Il termine "Casting di sabbia" può essere utilizzato per descrivere il prodotto finale e il processo per realizzarlo. È un processo di fusione del metallo eseguito in un luogo chiamato "Fonderia". È rimasto uno dei processi più antichi. La sabbia viene utilizzata come materiale per stampi in questa tecnica di fusione dei metalli.
Colata in sabbia è un processo di fusione del metallo ampiamente utilizzato che prevede la creazione di uno stampo da una miscela di sabbia e un agente legante, come l'argilla. Questa tecnica viene utilizzata per produrre parti metalliche complesse di varie dimensioni e forme.
Il processo di fusione in sabbia viene utilizzato per creare oltre il 60% delle fusioni di metallo che vediamo nella nostra vita quotidiana. Impariamo la definizione completa e il processo della tecnica in questo articolo. Impareremo anche le caratteristiche, i vantaggi e gli svantaggi del processo.
Questo blog fornisce una panoramica della sequenza completa dei passaggi coinvolti.
Cos'è la fusione in sabbia?
Colata in sabbia è un processo di fusione dei metalli ampiamente utilizzato. Uno stampo viene creato compattando la sabbia attorno a un modello dell'oggetto desiderato. Il metallo fuso viene quindi versato nello stampo, permettendogli di solidificarsi. Dopo il raffreddamento, la sabbia viene rimossa, rivelando l'oggetto metallico fuso. È versatile, conveniente e adatto a varie forme.
Nella fusione in sabbia, il metallo fuso viene versato in una cavità in uno stampo in sabbia usa e getta contenente una camera cava della forma desiderata, dove si solidifica per creare il componente a forma di cavità. Argilla, resina epossidica, gesso, metalloe il calcestruzzo sono tutti esempi di materiali di colata.
I getti prodotti hanno geometrie estremamente complicate in un'ampia gamma di dimensioni e pesi. Il processo viene spesso definito fusione in sabbia. I metalli con temperature di fusione elevate come titanio, acciaio e nichel sono adatti per la fusione in sabbia.
L'unico metodo di fusione che funziona con questi materiali è questo. Di conseguenza, la tecnica è l’opzione migliore per la produzione di piccole parti economiche nei settori automobilistico e aerospaziale. L'animazione seguente mostra il processo.
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.
Fig 1: Diagramma della colata in sabbia
- 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.
Passaggio 1: produrre un modello
Il modello viene utilizzato per creare una cavità nella sabbia delle dimensioni e della forma della parte da fondere.
I modelli vengono riutilizzati, a differenza dello stampo di sabbia stesso. I modelli economici possono essere realizzati in legno o plastica o, per una maggiore durata, in alluminio. I modelli sono spesso realizzati in due pezzi, ciascuno leggermente più grande della parte da colare per consentire il restringimento man mano che il metallo si raffredda. Le pareti verticali dei motivi hanno una leggera angolazione o "sformo" in modo che il motivo possa sollevarsi senza rimuovere la sabbia.
Passaggio 2: formare due metà della cavità
Una metà del modello viene posizionata in una scatola attorno alla quale è racchiusa della sabbia. Il modello è posizionato in modo da poter essere sollevato successivamente, il che significa che la cavità riproduce solo metà del modello e non possono esserci elementi rientranti.
Questo processo viene ripetuto per l'altra metà del modello. Vengono aggiunti ulteriori inserti che forniranno canali affinché il metallo possa fluire nella cavità. Le dimensioni di questo “sistema di accesso” determinano la velocità con cui la cavità si riempie. Un flusso più elevato riduce il rischio di mancati riempimenti, ma al costo di una maggiore turbolenza, che può causare difetti di fusione.
Il tradizionale processo di fusione in sabbia utilizzava sabbia “verde”. Questo si riferisce al fatto che è umido, piuttosto che al colore. La sabbia verde contiene argilla bentonitica, che lega insieme i granelli. Oggi, la maggior parte della fusione in sabbia viene eseguita con sabbia di resina. Questa è sabbia che è stata rivestita con un legante in resina. Forma stampi più densi e resistenti e parti fuse più precise.
Passaggio 3: inserire i nuclei
Le anime occupano spazio all'interno della cavità dello stampo che altrimenti verrebbe riempito di metallo. Di solito sono fatti di sabbia e vengono posizionati nella cavità prima che le metà superiore e inferiore vengano unite.
Passaggio 4: assemblare la pivia e trascinare
La resistenza è la cavità inferiore della sabbia, il piviale è il pezzo superiore contenente i canali di alimentazione del metallo. Insieme, l'insieme è chiamato pallone. I perni garantiscono un buon allineamento tra le due metà. La regione nella cavità in cui si incontrano le due superfici di sabbia formerà una linea di divisione sulla parte fusa.
Passaggio 5: versare il metallo fuso
Il metallo scorre nella cavità da una vasca di colata posta sulla superficie superiore dello stampo. Man mano che la cavità si riempie, il metallo risale in un canale chiamato riser. Questo forma un serbatoio che viene risucchiato nella cavità per compensare il restringimento.
Rame, bronzo, ottone e ferro tendono a colare e a scorrere facilmente, ma alcune altre leghe sono meno fluide e alcune, come l'alluminio, possono reagire con la sabbia. Ciò viene minimizzato riducendo l'esposizione all'aria e aggiungendo flussi al metallo fuso.
Passaggio 6: sformare e eliminare
Dopo la colata, il metallo viene lasciato raffreddare e solidificare. Al termine, gli stampi in sabbia vengono rimossi dal pallone e le parti colate vengono estratte. Questo rompe anche eventuali nuclei incorporati nello stampo.
Il sistema di colata e il montante vengono quindi tagliati via, lasciando pezzi di metallo pronti per la lavorazione.
Applicazioni di fusione in sabbia
Come sappiamo, il 70% delle fusioni metalliche provengono da processo di fusione in sabbia, alcuni dei prodotti o delle parti di fusione in sabbia comunemente noti fabbricati attraverso questo processo sono corpi di pompa, boccole, pistoni di compressori d'aria, Giranti, basamenti motore & coppe dell'olio, ingranaggi, volani e gas & serbatoi dell'olio.
- Estrazione mineraria ed edilizia: la fusione in sabbia viene utilizzata nell'industria mineraria ed edile per produrre componenti di apparecchiature, come parti di frantoi, denti di dragline, benne per escavatori e piastre resistenti all'usura.
- Industria marittima: la fusione in sabbia viene utilizzata nel settore marino per produrre parti di motori marini, eliche, accessori per imbarcazioni e altri componenti necessari per le imbarcazioni marine.
- Ferrovie: la fusione in sabbia viene utilizzata nel settore ferroviario per produrre componenti come ruote ferroviarie, parti di sistemi frenanti e giunti.
- Agricoltura e attrezzature agricole: la fusione in sabbia viene utilizzata per produrre parti di macchine agricole, compresi componenti di trattori, vomeri e parti di sistemi di irrigazione.
Differenza tra pressofusione e fusione in sabbia
Pressofusione comporta la forzatura del metallo fuso in uno stampo ad alta pressione, producendo forme complesse e precise con superfici lisce. Al contrario, la fusione in sabbia utilizza uno stampo fatto di sabbia compattata per creare forme più complesse ma con una finitura leggermente più ruvida.
| Aspetti | Pressofusione | Casting di sabbia |
| Processo | Metallo fuso forzato in uno stampo metallico | Metallo fuso colato in uno stampo di sabbia |
| Muffa | Stampo permanente in acciaio o altro | Stampo temporaneo in sabbia verde o altro |
| Complessità | Adatto per forme complesse e intricate | Più adatto per forme più semplici e oggetti più grandi |
| Finitura superficiale | Eccellente finitura superficiale e precisione dimensionale | Finitura superficiale più ruvida e precisione dimensionale meno precisa |
| Velocità | Elevato tasso di produzione | Tasso di produzione inferiore |
| Costo | Costi più elevati per utensili e attrezzature | Costi inferiori per utensili e attrezzature |
| Materiale | Ampia gamma di metalli, tra cui leghe di alluminio, zinco e rame | Vari metalli, inclusi ferro, acciaio e leghe non ferrose |
| Misurare | Adatto per oggetti di piccole e medie dimensioni | Adatto per oggetti di piccole e grandi dimensioni |
| Tolleranza | Tolleranze dimensionali più strette | Tolleranze dimensionali più flessibili |
| Automazione | Processo altamente automatizzato | Processo meno automatizzato |
| Applicazione | Comunemente utilizzato in settori come quello automobilistico, aerospaziale ed elettronico | Ampiamente usato in settori come fonderie, arte e scultura |
Vantaggi della fusione in sabbia
Per la sua diversità rispetto agli altri metodi di produzione, colata in sabbia consente agli ingegneri di costruire parti complicate da una varietà illimitata di metalli e leghe. Ecco alcuni dei vantaggi della fusione in sabbia.
- Le parti fuse potrebbero essere piccole quanto pochi millilitri e grammi o grandi quanto metri e molte tonnellate.
- Nessun altro metodo offre le stesse opzioni per creare forme complesse come la fusione in sabbia
- Il costo delle attrezzature e degli utensili è basso rispetto ad altri processi di produzione.
- Gli scarti prodotti possono essere riciclati per realizzare un altro calco.
- È adattabile e utilizzabile per un'ampia gamma di materiali, dai metalli a basso punto di fusione a quelli ad alto punto di fusione.
Robusto ed economico
Il processo di fusione in sabbia è adattabile a un'ampia gamma di leghe, dimensioni delle parti e quantità di produzione. La finitura superficiale è determinata dalla dimensione delle particelle di sabbia e l'accuratezza è determinata dalla precisione del modello e dall'allineamento tra la cima e la resistenza.
I limiti del processo sono la necessità di angoli di sformo sulle superfici verticali e la linea di giunzione nel punto di incontro tra le due metà dello stampo. Tuttavia, per molte parti metalliche, i vantaggi in termini di costi superano la spesa per eliminare queste caratteristiche mediante lavorazione meccanica.
Conclusione
In sintesi, colata in sabbia si distingue come uno dei processi di fusione dei metalli più versatili e ampiamente utilizzati grazie alla sua semplicità, convenienza e adattabilità a varie forme e dimensioni. Il processo in sei fasi, che va dalla creazione del modello e preparazione dello stampo alla colata, al raffreddamento e alla finitura, garantisce che anche i progetti complessi possano essere realizzati con precisione ed efficienza. Poiché le industrie continuano ad abbracciare i progressi nei materiali e nella tecnologia, la fusione in sabbia rimarrà una tecnica fondamentale, offrendo opportunità di innovazione e miglioramento. Comprendendo e padroneggiando questo processo, i produttori possono migliorare le capacità di produzione e fornire getti di alta qualità che soddisfano la domanda.
Riferimenti
- HPD Kumar, “Fondamenti dei processi di produzione della fusione,” Giornale dei processi produttivi, vol. 19, n. 3, pp. 205-213, 2017.
- RH Perry, “Fusione moderna: l'ingegneria delle tecnologie di fusione dei metalli,” Giornale internazionale di tecnologia di produzione avanzata, vol. 94, n. 1-4, pp. 123-136, 2018.
- AGT Rahman, “Materiali e processi nella produzione,” Materiali e processi di ingegneria, Springer Natura, 2020.
- A. B. D. R. Smith, “Una panoramica della fusione in sabbia,” Revisione della tecnologia di fusione, vol. 32, n. 2, pp. 45-56, 2021.
- MJW Hensley, “Ottimizzazione del processo di fusione in sabbia per efficienza e qualità,” Giornale di scienza dell'ingegneria meccanica, vol. 235, n. 5, pp. 1107-1116, 2022.
