Che cos'è il casting?

La fusione è un processo di produzione in cui un materiale liquido(tipicamente un metallo o una lega) viene versato in uno stampo che contiene una cavità cava della forma desiderata. Il materiale viene quindi lasciato solidificare. La parte solidificata, nota come fusione, viene quindi espulsa o spezzata dallo stampo per completare il processo.

Il suo scopo principale nelle apparecchiature meccaniche è quello di creare componenti metallici complessi, ad alta resistenza e durevoli che sono difficili o economicamente insostenibili da produrre con altri metodi come la lavorazione o la forgiatura.

Perché la fusione è così prevalente nelle attrezzature meccaniche?

La casting offre una serie unica di vantaggi che lo rendono indispensabile:

Geometrie complesse: può produrre parti con passaggi interni complessi (come i rivestimenti del liquido di raffreddamento in un blocco motore), curve complesse e sottotagli in un unico pezzo.

Produzione in massa: una volta creato lo stampo, un gran numero di parti identiche può essere prodotto in modo molto efficiente ed economico.

Materiale versatilità: praticamente qualsiasi metallo o lega che può essere fuso può essere fuso, tra cui ferro, acciaio, alluminio, bronzo e zinco.

Rapporto costo-efficacia per parti complesse: per parti grandi o complesse, la fusione è spesso molto più economica della lavorazione da un blocco di metallo solido(che crea molti rifiuti) o dell'assemblaggio da molti pezzi più piccoli.

Eccellente rapporto resistenza/peso(per alcuni processi): processi come la fusione di investimento possono produrre parti molto resistenti e leggere.

Capacità di creare parti di grandi dimensioni: la fusione è uno dei pochi metodi in grado di produrre componenti massicci, come alloggi turbine o telaio pressa.

Materiali chiave utilizzati per la fusione di apparecchiature meccaniche

La scelta del materiale è fondamentale per la funzione della parte.

Acciaio: elevata resistenza e tenacità per applicazioni impegnative. Utilizzato per involucri turbine, attrezzature minerarie e componenti strutturali.

Leghe di rame(bronzo, ottone): eccellente resistenza alla corrosione, buone proprietà cuscinetti e elevata conduttività termica/elettrica. Utilizzato per valvole, pompe, ingranaggi, cuscinetti e componenti marini.

Esempi specifici di applicazione in apparecchiature meccaniche

Motori a combustione interna:

Blocco motore: la fondazione del motore, con passaggi complessi per il liquido di raffreddamento e l'olio. Realizzato quasi esclusivamente mediante fusione di sabbia (in ferro o alluminio).

Testa del cilindro: ospita le valvole e le camere di combustione. Anche principalmente fusione di sabbia.

Pistoni: spesso realizzati utilizzando la fusione permanente per una struttura a grano fine e una buona resistenza.

Pompe, compressori e valvole:

Alloggiamenti per pompe/compressori (volute): caratterizzano geometrie interne complesse per dirigere il flusso del fluido. Realizzato mediante fusione di sabbia o fusione di investimento a seconda delle dimensioni e della precisione.

Giranti: geometrie a pale complesse sono perfettamente adatte per la colata di investimento.

Corpi della valvola: devono resistere ad alta pressione e spesso hanno un portamento interno complesso. Realizzato tramite fusione di sabbia o fusione di investimento.

Trasmissione di energia:

Scatole di ingranaggi e cuscinetti: involucri per ingranaggi e cuscinetti, spesso realizzati mediante pressofusione (per piccole unità) o fusione in sabbia (per grandi unità industriali).

Ingranaggi di grandi dimensioni: può essere fuso in sabbia come un vuoto a forma quasi rete prima che i denti vengano lavorati.

Macchine pesanti e macchine utensili:

Telaio e basi: richiedono elevata rigidità e smorzamento delle vibrazioni. Sabbia-ghisa è il materiale di scelta per molte macchine utensili, presse e attrezzature agricole.

Macchine aerospaziali e turbomacchine:

Pale/palette della turbina: presentano canali di raffreddamento interni incredibilmente complessi e devono resistere a temperature estreme. Realizzato in superleghe utilizzando la fusione di precisione.

Limitazioni e considerazioni di progettazione

Finitura superficiale e tolleranze: generalmente non buono come le parti lavorate o forgiate, anche se processi come la fusione di investimento si avvicinano.

Difetti: difetti interni come porosità, cavità di restringimento e inclusioni possono verificarsi se il processo non è attentamente controllato.

Proprietà meccaniche più basse: benché buone, le proprietà meccaniche (in particolare la resistenza all'urto) di una fusione standard sono tipicamente inferiori a quelle di una parte forgiata dello stesso materiale a causa della struttura a grano grossolano.

Tempo di consegna: la creazione di stampi (soprattutto per la fusione di sabbia e investimento) può avere un lungo tempo di consegna iniziale, sebbene il costo per parte sia basso.

Le conclusioni

Colata è la spina dorsale della moderna produzione di attrezzature meccaniche. Fornisce la capacità unica di creare componenti metallici robusti, complessi e spesso grandi in modo economicamente sostenibile. Dalla macchina che guidate alla centrale elettrica che fornisce la vostra elettricità, i componenti fusi stanno lavorando duramente, spesso fuori dalla vista, per consentire la funzione di innumerevoli sistemi meccanici. La scelta del processo di colata specifico è una decisione ingegneristica critica che bilancia fattori di complessità, costo, volume e prestazioni del materiale.