Essendo uno dei processi di produzione più antichi e versatili in circolazione, che risale a migliaia di anni fa, colata in sabbia continua a svolgere un ruolo fondamentale anche al giorno d'oggi. Con la comparsa di tecnologie più nuove e avanzate, i metodi più vecchi come la fusione in sabbia continuano a restare in bilico perché è pratico, conveniente e può produrre forme che pochi altri metodi possono produrre.
Questo blog esplorerà le basi della fusione in sabbia, i suoi principali vantaggi e limiti e l'ampia gamma di applicazioni che la rendono una scelta popolare nelle industrie odierne.
Cos'è la fusione in sabbia?
Colata in sabbia è un tipo di processo di fusione del metallo che utilizza la sabbia come materiale per lo stampo. Questo metodo prevede il versamento del metallo fuso in una cavità di uno stampo composto da sabbia per produrre la forma desiderata. Lo stampo formato può quindi essere rotto per rimuovere la parte fusa una volta che il metallo si è solidificato.
Il processo segue queste fasi generali:
- Creazione del modello: un modello è progettato per replicare la forma del prodotto finale.
- Modellatura: crea una cavità nella sabbia utilizzando il modello.
- Fusione e colata: il metallo liquido viene colato nello stampo.
- Raffreddamento e solidificazione: il metallo viene lasciato raffreddare e solidificare nello stampo.
- Rimozione e finitura: lo stampo è rotto e la parte fusa viene pulita e rifinita.
La semplicità di questo processo e la disponibilità delle materie prime rendono la fusione in sabbia uno dei metodi di produzione più utilizzati a livello globale.
Vantaggi della fusione in sabbia
1. Qualsiasi lega virtualmente:
Colate in sabbia può essere facilmente realizzato in quasi tutte le leghe ferrose e non ferrose. Alcuni altri processi di fusione fondono e versano le superleghe sotto vuoto, ma di solito non viene eseguito come una fusione in sabbia. Alcuni materiali non possono esserlo “lavorato”, e deve essere realizzato come casting.
2. Basso costo degli utensili:
Il costo relativamente basso degli utensili rende la fusione in sabbia un processo di scelta per esigenze di volume inferiori. I modelli si usurano, quindi il materiale selezionato per il modello (tipicamente legno, plastica o metallo) dipenderà dalla quantità di utilizzo prevista della parte prodotta. Anche se potrebbe non essere più economico a breve termine, i macchinari lavorati (o “senza schemi”) gli stampi possono rappresentare un approccio economicamente vantaggioso per componenti con utilizzo ridotto per un periodo molto più lungo.
3. Versatile: dimensioni, peso, forma:
Colate in sabbia può essere prodotto in pesi da once a oltre 200 tonnellate. Con l'uso delle anime è possibile gettare in opera le strutture interne. Le parti sagomate dipendono in gran parte dall'immaginazione del progettista. La maggior parte delle fusioni in sabbia, tuttavia, richiederà almeno alcune superfici lavorate, a causa dei limiti di tolleranza intrinseci del processo o della necessità di accoppiarsi con altri componenti.
4. Qualsiasi quantità:
Poiché il costo degli utensili può essere molto basso, la fusione in sabbia può essere adatta per un lotto unico. Al contrario, ci sono parti delle automobili che vengono prodotte utilizzando questo tipo di processo, quindi potrebbe essere adatto anche quando è richiesta una produzione in grandi volumi. Altri fattori di progettazione e tolleranza sono in genere più critici del volume in cui selezionare questo come tipo preferito di processo di fusione.
5. Tempistica:
Sebbene il processo di fusione possa essere più veloce rispetto, ad esempio, alla fusione a cera persa, è necessario ricordare che i processi post-fusione, come la lavorazione meccanica, possono aggiungere valore ai tempi di consegna complessivi.
Preoccupazioni con la fusione in sabbia
1. Precisione dimensionale inferiore:
Lo stampaggio senza cottura può offrire una migliore precisione dimensionale e ripetibilità rispetto allo stampaggio con sabbia verde, ma questo processo fornirà, in media, una precisione inferiore rispetto ad altri processi di fusione comuni.
2. Manutenzione del modello:
Sebbene abbia un costo inferiore rispetto agli strumenti per altri processi di fusione, esiste ancora un'arte nella creazione di modelli. I modelli possono essere ingombranti, quindi è necessario gestire l'archiviazione; ciò è particolarmente significativo se la fusione viene prodotta raramente. Lo stampaggio senza modello può alleviare alcune sfide legate alla conservazione e alla manutenzione dei modelli.
3. Finitura superficiale:
Le fusioni in sabbia tendono a fornire una finitura superficiale più ruvida rispetto ad altri processi di fusione. Questo punto può essere controverso se determinate superfici vengono comunque lavorate o se le superfici nella condizione grezza sono accettabili.
Di seguito è riportato un confronto delle relative finiture superficiali che ci si può aspettare da vari processi di fusione:
| Processo di fusione | Gamma RMS |
| Morire | 20 – 120 |
| Investimento | 60 – 200 |
| Stampo a conchiglia | 120 – 300 |
| Centrifugo – Utensili standard | 400 – 500 |
| Centrifugo – Stampo Permanente | 20 – 300 |
| Stampo statico – permanente | 200 – 420 |
| Sabbia normale non ferrosa | 300 – 560 |
| Sabbia verde ferrosa normale | 560 – 900 |
Elementi nella fusione in sabbia
Prima di apprendere le fasi coinvolte nel processo, è importante comprendere le parti o gli elementi utilizzati nel processo di fusione. Fai riferimento al diagramma della colata in sabbia di seguito mentre impari a conoscere gli elementi.
- Cope e Drag: la parte superiore e quella inferiore di una disposizione di getto sono chiamate rispettivamente cope e drag. Di solito sono cornici di legno
- Riser: un riser è spesso chiamato feeder. Si tratta di un serbatoio e di un passaggio incluso in uno stampo di fusione del metallo per evitare il ritiro del metallo.
- Canale: Un canale è un canale di diametro ridotto utilizzato per consentire il flusso del metallo fuso verso la cavità.
- Stampo: è una cavità ricavata da un modello (copia del calco finale desiderato) composto principalmente da sabbia.
- Nucleo: il nucleo nella fusione in sabbia è un dispositivo inserito nella cavità dello stampo per creare caratteristiche interne nella fusione come i fori.
- Cancello: È il punto in cui il metallo raggiunge la cavità dello stampo e inizia a fluire al suo interno.
- Sabbia di base: è nota anche come sabbia di fondazione ed è la forma più pura di sabbia (silice).
- Leganti: la colla che tiene insieme i granelli di sabbia è l'agente legante. I tipi più comuni di leganti sono l'argilla & acqua, olio, resina e silicato di sodio.
Applicazioni di fusione in sabbia
Dato che il 70% del fusioni di metalli sono attraverso il processo di fusione in sabbia o in stampo, alcuni dei prodotti o parti noti di fusione in sabbia prodotti attraverso questo processo includono corpi di pompe, boccole, pistoni del compressore d'aria, giranti, basamento del motore & coppa dell'olio, volano dell'ingranaggio, serbatoio del gas e dell'olio.
- Industria mineraria ed edilizia: Nell'industria mineraria e nell'edilizia la fusione in sabbia viene utilizzata per la fabbricazione di piastre resistenti all'usura; e parti dell'attrezzatura, come ad esempio parti di frantumatori, denti di dragline o benne di escavatori.
- Industria marina: La fusione in sabbia viene utilizzata nell'industria nautica per realizzare parti di motori marini, eliche, accessori per imbarcazioni e altre parti necessarie per le navi.
- Ferrovie: La fusione in sabbia si trova nell'industria ferroviaria quando si producono ruote ferroviarie, sistemi frenanti o accoppiatori.
- Agricoltura e macchine agricole: Trova applicazione anche nel settore agricolo e delle macchine agricole per la produzione di componenti quali parti di trattori, aratri e parti utilizzate per i sistemi di irrigazione.
Come si confronta la fusione in sabbia con altri metodi
Rispetto ad altri metodi di fusione, la fusione in sabbia presenta vantaggi e compromessi:
- Rispetto alla pressofusione: sebbene la pressofusione offra un livello di precisione più elevato con finiture più lisce, è costosa e non è adatta per pezzi di grandi dimensioni.
- Rispetto alla fusione a cera persa: la fusione a cera persa raggiunge una maggiore precisione e dettaglio, ma è sostanzialmente più costosa e richiede più tempo.
- In confronto, la fusione in stampo permanente ha un tempo di ciclo più rapido ma una capacità di progettazione inferiore rispetto alla fusione in sabbia.
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Conclusione
La fusione in sabbia rimane un importante processo di produzione, che offre flessibilità, convenienza e capacità di produrre parti complesse per ogni settore. Sebbene presenti dei difetti, i progressi tecnologici stanno aiutando a superare i limiti e a rendere la fusione in sabbia un’opzione praticabile per le applicazioni odierne, a partire da componenti automobilistici personalizzati fino a parti di macchinari industriali, sculture artistiche o qualsiasi altro prodotto ti venga in mente.
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