Tipi di colata
I tipi di fusione sono: fusione in sabbia, fusione a cera persa, fusione in stampo permanente, fusione centrifuga, fusione sottovuoto, fusione in gesso, fusione a bassa pressione, fusione a compressione, fusione ad alta pressione, fusione a schiuma persa, fusione a guscio, fusione continua e fusione in stampo per gravità. Alcuni degli colata di metallo I processi di fusione utilizzano una cavità dello stampo per modellare il metallo fuso nelle parti desiderate. I produttori e gli acquirenti che prendono in considerazione i diversi tipi di fusione si trovano ad affrontare domande riguardanti la complessità del pezzo, il tipo di materiale, il costo del processo e la finitura superficiale.
Non si vuole certo scegliere il metodo sbagliato, perché ciò comporterebbe pezzi di scarsa qualità, scarti e perdite di guadagno. Con circa 14 tipi di fusione attivi sul mercato, è necessario prendere una decisione con attenzione, preferibilmente con l'aiuto di un esperto.
In genere, la fusione in sabbia è adatta per prototipi economici, la microfusione per geometrie complesse e la pressofusione per pezzi di precisione in grandi volumi. Se non si padroneggiano questi principi fondamentali, si rischia di dover ricorrere a rottami o alla sostituzione degli stampi.
Cos'è la fusione del metallo?
La fusione dei metalli è un processo di produzione che consiste nel versare metallo fuso nella cavità di uno stampo per realizzare i pezzi. Lo stampo riporta la forma inversa del pezzo desiderato. Il materiale dello stampo deve essere refrattario, quindi la sabbia è una scelta comune.
Dopo che il metallo fuso ha riempito la cavità, si è raffreddato e solidificato, viene estratto dallo stampo. Spesso sono necessari alcuni processi di finitura prima che il pezzo possa essere pronto per l'uso. La fusione è un processo industriale molto diffuso perché economico, versatile, adatto alla produzione di pezzi isotropi e ideale per forme complesse.
Le tipologie di fusione discusse
Di seguito sono elencate le tipologie di fusione trattate: fusione in sabbia, microfusione, pressofusione, fusione in stampo permanente, fusione centrifuga, fusione sottovuoto, fusione in gesso, fusione a bassa pressione, pressofusione a compressione, pressofusione ad alta pressione, fusione a schiuma persa, fusione in conchiglia, fusione continua e pressofusione per gravità.
Come illustrato di seguito, ciascuno di questi processi deve essere abbinato ai requisiti relativi a materiale, volume e tolleranza.
Fusione di sabbia
Colata in sabbia Si tratta di un metodo di fusione versatile ed economico che prevede la realizzazione di uno stampo in sabbia e la colata di metallo fuso nello stampo per produrre i pezzi.
Colata in sabbia
Altri materiali utilizzati insieme alla sabbia in questo processo sono additivi e leganti. La fusione in sabbia è ampiamente utilizzata nell'industria automobilistica e in quella edile.
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Vantaggi |
Limiti |
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Casting di investimento
Casting d'investimentoLa fusione a cera persa, detta anche fusione a cera persa, è un antico metodo di fusione che utilizza un modello in cera. Il modello viene ricoperto da uno strato di ceramica che forma uno stampo. La cera viene fusa, lasciando uno stampo che può essere riempito con metallo fuso. Questo metodo di fusione si basa su condizioni standard di aria e pressione.
I materiali per la fusione a cera persa includono rame e leghe di rame, alluminio e leghe di alluminio, acciaio e metalli preziosi come oro e argento.1]
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Vantaggi |
Limiti |
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Pressofusione (pressofusione di metalli)
La pressofusione dei metalli consiste nel versare o iniettare metallo fuso in uno stampo metallico per produrre parti. Viene eseguita principalmente per metalli non ferrosi come la fusione dell'alluminio, Colata di magnesioe fusione di zinco. Le applicazioni della pressofusione di metalli includono dissipatori di calore per elettrodomestici, blocchi motore per autoveicoli, componenti aerospaziali e computer portatili.
Le due categorie di pressofusione dei metalli sono la pressofusione a camera calda e la pressofusione a camera fredda, la differenza sta nel luogo in cui il metallo viene fuso. Nella pressofusione a camera calda, il metallo viene fuso in un forno all'interno dell'attrezzatura di pressofusione.
La pressione durante la fusione può raggiungere i 1,200 bar. Tuttavia, ciò dipende dalla complessità del design dello stampo e dalla forza di bloccaggio.
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Vantaggi della pressofusione |
Limitazioni della pressofusione |
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Colata in stampo permanente
Il metodo di fusione in stampo permanente prevede l'utilizzo di una coppia di stampi metallici. Si tratta di un processo a gravità, il che significa che la sola forza di gravità viene utilizzata per versare il metallo fuso nello stampo. I metalli comunemente utilizzati per gli stampi sono acciaio, ghisa e leghe refrattarie. La lavorazione CNC viene in genere impiegata per realizzare le cavità degli stampi. La superficie dello stampo è ricoperta da un materiale refrattario duro, ad esempio argilla. Viene inoltre utilizzato un lubrificante come la silice.
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Vantaggi |
Limiti |
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Colata centrifuga
Colata centrifuga
La fusione centrifuga prevede l'utilizzo di uno stampo permanente ruotato attorno al proprio asse a una velocità compresa tra 300 e 3000 giri al minuto.2Il materiale fuso viene versato mentre lo stampo ruota. A causa delle forze centrifughe, il materiale fuso si concentra sulle pareti esterne dello stampo. Poiché la maggior parte delle impurità è più leggera del metallo, si trovano più vicine al diametro interno, dove possono essere rimosse mediante lavorazione meccanica.
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Vantaggi |
Limiti |
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Colata sotto vuoto
La fusione sottovuoto, detta anche fusione controgravità, è simile alla microfusione, ma il meccanismo di riempimento dello stampo è diverso. Nella fusione sottovuoto, si utilizza una pompa a vuoto per aspirare il materiale verso l'alto all'interno dello stampo.
componente fuso sottovuoto
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Vantaggi |
Limiti |
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Fusione in gesso
Lo stampo per questa tecnica contiene gesso di Parigi (CaSO4), farina di silice e talco. Questo tipo di fusione si presta perfettamente alla lavorazione di metalli non ferrosi come alluminio, magnesio, zinco e rame.
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Vantaggi |
Limiti |
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Spremere la pressofusione
Spremere il casting È un processo che combina forgiatura e fusione. Il metallo fuso viene inserito in uno stampo preriscaldato, quindi un pistone applica una pressione costante sulla testa di metallo fuso. Questa pressurizzazione è importante per un flusso bilanciato del metallo. Riduce al minimo la porosità da microritiro. Il raffreddamento controllato garantisce inoltre una microstruttura fine.3]
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Vantaggi |
Limiti |
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Pressofusione a bassa pressione
La macchina per pressofusione a bassa pressione è allineata verticalmente. È composta da una piastra mobile e una fissa. Con il forno di mantenimento posizionato sotto la piastra fissa, viene applicata una pressione fino a 1 bar al forno, che spinge il metallo fuso.
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Vantaggi |
Limiti |
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Fusione a schiuma persa (a modello consumabile)
Colata a schiuma persa
Questo processo di fusione utilizza uno stampo in polistirolo. Poiché questo materiale è composto al 95% d'aria, evapora quando vi viene versato sopra il metallo fuso.2Il motivo viene prodotto mediante stampaggio. Tra gli esempi di manufatti realizzati con la tecnica della fusione a cera persa si annoverano alberi e blocchi motore.
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Vantaggi della fusione a cera persa |
Limitazioni della fusione a cera persa |
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Fusione in conchiglia
Fusione a guscio Consiste in un guscio di sabbia silicea e resina modellato attorno a uno stampo di metallo fuso. Il metallo fuso viene versato nella cavità dello stampo risultante.
Colata in conchiglia
Sebbene il processo sia paragonabile alla fusione in sabbia e relativamente più costoso, produce pezzi con finiture superficiali più lisce e dimensioni più precise.
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Vantaggi della fusione a guscio |
Limitazioni della fusione a guscio |
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Colata continua
La colata continua viene utilizzata per produrre fili continui di metallo. Il componente principale del sistema è uno stampo raffreddato ad acqua, che aiuta a ricavare un lingotto o blumo. La maggior parte dei semilavorati di alluminio e acciaio disponibili in tutto il mondo è prodotta mediante colata continua.
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Vantaggi |
Limiti |
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Qual è il tipo di fusione più diffuso?
La fusione in sabbia è il tipo di fusione più utilizzato al mondo. I produttori la prediligono perché è economica, versatile e in grado di produrre componenti complessi. Si applica sia ai metalli ferrosi che a quelli non ferrosi, in un'ampia gamma di dimensioni. I settori aerospaziale e automobilistico sono tra i più comuni per la fusione in sabbia. Nel settore automobilistico, ad esempio, vengono specificate fusioni in ghisa grigia, realizzate in stampi di sabbia.5] Le applicazioni tipiche della ghisa grigia nelle fusioni per il settore automobilistico includono collettori di scarico, blocchi motore diesel, dischi frizione e carter di trasmissione.
Come scegliere un tipo di processo di fusione
Le quattro variabili da considerare nella scelta di un processo di fusione dei metalli sono il tipo di materiale, la quantità/il volume, le proprietà desiderate e la complessità del pezzo.
- Tipo di materialeMateriali diversi richiedono metodi di fusione specifici.
- Quantità/VolumeAlcuni tipi di fusione sono progettati per bassi volumi, mentre altri per alti volumi.
- Proprietà desiderateQueste includono le proprietà meccaniche e la finitura superficiale. Alcuni tipi di fusioni offrono migliori proprietà meccaniche o finiture più lisce rispetto ad altri.
- Complessità delle partiI componenti complessi possono richiedere metodi di fusione con caratteristiche specifiche. Ad esempio, la microfusione è generalmente indicata per i progetti complessi, mentre la fusione in sabbia è più adatta a progetti più semplici.
componente complesso di microfusione
Considerate la seguente tabella come guida per la scelta del tipo di fusione ideale.
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Tipo di fusione |
Scala di produzione |
Tipi di materiale |
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Colata in sabbia |
Da basso a medio |
Alluminio, bronzo, ferro |
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Casting d'investimento |
Da basso a medio |
Acciaio inossidabile e leghe |
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pressofusione |
Medio alto |
Alluminio, magnesio, zinco |
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Colata permanente in stampo |
Medio |
Alluminio, rame |
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Colata centrifuga |
Medio alto |
Ferro, acciaio, leghe |
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Colata sotto vuoto |
Da basso a medio |
Alluminio, leghe di precisione |
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Fusione in stampo di gesso |
Basso |
Alluminio, rame, zinco |
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Spremere la pressofusione |
Medio alto |
Alluminio, magnesio |
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Pressofusione a bassa pressione |
Medio |
Alluminio, magnesio |
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Pressofusione ad alta pressione |
Alto |
Alluminio, magnesio, zinco |
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Colata a schiuma persa |
Medio alto |
Alluminio, acciaio |
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Fusione a stampo a conchiglia |
Medio |
Alluminio, ferro, acciaio |
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Colata continua |
Alto |
Alluminio, rame, acciaio |
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Pressofusione in gravità |
Medio |
Alluminio, rame, zinco |
Nota: queste sono linee guida generali. Le dimensioni effettive di produzione e i tipi di materiale possono variare in base allo spessore della parete, alla tolleranza e alla geometria del pezzo.
Cosa ne pensi di queste opzioni di fusione? Condividi le specifiche del tuo componente con i nostri ingegneri per ricevere rapidamente un consiglio sul processo di fusione più adatto.
Quali materiali vengono utilizzati nella fusione?
I metalli sono i materiali predominanti utilizzati nella fusione, ma il processo non si limita a questi. Ecco un elenco dei materiali impiegati nella fusione.
- MetalliI metalli sono i principali materiali di fusione. Sia i metalli ferrosi che quelli non ferrosi possono essere fusi, ma il metodo utilizzato dipende dal metallo.
- CeramiciQuesti materiali vengono utilizzati per componenti resistenti al calore e refrattari.
- gommeLa gomma, solitamente gomma poliuretanica, viene utilizzata per la realizzazione di stampi flessibili o prototipi.
- Plastica: Le materie plastiche vengono fuse per la produzione di piccoli volumi o per la realizzazione di prototipi di componenti.
- Materiali compositiSono ideali per componenti strutturali leggeri
- Vetro: I componenti in vetro fuso servono in genere a scopi ottici e artistici
- CerchiLe leghe metalliche sono adatte ad applicazioni in cui sono richieste proprietà specifiche, come resistenza termica, alla corrosione e resistenza meccanica.
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Industrie che utilizzano la fusione
I settori industriali che più comunemente utilizzano prodotti fusi sono quello automobilistico, aerospaziale, dei beni di consumo, della gioielleria e dell'edilizia, con prodotti che spaziano dai carter di trasmissione nel settore automobilistico agli elementi architettonici nel settore edile.
La tabella seguente riassume alcuni esempi di applicazione.
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Industria |
Esempi di parti fuse |
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Automotive |
Componenti delle sospensioni, carter della trasmissione, blocchi motore |
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Aeronautico |
Componenti del carrello di atterraggio, pale della turbina |
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Beni di consumo |
Alloggiamenti e accessori per elettrodomestici |
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Gioielli |
Disegni complessi realizzati mediante fusione a cera persa |
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Costruzione |
Accessori architettonici, ferramenta strutturale |
Progettazione di un componente per la producibilità (DFM) nella fusione dei metalli
Progettare per la producibilità (DFM, Design for Manufacturability) nella fusione dei metalli significa perseguire spessori di parete uniformi, raggi di curvatura generosi, angoli di sformo e linee di separazione precise. Questi fattori assicurano che il pezzo non solo si solidifichi in modo uniforme, ma che si estragga anche agevolmente dallo stampo.
- Spessore della parete uniforme – I progettisti dovrebbero applicare uno spessore uniforme delle pareti per garantire un raffreddamento e un ritiro bilanciati, prevenendo così difetti nei pezzi.
- Raggi generosi – Ciò impedisce la concentrazione di stress negli angoli acuti del pezzo
- Angoli di sformo – Gli angoli di sformo ben progettati consentono un distacco pulito del pezzo dallo stampo
- Linea di separazione – Questa caratteristica deve essere posizionata strategicamente perché influisce sulla complessità dello stampo e sulla formazione delle bave.
Linea di separazione
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Diversi metodi di trattamento termico per la fusione dei metalli
Ricottura, normalizzazione e tempra/rinvenimento sono i principali metodi di trattamento termico per i pezzi metallici fusi. I processi di post-solidificazione vengono utilizzati per migliorare le proprietà meccaniche del materiale.
- ricottura – Si tratta di un metodo di rammollimento del materiale che allevia le tensioni interne
- Normalizzazione – Questo metodo aiuta a ottenere proprietà meccaniche uniformi attraverso l'affinamento della grana
- tempra – Si tratta del raffreddamento rapido del pezzo fuso mediante aria, acqua o olio. Il processo aumenta la resistenza del pezzo e indurisce la microstruttura.
- tempra – La tempra è il successivo riscaldamento controllato del pezzo temprato al di sotto della temperatura critica. Il processo di trattamento termico riduce la fragilità ma conserva la maggior parte della durezza.
Il futuro del casting
Le tecnologie di fusione si stanno orientando verso la riduzione dei cicli di sviluppo e degli scarti. I modelli di fluidodinamica computazionale saranno sempre più utilizzati per prevedere i difetti dei pezzi.4] Le anime e gli stampi stampati in 3D stanno aumentando la velocità di prototipazione. Il software di simulazione viene inoltre utilizzato per individuare i difetti nelle prime fasi del processo di progettazione, prima ancora della realizzazione degli stampi.
Le industrie ricorrono sempre più spesso a processi di fusione ibridi e leghe più leggere per realizzare componenti più leggeri e resistenti. Qualunque cosa riservi il futuro alla fusione, i principali tipi di fusione e gli altri principi fondamentali discussi in precedenza rimangono validi.
Riassumendo
Ottenere prodotti affidabili dalla fusione dipende dalla corretta combinazione di volume, complessità del pezzo, proprietà desiderate e materiale con il tipo di fusione progettato per l'applicazione specifica. La pressofusione è utilizzata per la produzione di grandi volumi con precisione, la fusione in sabbia per la versatilità economica e la microfusione per i dettagli complessi. Metodi di fusione specializzati, come la fusione sottovuoto, soddisfano esigenze prestazionali specifiche.
Poiché non esiste un unico tipo di fusione adatto a ogni componente, la versatilità della fusione nella produzione è impareggiabile. È necessario integrare i principi DFM (Design for Manufacturing), tra cui angoli di sformo appropriati, raggi adeguati e spessore uniforme delle pareti. Senza dimenticare il trattamento termico post-processo.
Per agevolare il passaggio dalla progettazione alla produzione, carica oggi stesso il progetto del tuo componente per una revisione DFM e un preventivo immediato. In caso di problemi di fusione, i nostri ingegneri li segnaleranno prima della realizzazione degli stampi, consentendoti di risparmiare sui costi.
FAQ
In che modo il tipo di fusione influisce sui costi?
I costi variano a seconda del tipo di fusione. Alcune opzioni possono essere più economiche, ma richiedono più rilavorazioni rispetto a quelle più costose.
Perché la conoscenza del tipo di materiale è fondamentale nella fusione?
Conoscere la tipologia di materiale è importante perché permette di determinare l'adeguatezza delle proprietà del materiale all'applicazione specifica. Ad esempio, alluminio e acciaio hanno proprietà distinte, e questo influisce sull'idoneità del materiale per l'applicazione.
Qual è il ruolo del volume di produzione nella scelta di un metodo di fusione?
Il volume di produzione determina la convenienza economica di un metodo di fusione. Il rapporto tra costo unitario e costo iniziale degli stampi varia da un metodo all'altro. Per volumi ridotti, si prediligono la microfusione e la fusione in sabbia. La fusione centrifuga e la fusione in stampo permanente sono le soluzioni migliori per volumi medi. Per volumi elevati, la pressofusione è il metodo predominante.
Risorse
[1]https://aristo-cast.com/wp-content/uploads/2020/09/ICI_Metal_Standards_Spec_Manual.pdf
[2]https://www.uobabylon.edu.iq/eprints/publication_1_1951_6172.pdf
[3]https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/squeeze-casting