Industria automobilistica e aerospaziale

Osservazione e analisi della colata in sabbia

La colata è un metodo di lavorazione in cui i materiali metallici vengono fusi, versati in stampi e quindi induriti in forme specifiche quando si raffreddano. Questa sezione presenta alcuni esempi di osservazione e analisi della colata in sabbia.

Metodi di colata tipici
Tipi e caratteristiche della colata in sabbia
Difetti tipici della colata
Esempi di osservazione e analisi della colata in sabbia con il microscopio digitale

Metodi di colata tipici

I metodi di colata tipici sono i seguenti.

Colata in sabbia: Tipo di stampo: sabbia
Il metodo di colata più antico. Il metallo fuso viene versato in uno stampo di sabbia. Gli stampi possono essere utilizzati una sola volta, ma il costo di realizzazione è basso, quindi questo metodo è adatto alla produzione di piccoli lotti. Le superfici dei pezzi realizzati con stampi in sabbia sono ruvide a causa delle particelle di sabbia dello stampo. Inoltre, la precisione non è particolarmente elevata.
Pressofusione: Tipo di stampo: metallo
In questo metodo di colata, il metallo fuso viene iniettato in uno stampo metallico ad alta pressione. Gli stampi in metallo sono costosi ma possono essere utilizzati ripetutamente, quindi questo metodo è adatto alla produzione di massa. Le superfici dei pezzi pressofusi sono lisce ed è possibile fabbricare rapidamente prodotti altamente precisi.
Colata in stampo permanente: Tipo di stampo: metallo
Il metallo fuso viene versato sotto la sola forza di gravità, senza applicare pressione. Questo metodo è chiamato colata per gravità o pressofusione per gravità. I prodotti fusi con questo metodo presentano un'elevata precisione dimensionale e caratteristiche meccaniche eccellenti, pertanto questo metodo è adatto a parti che richiedono un'elevata resistenza.
Colata a cera persa: Tipo di stampo: gesso, ceramica
La cera fusa viene versata in uno stampo per realizzare un modello in cera. Il modello viene ricoperto di gesso o ceramica. Viene cotta in un forno per sciogliere la cera. La cera si scioglie e fuoriesce, lasciando uno spazio nel gesso o nella ceramica cotta che diventa lo stampo. Gli stampi possono essere utilizzati una sola volta, ma il costo di realizzazione è basso, quindi questo metodo è adatto alla produzione di piccoli lotti. Le superfici dei pezzi fusi a cera persa sono lisce, per cui è possibile realizzare prodotti altamente precisi.

Tipi e caratteristiche della colata in sabbia

Vantaggi e svantaggi della colata in sabbia

Vantaggi: I modelli in legno richiedono un basso investimento iniziale.; I modelli in legno possono essere prodotti rapidamente.; È possibile modellare varie forme, il che consente la colata di prodotti complessi e di grandi dimensioni.; Adatta alla produzione di piccoli volumi di molti tipi di prodotti; È possibile fondere qualsiasi materiale metallico. (La pressofusione può utilizzare solo metalli non ferrosi come leghe di alluminio, leghe di zinco e leghe di magnesio.)
Svantaggi: Bassa precisione dimensionale; Le superfici di colata sono grossolane a causa degli stampi in sabbia.; I costi di gestione sono elevati perché gli stampi di sabbia vengono distrutti ogni volta, quindi questo metodo non è adatto alla produzione di massa.; Caratteristiche meccaniche inferiori rispetto alla colata in stampo permanente, a causa della bassa velocità di raffreddamento

Tipi di stampi in sabbia

I vari tipi di stampi in sabbia si differenziano per il metodo di incollaggio utilizzato. I due tipi di stampo a sabbia più comuni sono:

Stampo in sabbia verde: Dell'argilla (bentonite) viene aggiunta alla sabbia silicea e la forza legante dell'acqua viene utilizzata per unire lo stampo di sabbia. La sabbia silicea è economica perché prodotta naturalmente, ma non è adatta alla produzione di massa.
Stampo a conchiglia: Si utilizza una miscela di sabbia-resina prodotta mescolando resina fenolica termoindurente con sabbia di silice. Questo tipo di stampo è chiamato stampo a conchiglia perché lo stampo è sottile come una conchiglia.
Gli stampi a guscio sottile formano superfici lisce e sono spesso utilizzati per la colata precisa di parti di motori automobilistici e simili. Gli stampi a conchiglia possono essere distrutti facilmente, il che li rende adatti alla produzione di massa. Tuttavia, sono più costosi rispetto agli stampi in sabbia verde perché è necessario utilizzare modelli in metallo.

Dimensione delle particelle di sabbia

La dimensione delle particelle di sabbia influisce notevolmente sulle superfici di colata.
Le particelle di sabbia più piccole formano superfici di colata più lisce, ma ostacolano il flusso d'aria e possono confinare i gas, causando difetti. Le particelle di sabbia più grandi formano superfici di colata grossolane, ma facilitano il flusso d'aria e quindi possono produrre getti con meno difetti causati dai gas.
La granulometria della sabbia deve essere scelta in base alle esigenze dell'applicazione.

Difetti tipici della colata

I difetti tipici della colata sono i seguenti.

Cavità di ritiro

La cavità di ritiro è un tipo di cavità. Le cavità di ritiro sono cavità di forma complessa relativamente grandi che si formano all'interno di oggetti fusi a causa del ritiro volumetrico quando gli oggetti passano da liquido a solido.

Soffiatura

A: Soffiature

a: Stampo superiore

b: Nucleo

c: Stampo inferiore

Le soffiature sono un altro tipo di cavità. Le soffiature sono cavità tondeggianti in oggetti fusi. Il metallo fuso include aria o altri gas quando viene versato negli stampi, il che causa la formazione di soffiature.

Cricca

A: Cricche

a: Stampo superiore

b: Nucleo

c: Stampo inferiore

Le cricche sono fessure che si formano sulla superficie degli oggetti fusi. Le cricche si formano a causa delle tensioni che rimangono a causa del ritiro volumetrico o di altre cause durante la colata.

Getto mancato

Un getto mancato si verifica quando la cavità di uno stampo non viene riempita completamente con il metallo fuso, dando luogo a una forma incompleta del prodotto colato.

Bava

Le bave si formano lungo le superfici di contatto (superfici di separazione). I difetti di precisione dello stampo, l'assemblaggio errato e l’aumento del gioco dovuto al deterioramento sono cause comuni di bave.

Difetto dimensionale

Gli stampi sono realizzati tenendo conto del ritiro volumetrico o della deformazione durante la colata. Questo problema può essere causato da aspettative errate, difetti dimensionali dello stampo o assemblaggio non corretto.

Difetto della superficie di colata

I difetti della superficie di colata si verificano quando la sabbia della superficie dello stampo si scioglie e brucia sulla superficie del prodotto fuso.

Esempi di osservazione e analisi della colata in sabbia con il microscopio digitale

Di seguito vengono presentati alcuni recenti esempi di osservazione e analisi della colata in sabbia utilizzando il microscopio digitale 4K della Serie VHX di KEYENCE.