Il processo di fusione dei metalli è una delle tecnologie essenziali nel mondo della produzione. La fusione dei metalli costruisce la maggior parte delle strutture metalliche delle macchine e delle attrezzature.
Che cos'è la fusione dei metalli
La fusione dei metalli è una tecnica contemporanea con una lunga storia. Il processo di fusione dei metalli crea parti metalliche versando il metallo fuso in una cavità dello stampo, dove si raffredda prima di essere estratto dallo stampo. La fusione dei metalli è uno dei processi industriali più antichi e di maggior impatto della storia.
Molti oggetti metallici che utilizziamo quotidianamente mostrano come funziona la fusione dei metalli. Ne sono un esempio le parti di automobili, le ruote ferroviarie, i pali delle lampade e i pedali degli scuolabus. Le fonderie per la fusione dei metalli riciclano anche il metallo. In questo modo si risparmia sulle materie prime e si riducono i rottami metallici nelle discariche.
Terminologia della fusione dei metalli
Il termine "fusione di metalli" è spesso utilizzato nelle officine e nelle industrie metallurgiche. È possibile comprendere meglio il processo di fusione dei metalli se ci si rende conto del linguaggio comune utilizzato in questo metodo. Per comprendere meglio la colata di metalli, sarebbe utile conoscere la terminologia.
Fusione Stampaggio
Uno stampo è una cavità in un materiale che accetta metallo liquido e genera un prodotto raffreddato nella struttura della cavità. Gli stampi non devono essere necessariamente complessi. I produttori producono lingotti di metallo come le pagnotte, inserendo il metallo all'interno e lasciandolo raffreddare.
Resistere e trascinare
Nella formatura orizzontale, l'angolo è la metà superiore dello stampo, mentre il trascinatore è la metà inferiore.
Ram a battente
L'oscillazione è la metà superiore dello stampo in verticale, mentre lo slittone è la metà posteriore.
Anime di stampaggio
La tipica costruzione di un'anima è essenziale quando si richiede che uno stampo abbia vuoti o fori interni. La formazione dello spazio interno è come queste anime. Le anime sono facili da mantenere quando si estendono oltre la colata. Si tengono in posizione con stampe di anime, come un ponte, sospendendo l'anima tra due sponde.
Tolleranza dimensionale
La tolleranza dimensionale è una considerazione fondamentale nella scelta di una procedura di fusione. Si riferisce alla quantità di variazione delle dimensioni del prodotto finito che è consentita.
Finitura delle superfici
La finitura della superficie è un altro fattore da considerare. Quanto può essere granulosa, irregolare o ruvida la superficie della colata?
Sarebbe meglio non realizzare una fede nuziale dello stesso materiale di una padella in ghisa. In questo caso, si utilizza la macchina per ottenere superfici metalliche molto lisce, con un conseguente aggravio di costi. Se avete bisogno di una finitura lucida e liscia, la scelta di un processo di fusione con una finitura più raffinata può ridurre al minimo le spese di lavorazione.
Tipi di metodi di fusione dei metalli
Esistono migliaia di sagomatori di metallo in tutto il mondo. Il metodo di fusione dei metalli è una parte fondamentale della produzione. Dipende dalla complessità delle strutture e dei progetti metallici. Di seguito, discuteremo i diversi tipi di metodi di fusione del metallo.
Stampi riutilizzabili
Uno stampo metallico riutilizzabile è il metodo più tipico per riempire lo stampo per gravità, ma si può anche utilizzare la pressione del gas o il vuoto. I getti cavi possono essere utilizzati con una versione del metodo di colata per gravità nota come colata di fango.
Le leghe di alluminio, magnesio e rame sono metalli comuni per la colata. Anche le leghe di stagno, piombo e zinco e le leghe di ferro e acciaio sono adatte agli stampi in grafite.
Quando inizia l'iniezione del metallo, si avvia il processo di gravità. Per prima cosa, si riscalda lo stampo a 150-200 °C (300-400 °F). Ciò contribuisce a rendere più fluido il flusso del metallo e a proteggere la colata dai danni termici.
Il metodo degli stampi riutilizzabili utilizza sei tecniche basate su tipi di stampi e metodi di colata.
Stampi permanenti
La composizione permanente degli stampi ha diversi punti di fusione eccellenti rispetto al metallo utilizzato per riempirli. La colata del metallo in uno stato fluido, senza pressione esterna, è la fase principale di questo processo di fusione. I lavoratori devono progettare le anime permanenti in modo che siano abbastanza semplici da essere rimosse dalla colata completata e riutilizzate.
Il processo di stampaggio utilizza talvolta questi stampi per la fusione di ferro e leghe a bassa temperatura. Il flusso di lavoro industriale più frequente utilizza tavole rotanti piuttosto che linee di assemblaggio.
Ogni stampo passa alla stazione successiva. Ecco le fasi coinvolte:
Rivestire lo stampo.
Installare i nuclei.
Chiudere lo stampo.
Versare il materiale.
Aprire lo stampo.
Espellere la colata.
Stampi semipermanenti
La colata in stampo semipermanente e la colata in stampo permanente si differenziano principalmente per l'uso di anime. Nella colata in stampo semipermanente, le anime possono essere anime di sabbia sostituibili. Le anime in sabbia consentono forme di anime più complesse perché non richiedono il recupero intatto della colata finale.
Se si lascia un foro nella colata per estrarre le anime, queste possono essere "scosse" su un tavolo vibrante e drenate come sabbia in una clessidra. Solo il pezzo colato contro lo stampo metallico ha la tolleranza, la densità e i vantaggi estetici della colata in stampo permanente.
Colata di fango
Questo processo di fusione crea pezzi cavi ricoprendo di metallo l'interno dello stampo. In questo modo si forma una "pelle" di metallo e si elimina la necessità di anime. A seconda della velocità di indurimento del metallo o di altri materiali, esistono diversi approcci alla fusione in fanghiglia.
Un approccio prevede il versamento di piccoli volumi di liquido in uno stampo e la sua rotazione per rivestire l'interno di metallo. In un altro caso, il fondatore può riempire lo stampo e poi versare il materiale in eccesso una volta trascorso un determinato periodo di tempo. Metalli come lo zinco, l'alluminio e il peltro vengono abitualmente fusi.
Colata centrifuga
Questo processo di fusione utilizza uno stampo raffreddato ad acqua. Lo stampo ruota rapidamente intorno al suo asse centrale mentre il metallo liquido viene versato all'interno. Questo metodo è noto come colata centrifuga. Il metallo liquido viene trascinato in uno strato uniforme sulla superficie dello stampo dalla forza centrifuga. Affinché questo approccio funzioni, la colata finale deve avere geometrie uniformi intorno all'asse di rotazione. Di conseguenza, questo metodo di colata è adatto a stampi generalmente cilindrici o circolari, come tubi o anelli.
Colata a pressione
Oltre alla gravità, le tecnologie di colata in pressione regolano il flusso di metallo in uno stampo permanente. Nella colata in pressione si utilizzano aria o gas, vuoto, forze meccaniche o centrifughe. Queste tecniche aiutano le fonderie a controllare la velocità di riempimento dello stampo. La gravità tira con la stessa forza, ma altre forze possono cambiare.
Pressofusione
Le macchine per la pressofusione sono composte da tre parti principali: una vasca per il metallo fuso, uno stampo a due piastre e un sistema di iniezione. Il sistema di iniezione estrae il materiale e lo spinge nello stampo sotto pressione.
Utilizza uno stampo aperto per avviare il processo di pressofusione. Gli ugelli spruzzano un lubrificante nello stampo per evitare che l'oggetto si attacchi. Questo processo sigilla i due lati dello stampo e inietta lo stampo chiuso con un ugello a pressione. Prima che lo stampo si apra, la colata fresca ha la possibilità di raffreddarsi. La nuova colata viene spinta fuori dallo stampo da perni di espulsione e il processo ricomincia da capo.
Stampi spendibili
Quando si tratta di fondere metalli ferrosi, le tecnologie degli stampi monouso sono le più evidenti. Sono meno costosi perché non devono resistere alle alte temperature.
Colata in sabbia
Il processo più diffuso per la fusione dei metalli è la fusione in sabbia. È un processo vecchio di tremila anni. Le prime testimonianze di fusione in argilla risalgono alla Cina della dinastia Shang (1600-1046 a.C. circa).
Questo metodo è ancora popolare per buone ragioni: la sabbia è economica, facile da reperire, flessibile e resiste al calore.
Questo processo scuote i nuclei di sabbia, che sono facili da rimuovere grazie a una tavola vibrante. Le guide e i cancelli, che guidano il metallo nella cavità dello stampo, sono tagliati a mano da uno stampatore esperto o sono inclusi nel progetto.
Stampaggio a conchiglia
Lo stampaggio in conchiglia è una tecnica di colata in sabbia che consente di ottenere tolleranze dimensionali più ristrette. È paragonabile allo stampaggio in sabbia, con l'eccezione che la sabbia viene miscelata con una resina.
Su ogni lato del modello di stampaggio in metallo caldo, viene versata una combinazione di sabbia e resina. Questa miscela si scioglie in un guscio e si raffredda. Unisce i "gusci" dello stampo e spesso è trattenuta da una fiasca di sabbia.
Questi gusci producono uno stampo estremamente preciso perché la resina fornisce un supporto supplementare alle superfici interne.
Colata a iniezione (a cera persa)
La colata in sabbia è di gran lunga il metodo più diffuso di fusione dei metalli, ma presenta uno svantaggio che la rende inadatta ad alcune applicazioni.
In questo processo, è necessario rimuovere i modelli di colata in sabbia dagli stampi generati, il che può richiedere molto tempo.
I modellisti devono valutare i requisiti del modello in ogni fase della colata. Ciò include la verifica delle esigenze di sformo, delle posizioni delle linee di divisione, delle porte, dei riser e delle anime.
La tecnica di fusione a cera persa o di precisione offre un'alternativa alla fusione in sabbia. Funziona con molti metalli, comprese le leghe ferrose ad alto punto di fusione. Questo metodo consente inoltre di evitare alcuni problemi di modellazione riscontrati nella fusione in sabbia.
Stampo completo o schiuma
Questo processo di colata utilizza una miscela di metodi di colata in sabbia e di colata per investimento nell'intero processo di stampo o di colata in schiuma. Tuttavia, utilizza il polistirene espanso nella progettazione.
Questo processo può rendere il modello schiumato completo di un sistema di cancelli e guide e l'eliminazione dei margini di sformo.
Può rimuovere il disegno prima del riempimento. Per alcune schiume, invece, è possibile lasciare parte del disegno nello stampo. Questo aiuta a vaporizzare rapidamente quando si aggiunge il metallo caldo.
Processo di fusione dei metalli
Modellistica - Un modello è un modello in scala dell'esterno della colata. Legno, metallo, plastica e gesso sono materiali comuni per i modelli. La modellistica è fondamentale per la produzione di pezzi industriali. Calcoli accurati sono essenziali per garantire che i pezzi si incastrino e funzionino correttamente.
Realizzazione del nucleo
Se la fusione è cava, utilizza un pezzo aggiuntivo di sabbia o di metallo (chiamato anima) per scolpire la forma interna. Le anime sono generalmente robuste ma pieghevoli, in modo da poter essere rimosse dalla fusione finale con facilità.
Stampaggio
Immaginate di andare sulla spiaggia verso l'acqua per visualizzare il processo di fusione del metallo fino a quel momento. Esaminate l'impronta che avete lasciato nella sabbia umida.
L'anima sarà il vostro piede e l'impronta di sabbia sarà un calco del vostro piede. La modellazione è una procedura in più fasi che utilizza la sabbia per creare un calco intorno al disegno.
Una fiasca è un telaio che sostiene uno stampo durante la colata. La sabbia grezza, nota anche come sabbia per stampi, non circonda il disegno nel pallone. Il termine "colata di sabbia metallica" indica questo processo. Il disegno può essere cancellato dopo aver compattato la sabbia, ma il calco rimane.
Inoltre, crea uno stampo metallico in due pezzi, non distruttibile. Questo stampo può fondere ripetutamente parti identiche per uso industriale.
Fusione e colata di metallo fuso
Dopo aver riscaldato il metallo, lo versano nel foro dello stampo e lo lasciano indurire. Dopo che la colata si è formata, avviene il processo di scuotimento. In questo momento si verifica la vibrazione dello stampo per rimuovere la sabbia dalla colata.
I nostri scuotitori a due masse operano con precisione ed efficacia. Ciò contribuisce a mantenere alta la produzione negli ambienti industriali.
In genere, raccoglie la sabbia rimossa, la raffredda e la ricicla per utilizzarla nelle fusioni successive. Il condizionatore per colate in sabbia VIBRA-DRUM® migliora la separazione della sabbia dai getti. Raffredda la sabbia e le fusioni, drena l'umidità e protegge le fusioni da eventuali danni. Il risultato è una colata di metallo pulita e una sabbia pronta per il restauro.
Pulizia
In questa fase il pezzo di metallo fuso viene prelevato dallo stampo e lavorato in questa fase finale. In seguito, l'oggetto viene ripulito dal materiale di stampaggio ed eliminato dalle asperità che si sono formate durante la lavorazione.
Processi di fusione a confronto
È utile consultare i produttori per determinare il modo più conveniente di fondere un progetto. Di solito i metalli ferrosi vengono fusi con stampi monouso. I metalli non ferrosi hanno più opzioni, ma ci sono eccezioni a questa regola.
La comprensione delle esigenze del progetto vi aiuterà a scegliere il metodo di fusione migliore. È necessario che il progetto abbia dimensioni precise? Quanto devono essere sottili le pareti? Quali saranno le dimensioni e il peso del getto finito? E la finitura della superficie?
Conoscere le risposte a queste domande può aiutare un progettista intelligente. Permette di comprendere e guidare il prodotto durante il processo di fusione. In questo modo, può scegliere il metodo migliore e più economico per il lavoro.
Estivo
La maggior parte delle apparecchiature meccaniche che utilizziamo oggi, come i veicoli e le lavatrici, si basa sulla fusione di metalli per le sue parti metalliche.
La tecnologia di fusione dei metalli raggiunge oggi un'elevata precisione e tolleranze ristrette. Questo grazie alla progettazione computerizzata e ai metodi moderni per la realizzazione di anime e stampi complessi. Di conseguenza, i prodotti metallici fusi di oggi sono molto diversi da quelli realizzati 100 anni fa. La fusione dei metalli nell'era moderna è un esempio di innovazione al lavoro.
Di conseguenza, riteniamo che questo articolo sia il riferimento più completo sui metodi di fusione dei metalli.