che per ottenere una microstruttura con proprietà tixotropiche è necessario realizzare una “moltiplicazione delle dendriti” attraverso un rapido raffreddamento della lega metallica ed una contemporanea agitazione durante i primi stadi della solidificazione.

Alcuni processi di pressocolata si basano essenzialmente sull’utilizzo immediato di materiale tixotropico (“slurry on demand”). In particolare, tali processi si basano essenzialmente sull’idea di operare un rapido raffreddamento del bagno metallico per favorire l’incremento dei nuclei di solidificazione e di eseguire contemporaneamente una adeguata miscelazione da applicare comunque soltanto nei primi stadi della solidificazione per promuovere la moltiplicazione dendritica nelle fasi in cui le dendriti sono estremamente sottili ed instabili in considerazione di un rapporto elevato tra superficie e volume e, soprattutto, l’omogeneizzazione termica della carica semi-solida in formazione.

Tale tecnica risulta generalmente in grado di generare materiale metallico a microstruttura globulare e di permetterne l’immediato utilizzo nei noti processi di formatura in semi-solido.

Più in dettaglio in alcuni processi sopra citati è previsto di prelevare un materiale fuso da un forno di attesa per versarlo in un recipiente intermedio di preparazione del semisolido (1° trasferimento) e di versare poi il metallo semisolido da detto recipiente in un contenitore di iniezione di una serie di presse (2° trasferimento).

In tale processo, le operazioni di trasferimento del materiale metallico penalizzano significativamente le caratteristiche metallurgiche e la difettosità del metallo. Infatti, ad ogni versamento del metallo corrisponde un inglobamento di ossidi (“bi-films”) i quali comportano deleteri effetti sulla sanità e sulle caratteristiche meccaniche dei pezzi finali. Se inoltre il metallo, dopo la miscelazione, deve essere necessariamente versato in un contenitore di iniezione della macchina di pressocolata, è ovvio che la frazione di solido (in dipendenza dell’entità del trasferimento termico operato) debba necessariamente essere limitata. In caso contrario il 2° versamento non risulterebbe praticabile con la conseguenza di condizionare negativamente l’entità dei ritiri di solidificazione all’interno dei getti.

Allo scopo di ridurre le suddette criticità sono stati ideati dei processi in cui, il metallo viene preparato direttamente all’interno del contenitore di iniezione della pressa. In tal modo, viene evitato il secondo versamento e conseguentemente non si pongono neanche vincoli all’entità della frazione di solido iniettabile.

Più in dettaglio, alcuni processi, come ad esempio quello descritto nel brevetto Europeo EP 2 709 781 A1 prevedono di impiegare un agitatore meccanico nel contenitore di iniezione della pressa per accelerare la preparazione del semi-solido. Sono noti inoltre altri processi in cui la miscelazione del metallo nel contenitore di iniezione della pressa viene eseguita attraverso dei sistemi elettromagnetici o dei sistemi ad ultrasuoni.

Le suddette tecnologie, tuttavia, necessitano di apparecchi di miscelazione che incidono pesantemente sulla complessità e sul costo realizzativo della macchina.

La maggior parte di questi processi inoltre non garantisce la perfetta igiene metallurgica che è necessaria per la qualità del getto finale. Ad ogni passaggio tra la formazione del materiale semisolido e la realizzazione del getto si creano delle condizioni di possibili presenze di inquinamento da ossidi, bifilm, gas del distaccante del contenitore, inclusioni, ecc.

Scopo della presente invenzione è di fornire una macchina ed un metodo di pressocolata in semisolido che siano di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione vengono forniti una macchina ed un metodo di pressocolata in semisolido, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

• la Figura 1 è una vista schematica di una macchina di pressocolata in semisolido realizzata in accordo con la presente invenzione;

• le Figure 2-5 sono viste schematiche della macchina di pressocolata in semisolido della Figura 1 durante successive fasi del processo di pressocolata; e

• le Figure da 6 a 12 sono altrettante viste schematiche di alcune tipologie di un filtro installabile nella macchina di pressocolata in semisolido secondo la presente invenzione.

La presente invenzione verrà ora descritta in dettaglio con riferimento alle Figure allegate per permettere ad una persona esperta di realizzarla ed utilizzarla. Varie modifiche alle forme di realizzazione descritte saranno immediatamente evidenti alle persone esperte ed i generici principi descritti possono essere applicati ad altre forme di realizzazione ed applicazioni senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto, la presente invenzione non deve essere considerata limitata alle forme di realizzazione descritte ed illustrate, ma le si deve accordare il più ampio ambito protettivo conforme ai principi e alle caratteristiche qui descritte e rivendicate.

Nella Figura 1, con il numero 1 è indicata schematicamente nel suo complesso una macchina di pressocolata in semisolido.

La macchina 1 di pressocolata in semisolido comprende uno stampo 2 di pressocolata, all’interno del quale è ricavata una camera 3 di stampaggio. La macchina 1 di pressocolata in semisolido comprende inoltre un contenitore 8 di iniezione in cui è ricavata una camera 9 che è atta a contenere del metallo 25 fuso, un canale 13 di alimentazione del getto atto a mettere in comunicazione il contenitore 8 di iniezione con la camera 3 di stampaggio, ed una pressa 6 di iniezione atta ad iniettare in pressione il metallo 25 fuso, allo stato semi-solido, contenuto nel contenitore 8 di iniezione nella detta camera 3 di stampaggio attraverso il canale 13 di alimentazione stesso.

La camera 3 di stampaggio riproduce in negativo la forma del pezzo che si vuole realizzare ed è destinata a ricevere il getto in metallo fuso allo stato semi-solido per il successivo completamento della solidificazione del getto stesso.

Secondo un possibile forma realizzativa esemplificativa mostrata nell’esempio schematico di Figura 1, lo stampo 2 di pressocolata può essere preferibilmente composto da una matrice 4 mobile e da una matrice 5 fissa. Durante l’alimentazione del getto di metallo fuso allo stato semi-solido, le matrici 4 mobile e 5 fissa possono essere tra loro meccanicamente accoppiate in modo tale da formare/costituire la camera 3 di stampaggio. Una volta che il getto di metallo iniettato si è sufficientemente solidificato, la matrice 4 mobile può essere preferibilmente allontanata, in modo noto, dalla matrice 5 fissa per permettere l’estrazione del pezzo dallo stampo 2 di pressocolata.

Secondo un possibile forma realizzativa, lo stampo 2 di pressocolata può essere supportato dalla pressa 6 di iniezione. La pressa 6 di iniezione può essere strutturata per alimentare in pressione il getto di metallo fuso allo stato semisolido all’interno della camera 3 di stampaggio attraverso il canale 13 di alimentazione.

Secondo un possibile forma realizzativa esemplificativa mostrata in Figura 1, la pressa 6 di iniezione può comprendere ad esempio un piano 7 di supporto, al quale può essere meccanicamente accoppiata/fissata una matrice dello stampo 2, preferibilmente la matrice fissa 5. Sebbene la pressa 6 mostrata schematicamente in Figura 1 sia di tipo orizzontale ed il piano 7 di supporto sia verticale, è sottinteso che la presente invenzione può prevedere, in alternativa, l’uso di una pressa 6 verticale con un piano 7 di supporto orizzontale.

Secondo un possibile forma realizzativa mostrata in Figura 1, la pressa 6 di iniezione può comprendere un contenitore 8 di iniezione tubolare preferibilmente cilindrico. Secondo un possibile forma realizzativa esemplificativa il contenitore 8 può essere disposto attraverso preferibilmente una corrispondente cavità ricavata nel piano 7 di supporto e preferibilmente, ma non necessariamente, attraverso una corrispondente cavità ricavata attraverso la matrice 5 fissa dello stampo 2 di pressocolata.

All’interno del contenitore 8 di iniezione può essere ricavata una camera 9 di preparazione preferibilmente cilindrica in cui viene versato il metallo fuso allo stato liquido prima di iniettare il metallo fuso allo stato semisolido all’interno della camera 3 di stampaggio attraverso il canale 13 di alimentazione.

Secondo un possibile forma realizzativa mostrata in Figura 1, la camera 9 di preparazione può essere delimitata da un pistone 10 di iniezione che è montato assialmente scorrevole lungo la camera 9 di preparazione stessa così da variarne il volume interno.

Secondo un possibile forma realizzativa mostrata in Figura 1, il canale 13 di alimentazione del getto è ricavato nello stampo 2 in modo da mettere in comunicazione di fluido la camera 9 di preparazione con la camera 3 di stampaggio.

Secondo un possibile forma realizzativa mostrata in Figura 1, il canale 13 di alimentazione del getto è ricavato nello stampo 2 in modo tale da presentare un ingresso comunicante con la camera 9 di preparazione dal lato opposto del pistone 10 di iniezione ed una uscita comunicante con la camera 3 di stampaggio. Preferibilmente, il canale 13 di alimentazione può essere ricavato nella matrice 5 fissa dello stampo 2 e può essere comunicante con la bocca di ingresso della camera 3 di stampaggio.

Secondo un possibile forma realizzativa esemplificativa mostrata in Figura 1, il contenitore 8 di iniezione presenta inoltre una apertura 12 di alimentazione che è ricavata passante attraverso una parete, preferibilmente superiore, del contenitore 8 di iniezione ed in uso viene utilizzata per alimentare il metallo fuso allo stato liquido all’interno della camera 9 di preparazione.

Diversamente dalla soluzioni note, la macchina 1 di pressocolata è inoltre provvista di almeno un filtro 11, il quale è disposto stabilmente (rigidamente) nel canale 13 di alimentazione del getto, ed è strutturato in modo tale da causare un mescolamento vorticoso sul metallo fuso allo stato semi-solido che lo attraversa.

La Richiedente ha trovato che il mescolamento vorticoso impartito dal filtro 11 sul metallo fuso allo stato semi-solido che attraversa il canale 13 determina l’effetto tecnico di produrre vantaggiosamente una agitazione fluido meccanica (stirring) che causa a sua volta la formazione della microstruttura globulare thixotropica.

Nell’esempio illustrato, il filtro 11 è inoltre strutturato in modo tale da far sì che il flusso di metallo fuso allo stato semisolido in uscita dal filtro 11 stesso sia un flusso circa laminare. La Richiedente ha trovato che l’uso di un filtro in grado di generare in uscita un flusso laminare di metallo allo stato semisolido consente convenientemente di ridurre la formazione di turbolenze nel metallo alimentato nella camera 3 che tenderebbero a inglobare ossidi causando effetti deleteri sulla sanità e sulle caratteristiche meccaniche del pezzo.

Nell’esempio illustrato il filtro 11 è inoltre strutturato in modo tale da filtrare ossia trattenere, durante l’attraversamento del metallo fuso allo stato semisolido, delle impurità di dimensioni prestabilite contenute nel metallo stesso. La Richiedente ha trovato che il posizionamento del filtro 11 nel canale 13 di alimentazione consente vantaggiosamente di trattenere gli ossidi, i film pellicolari, le inclusioni e altre impurità, che concorrono a pregiudicare l’igiene metallurgica del metallo formante il pezzo 21.

Nell’esempio illustrato, il filtro 11 è inoltre strutturato internamente in modo tale da determinare sul flusso di metallo che lo attraversa una affinazione dei grani del metallo.

Secondo una preferita forma realizzativa esemplificativa mostrata nelle Figure 6-9, il filtro 11 può essere costituito da un elemento piastriforme traforato sottile, ad esempio una rete/maglia o un foglio traforato, il quale è disposto stabilmente all’interno del canale 13 di alimentazione su un piano di giacitura circa trasversale alla direzione di iniezione/avanzamento del flusso/getto di metallo nel canale 13 stesso verso la camera 3.

Preferibilmente, l’elemento piastriforme o la rete/maglia possono essere realizzati in una lega in metallo caratterizzata da una temperatura di fusione di maggiore di circa 650°C. Preferibilmente, la lega in metallo del foglio traforato o della rete/maglia formante il filtro 11 può essere a base di alluminio e/o ferro. I fori o aperture passanti del filtro 11 possono avere un diametro maggiore di circa 1 mm ed una densità maggiore o uguale a circa 50% dell’area. Preferibilmente, il foglio traforato e la rete/maglie possono avere uno spessore determinato lungo una direzione ortogonale al detto piano di giacitura maggiore o uguale di circa 1 mm.

La Richiedente ha trovato che l’uso di un filtro 11 formato da un elemento piastriforme traforato o da una rete/maglia in metallo (“metal grating flat filter”) (Figura 7) in materiale metallico, preferibilmente una lega di alluminio, è particolarmente conveniente in quanto in seguito alla solidificazione del metallo nella camera 3, il filtro 11 rimane completamente annegato/inglobato nella materozza solidificata del pezzo 21, e può quindi essere facilmente e completamente recuperato in una fase successiva di rifusione della materozza, consentendo quindi di ridurre lo scarto. Questo tipo di filtro 11, oltre ad essere economico, è particolarmente efficace nel filtrare le inclusioni contenute nel metallo, sfruttando la possibilità di sovrapporne diversi fino al raggiungimento del risultato.

La Richiedente ha inoltre trovato particolarmente conveniente l’uso di una seconda tipologia di filtri 11 cosiddetta “cloth flat filter”. Questa seconda tipologia di filtri 11 differisce da quella sopra descritta per il fatto che il filtro 11 è composto/realizzato da tessuti in materiale refrattario, opportunamente traforati. Preferibilmente, il tessuto refrattario del filtro 11 può essere impregnato da una o più resine a bassa capacità termica in modo tale da aumentare convenientemente l’efficienza del filtraggio. Le resine impregnanti a bassa capacità termica possono comprendere ad esempio: resine fenoliche o resine similari. La Figura 6 mostra schematicamente un possibile esempio di filtro 11 appartenente alla seconda tipologia.

I filtri 11 appartenenti alla seconda tipologia sono convenientemente adatti ad essere installati nel canale 13 di alimentazione secondo una configurazione in cascata, in cui è previsto di posizionare una pluralità di filtri 11 uno di seguito all’altro nel canale 13 di alimentazione stesso ad una determinata distanza uno dall’altro, per eseguire, da un lato, dei filtraggi multipli consecutivi delle impurità presenti nel metallo e dall’altro facilitare la separazione degli elementi di riempimento (materozze) dal pezzo 21 ottenuto. La Richiedente ha trovato che questa configurazione consente di semplificare convenientemente il distacco del ramo di colata dal pezzo.

La Richiedente ha inoltre trovato particolarmente conveniente l’uso di una terza tipologia di filtri 11 in cui i filtri 11 sono volumetrici (“volume filters”). Tali filtri 11 sono provvisti ciascuno di un corpo in materiale ceramico sul quale sono ricavati dei fori passanti definenti dei canali interni adatti ad essere attraversati, in uso, dal metallo fuso allo stato semisolido.

Una prima categoria di filtri volumetrici installabili nella macchina 1 può corrispondere ai filtri 11 setaccio (strainer core) (Figura 8). Il filtro 11 setaccio è provvisto di un corpo filtrante formato da un corpo monolitico, ossia un monoblocco, di forma preferibilmente parallelepipeda o cilindrica o qualsiasi altra forma similare dimensionata per essere disposta nel canale 13. Preferibilmente, il filtro 11 è sagomato in modo tale da presentare la stessa sezione trasversale del canale 13 così da poter essere alloggiato internamente.

I fori passanti della prima categoria di filtri 11 volumetrici setaccio possono essere ricavati nel monoblocco del filtro 11 in modo tale da formare dei canali filtranti adiacenti tra loro. I canali possono essere ricavati nel monoblocco in modo tale che la disposizione superficiale dei fori sia sostanzialmente di tipo reticolare o matriciale, ossia in righe e colonne. Ciascun foro può essere allineato o sfalsato rispetto ai fori adiacenti. I canali passanti possono essere inoltre ricavati nel monoblocco del filtro 11 volumetrici setaccio in modo tale da essere sostanzialmente rettilinei, circa paralleli tra loro. I fori passanti del filtro 11 volumetrici setaccio possono essere inoltre ricavati nel monoblocco del filtro 11 stesso in modo tale da essere affacciati al canale 13 e presentano ciascuno una sezione trasversale preferibilmente circa circolare, ellittica o similare.

I fori passanti del filtro 11 volumetrici setaccio possono essere inoltre ricavati nel monoblocco in modo tale da avere un diametro compreso tra circa 4 e circa 10 mm, ed una profondità lungo il relativo asse compresa tra circa 6 e circa 20 mm. Preferibilmente, il filtro 11 volumetrico setaccio può essere convenientemente posizionato nel canale 13 in corrispondenza della bocca di ingresso della camera 3. Preferibilmente, nel canale 13 di alimentazione possono essere disposti stabilmente in cascata una pluralità di filtri 11 volumetrici setaccio opportunamente distanziati uno dall’altro. In questo caso, ciascuno filtro 11 può presentare dei fori aventi un diametro inferiore rispetto al diametro dei fori di un altro filtro 11 posto immediatamente a monte e maggiore del diametro dei fori di un altro filtro 11 disposto immediatamente a valle del filtro 11 stesso lungo la direzione di attraversamento del canale 13 da parte del getto di metallo. La Richiedente ha trovato che l’impiego del filtro 11 volumetrico setaccio è particolarmente vantaggioso in quanto è economico, consente di ottenere un filtraggio delle impurità efficace e presenta una elevata resistenza meccanica. È opportuno precisare che inoltre che i filtri 11 volumetrici setaccio oltre ad essere in grado di trattenere le impurità aventi uno spessore rilevante (impurità grossolane), sono convenientemente strutturati per (accelerare) migliorare il riempimento della camera 3 rendendo il flusso più laminare, e prevenire contestualmente la formazione di moti vorticosi nello spazio del canale 13 compreso tra l’uscita del filtro 11 stesso e la camera 3 così da ridurre convenientemente le turbolenze del getto di metallo iniettato nello stampo 2.

Una seconda categoria di filtri volumetrici installabili nella macchina 1 può corrispondere ai filtri 11 volumetrici pressati (pressed filters) (Figura 9). I filtri 11 volumetrici pressati si differenziano dai filtri volumetrici setaccio per il fatto che sono realizzati tramite miscele ceramiche semi-secche pressate in stampi, a pressioni elevate. Successivamente il filtro pressato viene messo in forno e sottoposto ad un processo di cottura, che determina insieme all’impasto le caratteristiche di resistenza termica e meccanica. Il flusso viene determinato dalla dimensione di fori e dalla densità.

Preferibilmente, il diametro dei canali/fori passanti del filtro 11 volumetrico pressato può essere compreso tra circa 1 mm, e circa 3 mm. Preferibilmente, lo spessore del filtro 11 volumetrico pressato determinato lungo la direzione di attraversamento del filtro 11 da parte del metallo può essere convenientemente compreso tra circa 10 mm e circa 22 mm.

Preferibilmente, l’area filtrante della superficie del filtro 11 volumetrico pressato che in uso viene interessata dal flusso/getto di metallo fuso allo stato semisolido può essere compresa tra circa il 45% e circa il 58% dell’area totale della superficie del filtro 11 volumetrico pressato che in uso viene a contatto con il metallo. La tipologia di miscele ceramiche semi-secche pressate utilizzata per il filtro 11 dipende dalla tipologia di lega/metallo che lo attraversa. Ad esempio le miscele ceramiche semi-secche si usano per l’alluminio, il bronzo, l’ottone, e gli acciai, in base agli impasti e alle cotture.

Una terza categoria di filtri volumetrici installabili nella macchina 1 può corrispondere ai filtri 11 volumetrici estrusi (extruded filters) un esempio dei quali è mostrato in Figura 11. I filtri 11 volumetrici estrusi hanno una struttura sostanzialmente simile a quella dei filtri volumetrici setaccio sopra descritti e si distinguono/differenziano da questi ultimi per il fatto di essere prodotti tramite un processo di estrusione di materiali ceramici con comportamento plastico attraverso uno stampo. Inoltre i filtri 11 volumetrici estrusi presentano dei canali passanti/fori aventi una sezione trasversale di forma circa rettangolare. La Richiedente ha trovato che l’impiego dei filtri 11 volumetrici estrusi consente di aumentare l’area filtrante ed ottenere quindi una maggiore portata del flusso in metallo che attraversa la sezione, rispetto ai filtri setaccio. La Richiedente ha trovato che la forma quadrata o rettangolare permette un flusso di alluminio maggiore. In altre parole l’area filtrante della superficie del filtro 11 volumetrico estruso che in uso viene interessata dal flusso/getto di metallo fuso allo stato semisolido è circa il 65% dell’area totale della superficie del filtro 11 che viene a contatto con il metallo, a fronte di una minore capacità termica. È opportuno precisare che una densità dei fori maggiore comporta meno effetti termici. La Richiedente ha inoltre trovato che la sezione quadrata dei fori/canali consente di aumentare la capacità di filtraggio rispetto ai fori con sezione circolare.

La Richiedente ha inoltre trovato particolarmente vantaggioso l’impiego di filtri 11 a base di schiuma ceramica (ceramic foam filters) (Figura 12). I filtri 11 di schiuma ceramica sono realizzati in materiale ceramico e compredono una struttura sostanzialmente cellulare formata da celle aperte. Le celle sono collegate tra loro in modo tale da formare nel corpo del filtro 11 una pluralità di percorsi/canali passanti nel filtro. I percorsi/canali possono essere ricavati nel filtro 11 in modo tale da far si che in uso il flusso di metallo attraversante il filtro venga deviato una serie di volte all’interno del filtro stesso per far in modo che, da un lato, si generino dei moti vorticosi all’interno del filtro (casuali/random), e dall’altro vengano trattenute le imprurità nello stesso.

È opportuno precisare che il filtro 11 di schiuma ceramica è particolarmente conveniente per eseguire filtrazioni profonde ossia particolarmente efficaci, in quanto in uso, il flusso del metallo che attraversa il filtro è soggetto a turbolenze localizzate e repentini cambi di direzione che favoriscono l’intrappolamento delle impurezze del metallo nel filtro 11 stesso. È inoltre opportuno precisare che le dimensioni delle inclusioni intrappolate sono significativamente inferiori rispetto alla dimensione interna delle celle. In altre parole, nelle anse del percorso dell’alluminio semisolido all’inteno del filtro 11 si depositano impurità di piccole dimensioni. A questo riguardo, la Richiedente ha trovato che, in uso, le particelle intrappolate si accumulano nei canali formando negli stessi dei ponti/ostruzioni che determinano una progressiva riduzione della portata del filtro stesso. Pertanto, è necessario dimensionare il filtro in base al volume di metallo che deve passare, in base alle impurità che deve filtrare prima si possa occludere il filtro stesso. È sottinteso che la portata del flusso di metallo che attraversa il filtro 11 dipende da diverse variabili, quali ad esempio la quantità di inclusioni presenti nella lega metallica, la dimensione interna dei fori/canali del filtro 11, la forza di coesione che esiste tra le particelle di impurità individuali o da quella presente nelle pareti del filtro, che dipende a sua volta dal materiale del filtro 11 stesso. La Richiedente ha trovato che uno spessore del filtro 11 di schiuma ceramica 11 trasversale al piano di giacitura del filtro 11, particolarmente convenientemente è compreso tra circa 12 mm e circa 50 mm.

La Richiedente ha trovato inoltre che l’impiego di filtri 11 di schiuma ceramica è particolarmente vantaggioso in quanto da un lato consente di ottenere una elevata efficienza nella profondità di filtraggio del metallo, e dall’altro è disponibile in molteplici forme e dimensioni. Prove di laboratorio hanno dimostrato che variando dimensioni e/o la forma del filtro 11 di schiuma ceramica è possibile ottenere una elevata resistenza meccanica, una bassa densità apparente, una elevata temperatura di fusione, una elevata efficienza di filtraggio, ed una elevata capacità di colata.

La Richiedente ha infine trovato che in alternativa o in aggiunta ai filtri sopra descritti è possibile usare dei filtri volumetrici formati da una serie di maglie di metallo sovrapposte (Figura 10) o in paglietta metallica.

Secondo una preferita forma di attuazione mostrata nelle Figure 1-5, la macchina 1 può comprendere inoltre un sistema di raffreddamento atto a raffreddare in modo controllato il metallo fuso contenuto nella camera 9 di preparazione. Nell’esempio illustrato, il sistema di raffreddamento comprende un dispositivo 19 raffreddatore che è disposto in prossimità della camera 9 di preparazione ed è atto a venire attivato per raffreddare in modo controllato il metallo fuso allo stato liquido contenuto nella camera 9 di preparazione per far sì che il metallo fuso passi dallo stato liquido allo stato semisolido. Secondo una forma realizzativa esemplificativa mostrata schematicamente nelle Figure da 1 a 5, il dispositivo 19 raffreddatore può essere disposto/integrato/annegato all’interno del contenitore 8 di iniezione. Ad esempio il dispositivo 19 raffreddatore potrebbe avere una forma anulare e potrebbe quindi essere disposto tutto attorno alla camera 9 di preparazione.

Secondo una preferita forma di attuazione mostrata nelle Figure 1-5, la macchina 1 di pressocolata in semisolido può comprendere inoltre una unità 20 di controllo che sovraintende al funzionamento della macchina 1 di pressocolata in semisolido stessa.

Secondo una preferita forma di attuazione mostrata nelle Figure 1-5, la macchina 1 di pressocolata in semisolido può comprendere inoltre un dispositivo riscaldatore 22, il quale è atto a riscaldare il filtro 11 preferibilmente sotto il controllo dell’unità 20 di controllo. Il dispositivo riscaldatore 22 può essere un dispositivo elettrico, ad esempio una termo-resistenza che è disposta in prossimità del canale di alimentazione 13 in una posizione adiacente al filtro 11 ed è atto a venire attivato dall’unità 20 di controllo per riscaldare il filtro 11 stesso.

Secondo una possibile forma realizzativa esemplificativa mostrata nelle Figure allegate 1-5, il dispositivo riscaldatore 22 può essere annegato all’interno del contenitore 8 di iniezione in corrispondenza/a ridosso del filtro 11. Ad esempio il dispositivo 19 riscaldatore potrebbe avere una forma anulare e potrebbe quindi essere disposto attorno al canale 13 in modo tale da circondare il filtro 11.

Viene di seguito descritto il funzionamento della macchina 1 di pressocolata in semisolido per la produzione di un pezzo 21 meccanico (illustrato nella Figura 5). La Richiedente ha trovato che la macchina e quindi il metodo sono particolarmente efficaci per realizzare pezzi 21 corrispondenti a delle pinze freno in lega di alluminio per autoveicoli.

A titolo puramente esemplificativo, il metallo utilizzato per realizzare il pezzo 21 meccanico potrebbe essere una lega di alluminio e silicio, ad esempio la lega A356 oppure A357 avente una temperatura di liquidus pari a 617 °C.

Inizialmente e come illustrato nella Figura 1, la macchina 1 di pressocolata in semisolido è completamente vuota (ovvero è priva di metallo fuso) ed il pistone 10 di iniezione è completamente ritratto per conferire alla camera 9 di preparazione la dimensione massima, mentre il filtro 11 è disposto stabilmente nel canale 13 di alimentazione preferibilmente in corrispondenza della bocca di ingresso della camera 3.

Successivamente e come illustrato nella Figura 2, del metallo 25 fuso allo stato completamente liquido viene alimentato all’interno della camera 9 di preparazione attraverso l’apertura 12 di alimentazione. Ad esempio, il metallo 25 fuso può essere prelevato allo stato completamente liquido da un forno di attesa alla temperatura di circa 650°C e può essere versato preferibilmente, ma non necessariamente, tramite una generica tazza di colata (non illustrata) all’interno del contenitore 8 di iniezione attraverso l’apertura 12 di alimentazione.

In seguito e come mostrato nell’esempio di Figura 3, il pistone 10 di iniezione può venire traslato con una velocità controllata, preferibilmente una bassa velocità, ed assialmente lungo la camera 9 di preparazione per ridurre la dimensione assiale della camera 9 di preparazione e quindi concentrare il metallo 25 fuso in prossimità del canale 13 di alimentazione del getto a contatto con il filtro 11. In sostanza, il pistone 10 di iniezione può avanzare preferibilmente a bassa velocità per ridurre il volume della camera 9 di preparazione fino a quando il metallo 25 fuso non occupa sostanzialmente un volume utile prestabilito della camera 9 di preparazione stessa e si dispone a contatto con la superficie di ingresso del filtro 11.

Una volta concentrato il metallo 25 fuso nella camera 9 e parzialmente nel canale 13 di alimentazione del getto così da essere a contatto con la superficie di ingresso del filtro 11 come illustrato nella Figura 3, viene eseguita una operazione di solidificazione parziale del metallo 25 così da farlo passare dallo stato completamente liquido allo stato semi-solido. Nell’esempio illustrato in Figura 3, la macchina 1 può attivare il dispositivo 19 raffreddatore per far sì che la temperatura del metallo 25 venga ridotta in modo controllato fino a raggiungere una soglia di temperatura prestabilita del metallo di circa 580°C.

Ad esempio il raggiungimento dello stato semisolido da parte del metallo 25 può avvenire per effetto del raffreddamento indotto dal contatto del metallo 25 con le pareti della camera 9 di preparazione (ovvero con le pareti del contenitore 8 di iniezione), opportunamente raffreddate dal dispositivo 19 raffreddatore controllato dall’unità 20 di controllo sulla base di una o più temperature misurate tramite rispettivi sensori di temperatura (non illustrati) opportunamente disposti preferibilmente nel contenitore 8.

Nell’esempio illustrato in Figura 3, la macchina 1 può inoltre attivare il dispositivo 22 riscaldatore per far sì che la temperatura del filtro 11 venga aumentata in modo controllato fino a raggiungere una temperatura prestabilita. Preferibilmente la temperatura prestabilita di riscaldo del filtro 11 può essere circa uguale alla soglia di temperatura prestabilita del metallo. La Richiedente ha trovato che riscaldando il filtro 11 si ottiene l’effetto tecnico di limitare la forza d’urto del metallo in ingresso e di evitare la rottura del filtro 11 stesso.

Una volta terminata la fase di semi-solidificazione del metallo 25 fuso, ovvero al raggiungimento della soglia di temperatura prestabilita, il pistone 10 di iniezione può essere ulteriormente traslato assialmente lungo la camera 9 di preparazione (come illustrato nella Figura 4) per ridurre ulteriormente la dimensione assiale della camera 9 di preparazione e quindi spingere (iniettare) il metallo 25 allo stato semisolido attraverso il filtro 11 contenuto nel canale 13 di alimentazione del getto, per far si che il metallo 25 venga iniettato nella camera 3 di stampaggio.

In questa fase, il metallo fuso allo stato semisolido alla temperatura corrispondente alla soglia di temperatura prestabilita viene spinto con una certa pressione nel canale 13 così da attraversare i fori/canali del filtro 11, preferibilmente in modo continuativo, ossia senza interruzione.

L’effetto tecnico del filtro 11 sul metallo fuso allo stato semisolido che lo attraversa è quello di causare dei moti vorticosi localizzati. In particolare, l’effetto dei canali/fori del filtro 11 sul flusso di metallo, è quello di scomporre/dividere temporaneamente quest’ultimo in una serie di micro-flussi (micro-getti) e di modificare le velocità/portate e le linee/direzioni dei micro-flussi causando in tal modo una pluralità di moti vorticosi all’interno del filtro 11 stesso. A questo riguardo occorre precisare che prove di laboratorio eseguite dalla Richiedente hanno dimostrato che i moti vorticosi localizzati impressi al metallo all’interno del filtro 11, consentono di realizzare una agitazione complessiva sul metallo sufficiente per ottenere un materiale a microstruttura globulare ossia la miscelazione del metallo fuso allo stato semisolido. Tale microstruttura globulare sarà quindi in grado di conferire al metallo 25 fuso allo stato semi-solido in uscita dal filtro 11 ed iniettato nella camera 3 delle spiccate caratteristiche reologiche. È opportuno inoltre precisare che prove di laboratorio eseguite dalla Richiedente hanno inoltre dimostrato che il comportamento del metallo allo stato semisolido durante l’attraversamento del filtro 11 quando la temperatura del metallo stesso corrisponde alla soglia di temperatura prestabilita, è sostanzialmente simile a quello di un metallo allo stato liquido. Di conseguenza sebbene il metallo venga parzialmente rallentato e miscelato internamente dal filtro 11 nel modo sopra descritto, esso è in grado comunque di attraversare agevolmente i fori/canali del filtro 11 nonostante il suo stato semisolido, se sottoposto ad una certa pressione ed una temperatura corrispondente alla soglia di temperatura sopra citata.

Una volta terminato il riempimento della camera 3 di stampaggio con il metallo 25 allo stato semisolido ed una volta atteso un adeguato tempo di raffreddamento per dare modo al metallo 25 fuso di raffreddarsi abbastanza per assumere lo stato solido (ovvero per assumere una forma propria non più modificabile), lo stampo 2 di pressocolata può essere aperto ad esempio traslando la matrice 4 mobile per estrarre il pezzo 21 meccanico finito (come illustrato nella Figura 5).

La macchina 1 di pressocolata in semisolido sopra descritta presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, la macchina 1 di pressocolata in semisolido sopra descritta è di realizzazione estremamente economica, in quanto è sostanzialmente identica ad una macchina 1 di pressocolata commerciale con la sola aggiunta del filtro 11, localizzato nello stampo da pressofusione. ed eventualmente, del dispositivo 22 riscaldatore del filtro 11. Di conseguenza, per realizzare la macchina 1 di pressocolata in semisolido sopra descritta è possibile partire da una macchina 1 di pressocolata commerciale a cui viene aggiunto un filtro 11 nella camera 13, che generalmente si trova nello stampo 2. E’ quindi evidente che risulta semplice ed economico anche l’aggiornamento di una macchina 1 di pressocolata esistente eventualmente direttamente presso l’impianto produttivo.

Inoltre, la macchina 1 di pressocolata in semisolido sopra descritta permette di procedere direttamente all’iniezione del metallo 25 allo stato semisolido all’interno dello stampo 2 di pressocolata senza necessità di alcun trasferimento aggiuntivo in quanto, come descritto, il metallo 25 allo stato semisolido viene miscelato/agitato preparato nel canale 13 dello stampo 2 stesso. I processi noti prevedono invece che la fase di miscelazione venga effettuata all’interno di recipienti o attrezzature dedicate ed è solo alla fine di questa operazione che il materiale pastoso può essere versato all’interno del contenitore di iniezione. Conseguentemente la frazione di solido non potrà superare valori dell’ordine del 10-15% altrimenti l’alta viscosità del semi-solido potrebbe verosimilmente impedire l’operazione stessa di versamento.

È stato pertanto dimostrato che la presente invenzione consente di raggiungere gli obiettivi sopra indicati.

Risulta infine chiaro che alla macchina di pressocolata ed al metodo qui descritti ed illustrati possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina (1) di pressocolata in semisolido; la macchina (1) di pressocolata in semisolido comprende: uno stampo (2) di pressocolata, all’interno del quale è ricavata una camera di stampaggio (3); un contenitore (8) di iniezione in cui è ricavata una camera di preparazione (9) che è atta a contenere del metallo (25) fuso allo stato semisolido; un canale (13) di alimentazione del getto di metallo atto a mettere in comunicazione di fluido il detto contenitore (8) di iniezione con detta camera di stampaggio (3); mezzi pressori (10) atti ad spingere il metallo (25) fuso allo stato semi-solido contenuto nel detto contenitore (8) di iniezione nella detta camera di stampaggio (3) attraverso detto canale (13) di alimentazione; la macchina (1) di pressocolata in semisolido è caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un filtro (11), il quale è disposto nel detto canale (13) di alimentazione del getto di metallo, ed è strutturato in modo tale da far sì che quando il metallo fuso allo stato semi-solido attraversa il filtro (11) stesso, il metallo è sottoposto ad un mescolamento vorticoso.
2. 2. Macchina (1) di pressocolata in semisolido secondo la rivendicazione 1, in cui un detto canale (13) di alimentazione del getto di metallo fuso allo stato semisolido è ricavato almeno parzialmente nel detto stampo (2) di pressocolata.
3. 3. Macchina (1) di pressocolata in semisolido secondo la rivendicazione 2, in cui il detto filtro (11) è disposto stabilmente nel detto canale (13) di alimentazione immediatamente a ridosso della bocca di ingresso della detta camera di stampaggio (3).
4. 4. Macchina (1) di pressocolata in semisolido secondo la rivendicazione 1, comprendente mezzi raffreddatori (19) atti raffreddare in modo controllato il metallo fuso allo stato liquido contenuto nella detta camera di preparazione (9).
5. 5. Macchina (1) di pressocolata in semisolido secondo la rivendicazione 1, in cui detto filtro (11) è strutturato in modo tale da filtrare impurità contenute nel metallo fuso allo stato semi-solido.
6. 6. Macchina (1) di pressocolata in semisolido secondo la rivendicazione 1, in cui il detto filtro (11) è strutturato in modo tale da far sì che il flusso di metallo fuso allo stato semi-solido del detto getto in uscita dal filtro (11) sia circa laminare.
7. 7. Macchina (1) di pressocolata in semisolido secondo la rivendicazione 1, in cui il detto filtro (11) è realizzato in metallo.
8. 8. Macchina (1) di pressocolata in semisolido secondo la rivendicazione 1, in cui detto filtro (11) è realizzato in lega di alluminio.
9. 9. Macchina (1) di pressocolata in semisolido secondo la rivendicazione 1, in cui il detto filtro (11) è realizzato in materiale ceramico.
10. 10. Metodo di pressocolata in semisolido; il metodo di pressocolata in semisolido comprende le fasi di: alimentare del metallo (25) fuso allo stato completamente liquido all’interno di una camera di preparazione (9) che è ricavata in un contenitore (8) di iniezione; eseguire una semi-solidificazione del metallo (25) fuso all’interno della detta camera di preparazione (9); alimentare, attraverso un canale (13) di alimentazione, il metallo (25) fuso allo stato semi-solido contenuto nella detta camera (9) di preparazione in una camera (3) di stampaggio ricavata in uno stampo (2) di pressocolata, detto metodo essendo caratterizzato dalla fase di impartire un mescolamento vorticoso al metallo fuso allo stato semi-solido nel detto canale (13) di alimentazione per mezzo di un filtro (11) disposto nel canale (13) di alimentazione stesso.