Componenti sinterizzati: tutti i vantaggi di una scelta. Dalla metallurgia delle polveri un'alternativa appetibile per gli stampisti.   Non solo creatività. Il successo di un prodotto innovativo è oggi affidato a una pluralità di fattori: accanto alla creatività riveste infatti un ruolo di primo piano il costo finale che, a sua volta, dipende dal costo di produzione. Il miglior rapporto prestazione/costo: ecco pertanto l'obiettivo a cui deve puntare il progettista nella fase di ingegnerizzazione del prodotto. Per raggiungerlo non sempre la strada tradizionalmente battuta si rivela essere la migliore: oltre ai materiali e ai processi di trasformazione comunemente impiegati, è oggi possibile affidarsi a tecnologie meno note - spesso risultato di scoperte recenti - che però offrono importanti vantaggi ai produttori. Tra queste, sicuramente, la metallurgia delle polveri.   Tecnologie di formatura: criteri di scelta. Forma del componente, materiale impiegato e tecnologia di formatura prevista: questi tre elementi sono egualmente importanti nella fase di ingegnerizzazione del prodotto e vanno tutti egualmente - e al tempo stesso - considerati. Tra forma e materiale c'è interazione, in quanto il rapporto prestazioni/costi e la forma restringono la scelta dei materiali utilizzabili. D'altra parte i processi possono essere adottati per classi ben precise di materiali e offrono - come evidenzierà il confronto tra le diverse tecnologie - prestazioni differenziate per: libertà di forma; campo di dimensioni e pesi; tolleranze; stato superficiale. A parità di risultati tecnici, la scelta è determinata dai costi e dai tempi di approntamento delle attrezzature. Ogni processo ha infatti le sue regole per facilitare il progetto delle attrezzature, garantire una durata adeguata, agevolare la produzione, rendere più affidabili le proprietà fisiche e meccaniche del prodotto.   I processi di formatura a confronto. È possibile confrontare tra loro i diversi processi di formatura, individuando per ciascuno gli elementi di forza e quelli di debolezza sia sotto il profilo tecnico che economico delle applicazioni. Fusione in sabbia - Giocano a favore di questo processo la grande libertà di forma (i sottosquadri e le cavità interne sono realizzabili con anime in refrattario), il basso costo delle materie prime e delle attrezzature (staffe) e la possibilità di ottenere buoni livelli di economicità anche nel caso di volumi produttivi modesti. Sul fronte delle limitazioni, vanno evidenziate le proprietà meccaniche piuttosto modeste e non sempre affidabili, la necessità di realizzare spoglie, il calo di fusione non recuperabile, la necessità di riciclare materozze e canali di colata. Inoltre, le superfici in accoppiamento meccanico con altri componenti devono essere lavorate con l'ausilio di utensili ed è necessario provvedere - per quanto riguarda l'impatto ambientale - allo smaltimento delle scorie e all'abbattimento dei fumi. Fusione in cera persa - È certamente apprezzabile la grande libertà che questa tecnologia offre su più fronti: massima a livello delle forme (in questo caso sottosquadri e cavità interne particolarmente complesse possono essere realizzate con cere solubili o anime ceramiche e la stessa forma può essere prodotta con leghe diverse in virtù della compensazione dei ritiri con le cere) e buona a livello di scelta delle dimensioni. Anche in questo caso le superfici in accoppiamento meccanico con altri componenti devono essere lavorate con l'ausilio di utensili, mentre il ciclo produttivo è necessariamente lento. Altri inconvenienti sono la non recuperabilità del calo di fusione, la necessità di riciclare attacchi e canali di colata e lo smaltimento dei residui di lavorazione. Fusione in conchiglia - Il principale vantaggio di questa tipologia di fusione è certamente la libertà di forma, condizionata soltanto dall'estraibilità della conchiglia; possono essere realizzate cavità interne con anime di refrattario. Tra gli svantaggi si segnalano la necessità di realizzare spoglie e quella di lavorare, con l'ausilio di utensili, le superfici in accoppiamento meccanico con altri componenti. Pressofusione - Se la produzione è relativamente rapida e si vuole una libertà di forma condizionabile solo dall'estraibilità dello stampo, è possibile utilizzare la pressocolata quale procedimento di formatura. Certo, i prodotti che si ottengono hanno proprietà meccaniche modeste, sia per i materiali impiegabili, sia per la possibile presenza di porosità e di soffiature. Stampaggio a caldo - Questa tecnologia assicura eccellenti proprietà meccaniche, un'elevata produttività, la possibilità di adattare il processo a un buon livello di automazione. D'altra parte le particolarità di forma vengono limitate dalla formabilità dei materiali utilizzati e non è possibile sfruttare lo stampaggio a caldo nel caso di componenti di piccole dimensioni. Ancora, le superfici in accoppiamento meccanico con altri componenti devono essere lavorate con l'ausilio di utensili. Infine gli stampi hanno durata limitata ed è necessario realizzare spoglie. Stampaggio a freddo - Eccellenti proprietà meccaniche, forme meccanicamente definite, produttività elevata e ottima finitura superficiale: sono questi i principali vantaggi per chi sceglie lo stampaggio a freddo. Sul fronte delle limitazioni è necessario fare i conti con il fatto che gli stampi vengono molto sollecitati, mentre le particolarità di forma sono limitate dalla formabilità a freddo dei materiali. Tranciatura fine - Con questa tecnologia è possibile disporre di pezzi pronti per il montaggio, in quanto le forme sono definite meccanicamente e le superfici di taglio lisce; la tranciatura fine offre poi grandi superfici, una cadenza produttiva elevatissima e un'elevata precisione sul posizionamento di elementi dei profili. Tra i principali svantaggi si segnalano le difficoltà a realizzare variazioni nello spessore all'atto dello stampaggio e l'inevitabile presenza di bave. Tornitura e fresatura - Si tratta di una tecnologia applicabile a un gran numero di materiali, che consente di beneficiare di proprietà meccaniche invariate rispetto al semilavorato di partenza. Offre inoltre tolleranze eccellenti, forme meccanicamente definite e un'ampia scelta nelle dimensioni. Da ultimo, tra i vantaggi, si segnalano la rapidità nell'attrezzamento e il costo limitato degli utensili. Va però considerato il fatto che gli eventuali vantaggi economici rischiano di annullarsi se il pezzo viene trasferito su macchine diverse e che il processo genera quantità spesso rilevanti di sfridi, non direttamente riciclabili. Stampaggio a iniezione plastica - Concede la massima libertà di forma tra tutti i processi che impiegano stampi metallici scomponibili (purché il pezzo sia estraibile) e buone tolleranze. Ottimo il rapporto tra peso e resistenza. I principali svantaggi si concretizzano nella resistenza meccanica modesta, specie a temperatura superiore a quella ambiente, e nel modulo elastico, decisamente inferiore a quello dei metalli.   Perché adottare la metallurgia delle polveri? Sin qui abbiamo analizzato con attenzione gli elementi di forza e i fattori di debolezza dei processi tradizionali di formatura. Vi sono tuttavia casi in cui, dalla combinazionze dei più importanti criteri di scelta (prestazioni, costi, caratteristiche meccaniche, etc.), risulta che la forma richiesta può essere ottenuta, addirittura con vantaggi maggiori in termini di economicità, anche attraverso la metallurgia delle polveri. È il caso della produzione di componentistica meccanica, per cui si ricorre prevalentemente alla pressatura delle polveri in stampi rigidi. In realtà la metallurgia delle polveri offre, sempre in questo settore altre alternative per impieghi estremlamamente mirati. Lo stampaggio polveri ad iniezione, ad esempio, è indicato per la produzione di componenti di forma estremamente complessa e di piccole dimensioni. La forgiatura di sbozzi sinterizzati è la soluzione ideale per bielle di motori di autoveicoli e anelli sincronizzatori. La pressatura isostatica a caldo viene invece impiegata nella produzione di dischi e alberi per turbine in superleghe e parti di grandi dimensioni; per gli utensili e, ancora, per i componenti maggiormente dimensionati può essere infine adottata la pressatura isostatica a freddo. Come anticipato, tuttavia, oltre il 90% dei componenti viene prodotto attraverso la pressatura delle polveri in stampi rigidi che permette di ottenere forme complesse con relativa facilità, senza ulteriori lavorazioni e a costi contenuti. Questo processo consente inoltre di realizzare soluzioni progettuali in cui molte funzioni sono incorporate in pochi pezzi. Ancora, è la strada giusta per risparmiare, migliorare la qualità e aumentare le prestazioni. Le forme sono meccanicamente definite e le tolleranze buone ed è possibile avere combinazioni metallurgiche e strutture composite altrimenti irrealizzabili impiegando le tecnologie tradizionali. Una sola avvertenza va considerata: l'economicità nell'utilizzo di questa tecnologia di formatura si riduce al crescere del peso del componente e al diminuire dei volumi di produzione.   La competitività della metallurgia delle polveri. Riduzione del costo del prodotto, miglioramento della qualità, incremento delle prestazioni, accrescimento della funzionali: sono questi i motivi che portano ad adottare la metallurgia delle polveri quale tecnica produttiva. Con queste premesse, per passare dalla tecnologia tradizionale alla sinterizzazione è possibile seguire due strade. Da un lato il fornitore di sinterizzati può offrire il componente a parità di disegno e nel pieno rispetto delle specifiche (con eventuali modifiche di quote non significative ai fini funzionali). Dall'altro - ed è il percorso più vantaggioso - fornitore e utilizzatore/produttore possono ingegnerizzare, insieme, le caratteristiche sostanziali del particolare ed eventualmente anche di altri componenti del dispositivo, che concorrono a determinare la funzione richiesta. La sinergia tra progettisti e ingegnerizzatori e il fatto che il componente nasca come sinterizzato già in fase progettuale ampliano le possibilità offerte all'utilizzatore. Innanzitutto può avere pezzi la cui forma non sarebbe producibile con altre tecnologie, se non sacrificando le tolleranze o dovendo ricorrere a operazioni di ripresa. I componenti, poi, sono in grado di incorporare funzioni diverse senza incidenze significative sul costo finale dello stampo. Infine la coprogettazione tiene conto dei vincoli progettuali dell'attrezzatura e della sua affidabilità durante la fase di pressatura, consentendo di controllare i costi.   Assinter: la sinterizzazione "DOC". L'ASSINTER - associazione tra i principali produttori italiani di componenti sinterizzati - è stata costituita nel 1983 con lo scopo di portare la metallurgia delle polveri al livello di diffusione e di sviluppo proprio dei paesi leader in questo campo. Essa si propone di offrire al mercato prodotti e servizi di qualità ed affidabilità ineccepibili, garantiti dal patrimonio di conoscenza e di esperienza delle Aziende aderenti. Attraverso il proprio marchio, ASSINTER tutela l'utilizzatore nel momento dell'acquisto dei prodotti, in quanto le imprese associate, per impianti produttivi posseduti, risorse umane impiegate e per strutture di ricerca produzione e controllo, sono effettivamente in grado di assicurare questi servizi. ASSINTER ha realizzato - per chi vuole approfondire la propria conoscenza del settore - due pubblicazioni: la ?Guida all'utilizzo dei componenti sinterizzati» e la ?Guida alla progettazione dei componenti sinterizzati». Principali fruitori di questi strumenti sono soprattutto gli utilizzatori, in particolare i progettisti ed i responsabili delle scelte tecnologiche. Le pubblicazioni possono essere richieste gratuitamente al seguente indirizzo: Associazione Produttori Componenti Sinterizzati - Via Villar Focchiardo 5 - 10138 Torino (tel. 011/7712443 - fax. 011/7715901).   Il ciclo di produzione dei sinterizzati. Nel caso di componenti sinterizzati il ciclo di produzione prevede che, nella fase iniziale, le polveri vengano opportunamente miscelate e poi pressate a freddo in stampi rigidi. Con le presse comunemente presenti sul mercato si ottengono pezzi il cui peso unitario va da 1 a 1000 grammi, mentre il ritmo produttivo varia dal centinaio al migliaio di pezzi all'ora. I componenti così formati sono sinterizzati in forni speciali ad atmosfera controllata e assumono una struttura monolitica grazie alla formazione di legami metallurgici tra i granuli - che durante la pressatura si erano solo compenetrati - acquistando così le proprietà di impiego. In alcuni casi i pezzi sinterizzati, dopo gli opportuni controlli, possono essere avviati direttamente al montaggio, perché con l'impiego di questa tecnologia la forma, le tolleranze e le proprietà fisico-meccaniche corrispondono a quanto è stato definito in fase progettuale. In genere la complessità di forma e le tolleranze sono tali da non richiedere operazioni di ripresa. Se necessario, invece, i sinterizzati sono assoggettabili senza particolari difficoltà a lavorazioni successive, perché conseguano determinate proprietà di impiego non ottenibili con il primo ciclo. Per quel che riguarda le lavorazioni specifiche, i pezzi possono essere sottoposti a calibratura (in vista di tolleranze più strette), ossidazione in vapore (per una maggiore durezza, resistenza alla corrosione), ricompressione (per il miglioramento delle proprietà meccaniche), infiltrazione (che satura la porosità tramite leghe a punto di fusione non troppo elevato). I trattamenti termici e i rivestimenti superficiali, oltre alle lavorazioni di utensile e alle operazioni di giunzione, sono invece le principali lavorazioni generiche che può essere necessario introdurre per completare la produzione di un componente.

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