“La fusione ha consentito di progettare parti con notevoli punti di forza a un prezzo accessibile. Ha guadagnato un’attenzione significativa per il suo rigoroso rafforzamento e la sua sostenibilità economica”.
Il processo di fusione funziona in modo efficiente in complesse configurazioni metalliche per un'ampia gamma di industrie manifatturiere. È facile da usare e offre facilità agli ingegneri che lavorano su grandi volumi di produzione. L'efficienza e la lavorabilità dello stampo influiscono sulla progettazione del prodotto finale. La trascuratezza del minore difetti di colata negli stampi può deteriorare la qualità dei componenti di produzione.
Pertanto, lavorando con lo stampo prodotto mediante lavorazione CNC, ci sono maggiori possibilità di raggiungere la perfezione. La compatibilità dei diversi materiali e la flessibilità nella progettazione hanno rimodellato l'intero processo di fusione.
Questo blog completo contiene informazioni chiave sul processo di produzione della fusione, sui suoi tipi e sui materiali di fusione utilizzati negli stampi per fusione dei metalli. Inoltre, la considerazione delle tecniche di selezione insieme ai vantaggi e ai demeriti.
Cos'è il casting? Una panoramica
La fusione è un processo di produzione di base. Durante il suo funzionamento, i metalli fusi vengono versati nella cavità dello stampo, che poi si indurisce e forma il prodotto desiderato una volta solidificato. Gli utensili e gli stampi svolgono un ruolo centrale nel processo di produzione della fusione. Il casting utilizza vari materiali per pressofusione compresi alluminio, ferro, rame, zinco, cromo e magnesio. Inoltre, facilita la produzione di più prodotti in una singola unità.
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Diversi tipi di processi di fusione?
Esistono diversi processi per fondere i metalli per modellare i prodotti desiderati. Questi sono;
Colata in sabbia
La fusione in sabbia, o fusione in sabbia, utilizza stampi non riutilizzabili a base di silice per progettare componenti complessi. La tecnica è stata utilizzata e servita nelle industrie fin dai tempi antichi e fornisce soluzioni economiche e riciclabili ai produttori. Ad esempio, utilizza materiali economici per eseguire la fusione; calcestruzzo, resina epossidica e intonaci e per realizzare aggregazioni per modellare stampi.
L'efficacia della fusione in sabbia risiede nella sua capacità di fondere anche metalli con profili ad alta temperatura come; ferrosi, non ferrosi, alluminio, rame e acciaio.
Pressofusione di metalli
Stabilità dimensionale e precisione sono caratteristiche fondamentali della pressofusione. Questo processo meticoloso e di precisione prevede l'alimentazione di metalli non ferrosi in stampi o matrici riutilizzabili (rivestiti con lubrificanti) ad alta pressione per modellare il prodotto finale desiderato.
Il processo viene eseguito in due modi; pressofusione ad alta pressionee Pressofusione a bassa pressione a seconda del metallo utilizzato. se ha punti di fusione alti o bassi. In generale, la fusione a bassa pressione funziona in condizioni di bassa pressione ed è adatta per parti che richiedono caratteristiche semplici. La pressofusione ad alta pressione, invece, viene utilizzata per la produzione in serie di componenti complessi e dettagliati.
Questi stampi sono generalmente realizzati in acciaio e carburi per resistere a condizioni termiche elevate. Inoltre, questi garantiscono un'elevata stabilità dimensionale del prodotto previsto. Pertanto richiede attenzione durante il processo di fusione.
Le applicazioni della pressofusione abbracciano diversi settori, dall'automotive alla produzione di componenti aerospaziali, e presentano geometrie complesse. Inoltre, i prodotti pressofusi spesso cedono in prossimità delle superfici finite, eliminando la necessità di ulteriori lavorazioni.
Gravità Die Casting
Gravità Die Casting
La pressofusione per gravità è anche identificata come fusione in stampo permanente. Come suggerisce il nome, la gravità enfatizza la dipendenza della fusione dalla forza gravitazionale con cui le leghe fuse vengono versate in uno stampo o matrice specifica.
La fusione per gravità consente, ad esempio, la formazione di varie parti; involucri, alloggiamenti, raccordi per tubi, pistoni di motori, cerchioni di automobili, ecc. La pressofusione per gravità è applicabile a diversi metalli, alcuni degni di nota sono; zinco, piombo, leghe di magnesio e alluminio.
Colata sotto vuoto
La fusione sotto vuoto tra le tecniche sopra menzionate è affascinante poiché utilizza condizioni di vuoto standard. Viene creato un vuoto ad una pressione di 100 bar per eliminare o scaricare i gas. Un metallo rovente viene quindi versato nella cavità dello stampo all'interno di una camera a vuoto per evacuare sacche d'aria e bolle.
La fusione sotto vuoto ha una somiglianza con il stampaggio a iniezione processo poiché entrambi i metodi sono adattabili per la prototipazione rapida e presentano componenti privi di bolle con bassa porosità e lisciare finitura superficiale. Oltre a ciò, è efficiente per le produzioni in piccoli lotti. Inoltre, facilita la fusione di numerose resine ed è applicabile alla produzione di componenti strutturali di telai per l'industria automobilistica e aerospaziale.
Casting di investimento
Casting di investimento
La microfusione viene utilizzata prevalentemente per creare componenti di funzionalità complesse. Durante il suo funzionamento, un modello in cera dello stampo viene curato e circondato da un materiale refrattario che funge da rivestimento per metalli fusi come alluminio e acciaio inossidabile.
Sebbene la fusione a cera persa sia progettata con precisione per modellare geometrie di caratteristiche altamente dettagliate, spesso comporta costi elevati in quanto è un processo ad alta intensità di manodopera. Presenta sottosquadri, pareti sottili, bauli da bicicletta, dischi da moto di alta qualità e una finitura quasi finita. Per maggiori informazioni consulta la nostra guida su colata di investimento.
Pressofusione a bassa pressione
La pressofusione a bassa pressione, come suggerisce il termine, versa il metallo rosso fuso in una cavità dello stampo a una pressione inferiore fino a 0.8 baro 100 kPa a seconda del materiale coinvolto. Il processo migliora significativamente la qualità, attraverso il riempimento continuo e controllato della cavità dello stampo per eliminare i rischi di ritiro e formazione di scorie.
LPDC modella meticolosamente i contorni dei componenti a pareti sottili garantendo una finitura liscia in tempi brevi. Alcuni esempi comuni includono; pinze dei freni, custodie delle sospensioni, blocchi motore e teste cilindriche.
Colata a compressione
Prodotti per colata a pressione
La fusione a pressione impone un processo combinato di pressofusione e forgiatura del metallo. Implica l'alimentazione del metallo fuso in uno stampo chiuso simile alle tecniche di fusione a bassa pressione o per gravità.
Dopo l'iniezione, la pressa idraulica applica un'alta pressione per formare una parte forgiata in metallo. La fusione a compressione avvantaggia i produttori producendo pori e prodotti fusi in metallo privi di crepe. Nel settore automobilistico viene utilizzato per realizzare prodotti di sicurezza, ad esempio telai, staffe, nodi e giunti Space Frame. Per maggiori informazioni consulta la nostra guida su spremere la colata.
Colata centrifuga
Colata centrifuga, detta anche colata rotazionale. Aiuta a formare parti metalliche fuse con vuoti minimi. Durante il funzionamento, il metallo fuso come magnesio, alluminio, zinco o piombo viene versato in uno stampo riutilizzabile o in una filiera, ad alta pressione per produrre componenti cilindrici o componenti asimmetrici. Per esempio; pistoni del motore, ingranaggi, raccordi per tubi e alloggiamenti degli ingranaggi.
Colata di schiuma persa
La fusione a schiuma persa presenta alcune somiglianze, l'unica differenza è che la fusione a schiuma utilizza schiuma, mentre la fusione a cera persa utilizza la cera.
Nel suo processo, la schiuma viene iniettata in uno stampo rivestito di stirene come materiale refrattario. Vari metalli sono compatibili con questa tecnica, come le leghe ferrose, la ghisa e l'acciaio al carbonio. Oltre alle applicazioni, questo processo ha un ruolo significativo nel settore automobilistico, aerospaziale, della difesa e delle arti, per formare un'ampia gamma di parti in metallo fuso. Ad esempio; gli idranti, le pareti e le custodie delle pompe sono solitamente realizzati con questa tecnica di fusione.
Colata in gesso
Il processo di colata in gesso o fusione in stampi in gesso utilizza una miscela di composti rinforzanti come gesso e additivi per realizzare uno stampo. Gli additivi servono come adesioni che provocano appiccicosità contro la muffa. Utilizza il gesso per colare uno stampo invece di un materiale refrattario. Dopo aver colato e fatto solidificare il gesso, questo viene eventualmente rimosso, consentendo al metallo fuso di colare nella cavità dello stampo. La fusione del gesso avvantaggia vari settori come la gioielleria, le automobili, l'arte, la scultura e l'aerospaziale.
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Metalli compatibili per il processo di fusione
Ecco i metalli comuni utilizzati nella fusione per varie applicazioni industriali.
Alluminio
L'alluminio può essere colato a cera persa, pressofuso, in stampo permanente e colato in sabbia per le sue elevate proprietà meccaniche, fluidità e indice di riflessione. Dal settore automobilistico a quello aerospaziale, i prodotti in fusione di alluminio si trovano ampiamente ovunque. Ad esempio; l'alluminio è ampiamente utilizzato per ruote e interni di automobili, finestre e porte per la sua natura leggera e la sua durabilità. Inoltre, i progettisti di prodotti possono trarre vantaggio dall’alluminio per la sua facilità d’uso producibilità.
Magnesio
I prodotti di fusione richiedono elevati rapporti resistenza/peso e caratteristiche di leggerezza per i prodotti di fusione. Qui entra in gioco il magnesio. Il magnesio è forte, rigido e ha proprietà di schermatura EMI e RFI. Ciò lo rende adatto a connettori elettrici, alloggiamenti e involucri. Inoltre, è la scelta ideale per la fusione quando la durabilità è essenziale per il prodotto. Alcune delle leghe più comuni per la fusione includono; AZ91D. Per ulteriori informazioni, consultare la nostra guida completa su pressofusione di magnesio.
Zinco
Lo zinco è ampiamente utilizzato nella fusione dei metalli per la sua facilità di lavorazione, buona stabilità dimensionale e caratteristiche di flusso. Inoltre, offre un'elevata precisione con costi di lavorazione inferiori rispetto ad altri metalli da colata. Una delle caratteristiche distintive dello zinco è che i suoi prodotti fusi possiedono un'elevata finitura. Lo zinco viene utilizzato per la fusione di componenti dalla forma complessa e dalle pareti sottili. Le sue applicazioni sono molto diffuse nei prodotti automobilistici, aerospaziali e di consumo.
Rame
Questo materiale offre molteplici caratteristiche tra cui resistenza alla corrosione ed elevata conduttività elettrica e termica. Due delle migliori leghe di rame, bronzo e ottone, hanno un enorme potenziale di utilità nella fusione in sabbia, nella pressofusione ad alta pressione e nella fusione in Co2. Di conseguenza vengono realizzati diversi apparati musicali, ad esempio tromboni, trombe e corni.
Ferro
Blocco motore in ghisa
Il ferro possiede una buona colabilità. Ha un'elevata resistenza all'usura e alla rientranza con capacità di smorzamento superiore. I prodotti in ghisa sono ottenuti combinando ferro e carbonio. Numerose forme di ferro sono di grande utilità, ad esempio, per la fusione dei prodotti; ghisa, ghisa grigia, ghisa malleabile e ghisa duttile. Alcune applicazioni di uso comune includono; blocchi motore, tubi e parti di automobili.
Acciaio
L'acciaio è una lega frequentemente utilizzata nelle applicazioni di fusione. Tra le leghe di acciaio, l'acciaio inossidabile viene utilizzato principalmente per la fusione. Spesso presenta vari vantaggi sotto forma di elevata resistenza, usura e resistenza agli urti. Uno dei principali vantaggi derivanti dallo sfruttamento dell’acciaio nella fusione risiede nella sua capacità di resistere a condizioni ambientali difficili. Per questo motivo viene utilizzato in componenti per carichi pesanti come; macchine edili, presse per forgiatura, macchine minerarie, turbine turbocompressore e blocchi cilindri motore.
Guidare
Il piombo viene solitamente impiegato con le sue leghe di antimonio per la fusione. I più comunemente usati sono l'antimonio 1%, 2%, 3%, 6%. Le leghe di piombo presentano caratteristiche distinte quando si tratta di fusione, ad esempio bassi punti di fusione con malleabilità incompatibile. I prodotti stampati in piombo vengono utilizzati, ad esempio, in alcune applicazioni industriali; produzione di batterie e schermatura dalle radiazioni.
Ottone
L'ottone è un'opzione decente per la pressofusione dei metalli. La pressofusione dell'ottone produce prodotti ripetibili in forme complesse, ripetibili per prodotti diversi.
- Ottone; Lega composta da zinco e rame.
- Ottimo per condurre elettricità ma resistente alle scintille.
- Ha una discreta precisione dimensionale e un'eccellente resistenza alla corrosione.
- L'ottone offre numerose opzioni di finitura come la cromatura e la finitura meccanica con lucidatura e tamponatura.
Tabella comparativa dei metalli fusi
Ogni tipo di metallo ha le sue caratteristiche uniche che lo distinguono dal resto. Diamo un'occhiata a questi metalli in termini di quanto facilmente possono essere modellati, quanto bene possono allungarsi senza rompersi, la loro capacità di resistere alla ruggine e altri fattori:
Table: Tabella comparativa dei metalli fusi
| Fusione di metalli | Malleabilità | duttilità | Resistenza alla Corrosione | Costi | lavorabilità | saldabilità |
| Alluminio | Alto | Ottimo | Buone | Basso | Buone | Ottimo |
| Acciaio | Basso | Basso | Basso | Medio | Buone | Buone |
| Ghisa | Medio | Medio | Basso | Basso | Medio | Buone |
| Rame | Alto | Alto | Ottimo | Alto | Buone | Buone |
| Zinco | Alto | Medio | Buone | Basso | Buone | Buone |
| Ottone | Medio | Medio | Ottimo | Medio | Buone | Buone |
Quali sono i vantaggi del processo di fusione?
Ci sono alcuni vantaggi nell’utilizzare il processo di fusione nei tuoi progetti. Ad esempio, quando il rapporto costo-efficacia, il tempo, la progettazione di componenti complessi e la riciclabilità sono aspetti critici da considerare. Ecco alcuni dei vantaggi più comuni derivanti dall'utilizzo del casting nei tuoi progetti.
- La fusione del metallo è un processo di formatura del metallo considerevolmente rapido.
- Il casting è un processo economico e offre un buon rapporto costo-efficacia se utilizzato per materiali diversi.
- L'uso della lavorazione CNC nella fusione mostra versatilità nel processo di fusione di diversi materiali.
- Offre utensili convenienti riguardanti i metodi di colata convenzionali.
- I prodotti realizzati in fusione di metallo sono leggero, che rappresenta un requisito importante dell'industria automobilistica e aerospaziale.
- La fusione del metallo è un modo efficace per raggiungere questo obiettivo geometrie di prodotto complesse come la creazione di cavità motorie e cilindriche.
Quali sono gli svantaggi del casting?
Inoltre, il processo presenta alcune limitazioni indicate di seguito:
- I prodotti di fusione spesso necessitano di un'ulteriore lavorazione per perfezionare il prodotto, il che comporta un costo aggiuntivo per il processo.
- Evitare la porosità, il ritiro, la deformazione e il mantenimento della stabilità dimensionale dei prodotti di fusione comporta alcune sfide.
- La produzione della fusione è un processo ad alta intensità di manodopera.
- Le attrezzature, gli impianti e gli stampi sono leggermente costosi e comportano costi aggiuntivi per il budget.
- La fusione è limitata ai metalli con punti di fusione più bassi.
- La preparazione della cera e la progettazione degli stampi per la produzione di fusioni richiedono molto tempo e comportano investimenti iniziali elevati.
Considerazioni chiave per la scelta del processo di produzione della fusione
Innanzitutto dobbiamo comprendere l’importanza del processo decisionale. La ricerca tecnica ha evidenziato che una scelta imprecisa dei materiali per la produzione della fusione può avere un impatto grave sul costo del prodotto fabbricato, compreso tra il 70 e l'80%.
Pertanto, si dovrebbe porre molta enfasi sui componenti critici, tra cui la selezione dei materiali, il livello di tolleranza, le dimensioni, le forme, le leghe compatibili e, ultimo ma non meno importante, il processo di fusione.
Selezione del Materiale
La selezione del materiale dipende dalle specifiche e dai requisiti del prodotto finale. Ogni materiale lavorabile nella fusione ha il suo utilizzo e i suoi vantaggi. Le caratteristiche chiave del materiale come resistenza, tolleranza, consumo energetico e modifiche post-produzione devono essere prese in considerazione durante l'appropriazione del processo di fusione.
Quantità richiesta
La fusione è considerata un processo economico quando si producono grandi volumi di produzione. Tempi di consegna più brevi insieme a volumi di lotti elevati e risultati geometrici complessi sono le caratteristiche principali di questo processo.
Finitura superficiale fusa
Anche la brillantezza e la finitura superficiale desiderate influenzano i criteri di selezione. La fusione a cera persa offre finiture superficiali affascinanti mantenendo l'integrità del materiale. La pressofusione, invece, garantisce un'elevata precisione dimensionale con una bassa brillantezza superficiale. Pertanto, è stata necessaria la post-elaborazione per migliorare le caratteristiche della superficie.
Requisiti di tolleranza
Durante il processo di fusione, è fondamentale raggiungere le dimensioni nominali piuttosto che la tolleranza normale. Queste tolleranze sono generalmente chiamate "come cast". tolleranze. In genere, questi dipendono dalle specifiche o dalla geometria della parte e dal tipo di metallo utilizzato per la fusione.
Costo
Dalla progettazione iniziale alla finitura finale e alla spedizione, i costi rimangono le principali preoccupazioni per la produzione di getti. Pertanto, una profonda conoscenza del processo può aiutare a ottimizzare il processo di fusione. Questi costi sono principalmente legati alle leghe, agli utensili, alla complessità delle parti e al volume previsto da produrre.
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Riassumendo
La fusione è diventata una scelta indispensabile per vari settori, consentendo la produzione di forme sofisticate, prototipi, componenti a pareti sottili e alloggiamenti per parti di motori fino a prodotti per uso medico.
Inoltre, i produttori di design hanno flessibilità nella scelta dei metalli da una gamma diversificata per i rispettivi processi. La comprensione tecnica delle variabili chiave come pressione, temperatura e preparazione dello stampo per pressofusione è vitale per ottenere i migliori risultati.
L’industria della fusione sta vivendo un’ondata di tecniche innovative avanzate. Ad esempio, ATOS 3D Digitizer ha rivoluzionato il settore della fusione eliminando la laboriosa necessità di eseguire il processo di fusione.
DOMANDE FREQUENTI
Q1. La fusione differisce dallo stampaggio a iniezione?
Sì, la fusione e lo stampaggio a iniezione sono processi notevolmente diversi. Il processo di fusione prevede il versamento, in particolare di metalli fusi, in stampi per fusione di metalli. Al contrario, lo stampaggio a iniezione inietta polimeri termoplastici o termoindurenti per modellare forme complesse e dettagliate.
Q2. Quali sono i problemi comuni riscontrati nel processo di fusione dei metalli?
I problemi più comuni causati nel processo di fusione sono;
- Porosità
- Otturazioni incomplete
- Chiuse fredde
- Ritiro
- Difetti superficiali (crepe, cavità, strutture irregolari)
Q3. Come scegliere la giusta tecnica di fusione?
La giusta selezione si traduce in un materiale appropriato, specificando la quantità, giustificando la tolleranza richiesta e la finitura superficiale desiderata. Questi fattori contribuiscono al processo di selezione del metodo di fusione.
Q4. Quali industrie sfruttano ampiamente la fusione dei metalli?
I settori automobilistico, aerospaziale, della moda e dell’energia sfruttano principalmente i processi di fusione dei metalli per componenti di vario utilizzo. Alcuni esempi comuni includono; idranti, innesti, raccordi, connettori, valvole, staffe, parti di motore, ecc.
Q5. Quali tolleranze dimensionali si ottengono con il processo di fusione?
La massima tolleranza flessibile ottenibile dal processo di fusione varia da, ±0.15 fino a 25 mm e ±0.3 fino a 150 mm.
Gestione
KG Swift, JD Booker, (2013), Libro sulla selezione del processo di produzione: sviluppo del prodotto (seconda edizione): Estratto da: Science Direct