La fusione a schiuma persa è comunemente utilizzata per la fusione di metalli, compresi alcuni accessori metallici di forma complessa.
In questo articolo presentiamo in dettaglio la fusione a schiuma persa, illustrandone il funzionamento, i vantaggi e i metalli che possono essere fusi con questo processo.
Che cos'è la fusione a schiuma persa?
La fusione a schiuma persa, nota anche come fusione a stampo pieno o fusione con modello evaporativo, ha il seguente principio. Utilizza un modello in plastica espansa al posto del tradizionale modello in legno o metallo. Sulla superficie del modello viene applicato uno speciale rivestimento refrattario. Dopo l'asciugatura, il modello viene interrato in sabbia asciutta e lo stampo si forma vibrando e compattandosi. Quindi, il metallo liquido viene versato al suo interno.
Durante il processo di fusione, il modello in plastica espansa gassifica rapidamente e brucia sotto l'azione del metallo liquido ad alta temperatura. Il metallo liquido prende il posto del modello originale in plastica espansa. Dopo il raffreddamento e la solidificazione, si forma la colata.
Il processo di fusione a schiuma persa
Ecco le fasi del processo di fusione a schiuma persa:
1.Creazione di modelli
Un modello in schiuma (tipicamente in polistirolo) viene creato mediante stampaggio o lavorazione. Il modello deve avere la stessa forma e le stesse dimensioni della fusione finale desiderata.
2.Montaggio del modello
Più modelli di schiuma possono essere assemblati insieme per formare parti complesse. Le porte, le alzate e le guide vengono fissate al modello con l'adesivo.
3.Rivestimento
Il modello di schiuma viene rivestito con un materiale refrattario (come silice o zircone) per formare un sottile guscio di ceramica. Questo rivestimento aiuta a prevenire l'infiltrazione di sabbia e garantisce una finitura superficiale liscia.
4.Asciugatura
Il modello di schiuma rivestito viene essiccato per rimuovere l'umidità e rafforzare il guscio di ceramica.
5.Stampaggio
Il modello essiccato viene posto in un pallone o in una scatola di formatura e circondato da sabbia non legata. La sabbia viene compattata mediante vibrazione per garantire che sostenga completamente il modello.
6.Versamento
Il metallo fuso (come alluminio, acciaio o ferro) viene versato nello stampo. Il calore del metallo fuso vaporizza il modello di schiuma, che fuoriesce attraverso il guscio rivestito e sfoga nella sabbia.
7.Raffreddamento
Il metallo fuso si solidifica all'interno dello stampo di sabbia, assumendo la forma del modello di schiuma.
8.Shakeout
Una volta che il metallo si è raffreddato e solidificato, lo stampo di sabbia viene staccato per rivelare la colata.
9. Pulizia e finitura
Il getto viene pulito per rimuovere la sabbia residua e il materiale in eccesso (come le porte e le alzate) viene tagliato. Possono essere eseguite ulteriori operazioni di finitura come la rettifica, la lavorazione e il trattamento termico.
10.Ispezione
La colata finale viene ispezionata per verificare l'accuratezza dimensionale, la qualità della superficie e i difetti interni utilizzando tecniche come i raggi X, i test a ultrasuoni o l'ispezione con liquidi penetranti.
Materiali utilizzati
La fusione a schiuma persa, con i suoi vantaggi tecnologici unici, è applicabile alla fusione di una varietà di materiali metallici. Ecco le caratteristiche di applicazione di alcuni materiali metallici comuni nella fusione a schiuma persa.
Ghisa
La ghisa ha eccellenti proprietà di colata. Ha una buona fluidità, che le consente di riempire bene le cavità complesse dei modelli in plastica espansa nella fusione a schiuma persa. Inoltre, la ghisa ha un tasso di ritiro relativamente basso, che riduce la tendenza alla deformazione e alla fessurazione dei getti durante la solidificazione.
Acciaio fuso
L'acciaio fuso è caratterizzato da un'elevata resistenza e da un'alta tenacità, in grado di sopportare grandi carichi e impatti. Ha una buona saldabilità, che facilita la riparazione e l'assemblaggio dei getti in una fase successiva.
Tuttavia, a causa del suo elevato punto di fusione, l'acciaio fuso richiede temperature di colata più elevate nella fusione a schiuma persa e migliori proprietà refrattarie del rivestimento.
Lega di alluminio
Quando si fonde una lega di alluminio mediante colata a schiuma persa, poiché il punto di fusione della lega di alluminio è relativamente basso, l'effetto termico sul modello in schiuma plastica è ridotto, il che è vantaggioso per mantenere l'integrità del modello e ridurre problemi quali la deformazione del modello e la scarsa gassificazione. Inoltre, questo processo può produrre getti in lega di alluminio con pareti sottili e forme complesse, migliorando l'utilizzo del materiale e riducendo i costi di produzione.
Lega di rame
La fusione a schiuma persa può replicare con precisione le forme complesse e le strutture fini dei getti in lega di rame. Per alcuni connettori elettrici e parti di strumenti con requisiti di forma speciali, può ridurre le procedure di lavorazione successive e migliorare l'efficienza della produzione.
Inoltre, grazie alla buona permeabilità dello stampo, favorisce lo scarico del gas nel liquido della lega di rame, riducendo i difetti come i pori e migliorando la qualità dei getti.
Inoltre, anche alcuni materiali in lega speciali possono essere fusi mediante colata a schiuma persa, come le leghe a base di nichel e le leghe di titanio. Tuttavia, a causa dei loro elevati punti di fusione e della loro forte attività, questi materiali in lega presentano requisiti più severi per il processo di colata e i materiali, e devono essere adottate misure speciali per garantire la qualità dei getti.
Vantaggi della fusione a schiuma persa
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Elevata libertà di progettazione
La fusione in schiuma persa può fabbricare direttamente modelli in schiuma secondo progetti complessi, consentendo la produzione di getti con forme intricate e strutture precise. Poiché non è necessario considerare l'angolo di sformo, questa tecnologia può facilmente fondere strutture complesse come cavità interne, fori ciechi e superfici curve.
Inoltre, questo processo è molto adatto alla produzione di getti a struttura integrata, riducendo di fatto la necessità di assemblaggio e saldatura. Ciò comporta una grande convenienza per la produzione e migliora sia l'efficienza produttiva che la qualità del prodotto.
Costo - Efficace
La fusione a schiuma persa riduce i costi di produzione in diversi modi.
Bassi costi di attrezzaggio: Consente di risparmiare sui costi di produzione e manutenzione degli stampi ed è particolarmente adatto alla produzione di piccoli lotti e alla produzione personalizzata.
Elevato utilizzo del materiale: Utilizzando sabbia non legata, la sabbia può essere riciclata, riducendo il consumo di materiale e i costi di produzione.
Riduzione dei costi di manodopera: Con lo stampaggio in un unico pezzo, si riduce il numero di parti assemblate, con conseguente risparmio di manodopera e di costi di assemblaggio.
Alta efficienza produttiva
I modelli in schiuma possono essere prodotti rapidamente, il che li rende particolarmente adatti alla produzione di massa e alla produzione automatizzata, aumentando di fatto la scala di produzione e l'efficienza. Durante le fasi di colata e solidificazione di questo processo, non è necessario rimuovere il modello. Questa caratteristica semplifica notevolmente le procedure di colata, altrimenti complesse, riducendo i processi operativi e i costi.
Inoltre, più parti complesse possono essere fuse simultaneamente nella stessa sand box, sfruttando appieno lo spazio e le risorse e migliorando ulteriormente l'efficienza produttiva, rendendo il processo di produzione più efficiente, conveniente ed economico.
Adatto a diversi materiali e condizioni di colata
È applicabile a una varietà di materiali metallici come leghe di alluminio, ghisa, ghisa duttile, acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e leghe di rame.
Alta precisione di fusione
Il modello in schiuma è quasi una replica 1:1 della fusione finale, con un basso tasso di ritiro e un'elevata precisione dimensionale (di solito fino a ±0,2-0,5 mm). Oltre all'elevata precisione, la finitura superficiale del getto è buona e consente di ridurre la quantità di lavorazioni meccaniche.
Colata a schiuma persa VS colata in sabbia
Colata di schiuma e colata in sabbia presentano differenze in aspetti quali gli stampi, la precisione della colata e i costi. Di seguito sono riportati i confronti tra alcune delle loro caratteristiche più importanti:
Stampi
Colata a schiuma persa: Il modello è realizzato in polistirene espanso espandibile e non deve essere rimosso, ma gassifica e scompare direttamente durante il processo di colata. Pertanto, per i getti con forme complesse, non è necessario progettare superfici di separazione e meccanismi di estrazione dell'anima complessi, il che semplifica notevolmente il processo di costruzione dello stampo e riduce i costi e i cicli di produzione.
Colata in sabbia: Di solito è necessario realizzare stampi solidi, come quelli in legno e in metallo. Per i getti di forma complessa, la struttura dello stampo è complessa, la difficoltà di produzione è elevata e il costo è alto. Inoltre, la durata dello stampo è limitata. Per la produzione di alcuni getti in piccoli lotti e di forme complesse, il costo dello stampo rappresenta una percentuale relativamente alta.
Precisione di fusione
Colata a schiuma persa: Grazie all'elevata precisione dimensionale del modello e all'assenza di rimozione dello stampo durante il processo di colata, si evitano danni allo stampo in sabbia durante la rimozione dello stampo. Pertanto, i getti hanno un'elevata precisione dimensionale, una buona qualità superficiale e piccole tolleranze di lavorazione e possono produrre getti con forme complesse e requisiti di precisione dimensionale elevati, come i blocchi motore e le teste dei cilindri delle automobili.
Colata in sabbia: A causa di fattori quali l'accuratezza dello stampo e il processo di stampaggio, l'accuratezza dimensionale e la qualità superficiale dei getti sono relativamente basse e le tolleranze di lavorazione sono elevate. Per alcuni getti di forma complessa, è difficile garantire un'elevata precisione dimensionale e qualità superficiale.
Costi di produzione
Colata a schiuma persa: L'investimento per le attrezzature è relativamente elevato e il costo dei materiali per i modelli è relativamente alto. Tuttavia, per la produzione di massa di getti complessi, grazie alla riduzione dei costi di fabbricazione degli stampi, delle ore di lavoro per la formatura e dei costi di lavorazione, il costo complessivo è basso. Tuttavia, per la produzione di piccoli lotti, poiché i materiali di modellazione non possono essere riutilizzati, il vantaggio in termini di costi non è evidente.
Colata in sabbia: Le attrezzature e il processo sono relativamente semplici e l'investimento iniziale è ridotto. Per la produzione di piccoli lotti, il costo è relativamente basso. Tuttavia, per la produzione di massa di getti complessi, a causa degli elevati costi di fabbricazione degli stampi, delle numerose ore di lavoro per la formatura e delle ampie possibilità di lavorazione, il costo complessivo è elevato.
Dimensioni e peso del pezzo
Colata a schiuma persa: Si comporta bene nell'accuratezza dimensionale e nella formatura di forme complesse di prodotti di piccole dimensioni e ha anche una certa capacità produttiva per i prodotti di grandi dimensioni.
Colata in sabbia: La colata in sabbia ha un processo maturo e una ricca esperienza nella produzione di prodotti di grandi dimensioni e può produrre vari getti di dimensioni super-grandi.
Come può aiutare Manek
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