Parti in pressofusione di alluminio e fusione in sabbia di alluminio: processi, applicazioni e manutenzione
I componenti in alluminio lasciano la fabbrica attraverso più di un percorso. Alcuni si formano ad alta pressione all'interno di uno stampo di acciaio temprato, altri prendono forma lentamente all'interno di un letto di sabbia legata. Scegliere tra parti in pressofusione di alluminio e i componenti in alluminio pressofuso dipendono dallo spessore delle pareti, dal volume degli ordini, dal budget degli utensili e dalla superficie finita effettivamente necessaria per un progetto. Le sezioni seguenti illustrano il funzionamento di ciascun metodo, dove viene utilizzato ciascuno, cosa può andare storto durante la formatura e come pulire l'hardware in alluminio finito una volta in servizio.
Tolleranze strette e ripetibili
L'iniezione ad alta pressione riempie la cavità dello stampo in una frazione di secondo, quindi lo spessore della parete e la posizione dei fori si ripetono strettamente dal primo colpo al decimillesimo. Questa coerenza è il motivo parti in pressofusione di alluminio vengono scelti per alloggiamenti e staffe che devono essere fissati ai componenti accoppiati senza montaggio manuale.
Capacità di pareti sottili
Poiché l'alluminio fuso viene forzato nella cavità sotto pressione anziché versato per gravità, pareti sottili fino a un millimetro possono ancora riempirsi completamente prima che il metallo si congeli, mantenendo le parti finite leggere senza sacrificare la rigidità.
Superficie liscia come fusione
Le matrici in acciaio conferiscono una struttura superficiale fine direttamente alla fusione, riducendo o eliminando la necessità di lavorazione secondaria sulle facce cosmetiche e diminuendo la quantità di post-elaborazione richiesta da un alloggiamento o da una piastra di copertura prima della spedizione.
Efficiente a volume
I tempi di ciclo misurati in secondi anziché in minuti rendono il processo adatto a eseguire la stessa geometria migliaia di volte, motivo per cui le staffe del motore, gli alloggiamenti della trasmissione e gli involucri elettronici si affidano a questo metodo una volta finalizzato il progetto.
Vantaggi della fusione in sabbia per parti in alluminio
La fusione in sabbia adotta un approccio diverso e guadagna il suo posto per una serie di ragioni diverse. Invece di pressare il metallo in uno stampo indurito, il processo racchiude sabbia mescolata con un legante attorno a un modello, quindi rimuove il modello per lasciare una cavità che l’alluminio fuso riempie per gravità. Ciò cambia l’economia e la geometria che può essere praticamente prodotta.
Basso investimento in attrezzature
I modelli possono essere realizzati in legno, schiuma o plastica stampata in 3D invece che in acciaio temprato, il che riduce il costo iniziale di avvio di un nuovo codice prodotto e accorcia il tempo che intercorre tra un disegno finito e un primo campione.
Capacità di grandi sezioni
Il versamento per gravità non impone gli stessi limiti di pressione riscontrati nella pressofusione, quindi gli alloggiamenti delle pompe, le scatole del cambio e le basi della macchina con uno spessore della sezione ben superiore a quello che uno stampo può gestire in sicurezza escono dallo stampo senza difficoltà.
Flessibilità di progettazione tra le esecuzioni
È possibile rielaborare un modello o tagliarne uno nuovo rapidamente quando un progetto cambia, evitando i tempi di consegna e i costi legati alla modifica o alla sostituzione di una matrice in acciaio ogni volta che una dimensione necessita di essere modificata durante lo sviluppo.
Adatto a corse a basso volume
Laddove sono necessarie solo una manciata di unità o un breve ciclo di produzione, raramente ha senso distribuire il costo di uno stampo in acciaio su così poche parti, quindi gli stampi in sabbia rimangono la strada più pratica per prototipi e lavori in serie limitate.
Confronto dei parametri di fusione fianco a fianco
La tabella seguente allinea i tre percorsi di formatura dell'alluminio più comuni rispetto alle variabili che molto spesso decidono a quale percorso deve essere indirizzato un disegno.
| Parametro | Pressofusione | Colata in sabbia | Colata in stampo permanente |
|---|---|---|---|
| Costo degli utensili | Alto | Basso | Medio |
| Precisione dimensionale | ±0,05...0,1 mm tipico | ±0,5...1,5 mm tipico | ±0,2...0,5 mm tipico |
| Dimensione lotto consigliata | Migliaia e oltre | Da singole unità a poche centinaia | Da centinaia a poche migliaia |
| Spessore della parete realizzabile | da 1 mm a 4 mm | da 5 mm a 50 mm | da 3 mm a 20 mm |
| Rugosità della superficie come fusione | Ra da 1,5 a 3,0 micrometri | Ra da 6,0 a 12,5 micrometri | Ra da 3,0 a 6,0 micrometri |
| Tempo di ciclo tipico | Da pochi secondi a pochi minuti | Ore comprese preparazione stampi | Minuti per casting |
Applicazioni comuni di parti comuni di fusione in sabbia di alluminio
Poiché gli stampi in sabbia tollerano sezioni grandi e pesanti e forme irregolari senza i vincoli di pressione di uno stampo, alcune categorie di hardware vengono costruite quasi esclusivamente attraverso questo percorso.
Alloggiamenti della pompa
Passaggi interni dell'acqua e flange di montaggio fusi in un unico pezzo, evitando le giunture che altrimenti necessiterebbero di sigillatura.
Corpi valvola
Le pareti spesse attorno alle porte filettate mantengono la pressione mentre i canali di flusso interni si formano in modo pulito durante il versamento.
Flange e raccordi
Cerchioni di bulloni e superfici di tenuta fusi vicino alla dimensione finita, lasciando da lavorare solo la superficie di accoppiamento.
Basi per macchine utensili
Sezioni pesanti e rigide che smorzano le vibrazioni durante il funzionamento, dimensionate ben oltre i limiti della pressofusione.
Parti di attrezzature agricole
Alloggiamenti e staffe del cambio esposti a carichi esterni e impatti ripetuti durante l'uso sul campo.
Hardware marino
Staffe, alloggiamenti e raccordi che abbinano la resistenza alla corrosione dell'alluminio alla capacità di fusione in sabbia di grandi sezioni.
Come fondere parti in alluminio
Indipendentemente dal tipo di stampo utilizzato, la formatura di una parte in alluminio segue la stessa ampia sequenza, dal modello alla fusione finita.
Preparazione del modello o della fustella
Viene creato un modello per lo stampaggio in sabbia oppure uno stampo in acciaio temprato viene lavorato per la fusione a pressione, adattandosi alla geometria della parte finale più la tolleranza di ritiro.
Fusione
La lega di alluminio viene riscaldata a circa 660-720 gradi Celsius in un crogiolo o in un forno a induzione fino a raggiungere uno stato completamente liquido e colabile.
Degasaggio e flussaggio
Un agente degasante rimuove l'idrogeno disciolto e un flusso attira le inclusioni di ossido sulla superficie, riducendo la porosità nella fusione finita.
Versamento o iniezione
Il metallo fuso viene versato per gravità in una cavità di sabbia o iniettato sotto pressione in uno stampo, riempiendo lo stampo prima che la superficie inizi a solidificarsi.
Raffreddamento e solidificazione
Il raffreddamento controllato permette al getto di solidificarsi dalle sezioni più sottili verso quelle più spesse, limitando cavità da ritiro e tensioni interne.
Sformatura e finitura
La fusione viene separata dalla sabbia o dallo stampo, i punti di accesso e le colonne montanti vengono rimossi e la parte passa alla rettifica, al trattamento termico o alla lavorazione meccanica secondo necessità.
Come fondere parti in alluminio at Home
Una versione semplificata dello stesso processo è alla portata di un laboratorio hobbista. Un piccolo forno alimentato a propano o carbone fonde i rottami di alluminio in un crogiolo di acciaio o grafite, mentre un modello di legno o stampato in 3D pressato nella sabbia umida di fonderia forma la cavità. Una volta ritirato il modello, una porta di colata e un canale di sfiato vengono tagliati a mano prima che le metà dello stampo vengano chiuse e fissate. Il metallo fuso viene versato costantemente per evitare di intrappolare l'aria, quindi lasciato indisturbato finché la fusione non si è raffreddata abbastanza da poter essere maneggiata. L'attrezzatura di sicurezza conta di più su questa scala piuttosto che di meno: una visiera, guanti resistenti al calore e maniche lunghe proteggono dagli schizzi, e il versamento dovrebbe sempre avvenire su una superficie asciutta e non infiammabile, lontana da qualsiasi traccia di umidità, poiché l'acqua intrappolata nella sabbia umida o in uno strumento bagnato può trasformarsi in vapore a contatto con l'alluminio fuso.
Cosa posso usare per fondere l'alluminio?
La scelta del materiale va in due direzioni: il materiale dello stampo e la lega di alluminio stessa.
Materiali per stampi
Sabbia silicea legata con argilla o leganti chimici per stampi unici, acciaio lavorato per cicli di pressofusione ripetuti e grafite o ghisa per stampi permanenti riutilizzati in un ciclo di produzione moderato.
Gradi di leghe comuni
A356 e A357 per parti che necessitano di maggiore resistenza dopo il trattamento termico, ADC12 e A380 per pressofusioni generali e 6061 dove una fusione verrà successivamente lavorata e richiede una buona lavorabilità.
Attrezzatura del forno
Forni a crogiolo alimentati da propano, gas naturale o elementi di resistenza elettrica per lotti più piccoli e forni a induzione per una fusione più rapida quando la produttività conta più del costo del carburante.
Materiali ausiliari
Compresse degasanti, fondente di copertura, rivestimenti distaccanti e manicotti montanti, ciascuno dei quali risolve un rischio di difetto specifico durante la fusione e il versamento piuttosto che la forma della parte stessa.
Qual è la linea di giunzione della fusione di alluminio?
La linea di divisione segna il punto in cui due metà di uno stampo o di una matrice si incontrano e si separano per rilasciare il getto finito. La sua posizione viene scelta sulla sezione trasversale più ampia del pezzo in modo che entrambe le metà possano allontanarsi in modo netto senza bloccarsi in caso di sottosquadro. Una linea di giunzione posizionata in modo inadeguato costringe a lavorare ulteriormente il nucleo, aggiunge angoli di sformo che altrimenti non sarebbero necessari o lascia bava in eccesso che deve essere eliminata manualmente. Su una fusione finita, la linea di giunzione solitamente si presenta come una debole giuntura o una linea leggermente rialzata che corre attorno alla parte, ed è normale vedere una leggera lavorazione o rettifica lungo quella giuntura durante l'ispezione finale piuttosto che trattarla come un difetto.
Quanto è difficile fondere l'alluminio?
L'alluminio si trova al centro della gamma di difficoltà per la fusione dei metalli. Il suo punto di fusione moderato e la buona fluidità lo rendono più tollerante del ferro o dell'acciaio, ma alcuni tipi di difetti richiedono comunque attenzione in ogni fase della colata.
Porosità del gas
L'alluminio fuso assorbe facilmente l'idrogeno ad alta temperatura e il gas fuoriesce dalla soluzione quando il metallo si raffredda, lasciando piccoli vuoti a meno che il degasaggio non venga eseguito correttamente prima del versamento.
Cavità da ritiro
L'alluminio si contrae notevolmente mentre si solidifica, quindi le sezioni spesse che si raffreddano dopo che il metallo circostante si è già solidificato possono tirarsi verso l'interno e lasciare un vuoto interno.
Chiusura a freddo
Due flussi di metallo che si incontrano dopo che uno dei due ha iniziato a ricoprirsi non riescono a fondersi completamente, lasciando una linea visibile di debolezza sulla superficie della fusione.
Strappo caldo
Sezioni sottili adiacenti a una massa molto più spessa possono rompersi mentre sono ancora parzialmente fuse se lo stampo limita la contrazione naturale durante il raffreddamento.
Opzioni di finitura superficiale e tolleranza per componenti in alluminio pressofuso
Una fusione grezza raramente esce dall'officina esattamente come esce dallo stampo. Superfici di montaggio lavorate, rivestimenti anodizzati per la resistenza alla corrosione, verniciatura a polvere per alloggiamenti in tinta e pallinatura per una struttura opaca uniforme vengono tutti applicati a seconda di dove la parte finirà in servizio. Le classi di tolleranza in genere vanno dalle dimensioni generali del pezzo fuso su facce non critiche ai fori lavorati con precisione e alle configurazioni dei bulloni mantenute entro pochi centesimi di millimetro dove le parti accoppiate lo richiedono. La verifica dello spessore delle pareti, l'ispezione a raggi X per la porosità interna e i test di pressione sulle parti che trattengono il fluido sono passaggi comuni integrati nell'ispezione finale prima del rilascio di un lotto.
Come pulire le parti in alluminio pressofuso
La pulizia generale di una parte in alluminio pressofuso inizia con acqua calda e un detergente delicato e non abrasivo applicato con una spazzola morbida per rimuovere polvere e sporco dalla superficie. Gli acidi forti e i detergenti alcalini dovrebbero essere evitati poiché attaccano lo strato di ossido naturale che protegge l'alluminio dalla corrosione. I residui ostinati possono essere allentati immergendoli brevemente in un detergente formulato per l'alluminio prima di un risciacquo finale e un'asciugatura completa con un panno privo di lanugine, poiché l'umidità intrappolata lasciata negli incavi o nei fori filettati è ciò che porta a una nuova ossidazione.
Pulizia delle parti di automobili in alluminio pressofuso
Le ruote, i collettori di aspirazione e gli alloggiamenti della trasmissione raccolgono nel tempo la polvere della strada e i residui dei freni. Risciacquando prima la grana sciolta, quindi applicando un detergente per alluminio sicuro per le ruote e una spazzola morbida nei raggi incassati, si evita che le particelle abrasive graffino la superficie. Un leggero strato di cera protettiva rallenta poi il ritorno dell'ossidazione tra un lavaggio e l'altro.
Pulizia delle parti del motore in alluminio pressofuso
I componenti del motore trasportano una pellicola d'olio incrostata e depositi di carbonio che la semplice acqua non può spostare. Lasciare raffreddare completamente la parte, spruzzare uno sgrassatore e lavorarla sulle nervature e sulle sporgenze dei bulloni con una spazzola di nylon anziché con una di metallo per evitare di rigare la superficie. Un'accurata fuoriuscita di aria compressa e secca dai fori ciechi impedisce ai residui di detergente di interferire con la tenuta della guarnizione durante il riassemblaggio.
Pulizia di manutenzione ordinaria
Per le parti utilizzate regolarmente in ambienti esterni o industriali, un semplice lavaggio mensile con sapone neutro e un panno morbido, seguito da un'ispezione per individuare vaiolature o fioriture di ossido bianco, rileva la corrosione precoce prima che si diffonda in vaiolature che richiederebbero una lucidatura meccanica per essere rimossa.
Selezione del processo corretto per una nuova parte
Raramente un disegno arriva con la modalità di fusione già decisa. Lo spessore delle pareti, la quantità ordinata prevista, i requisiti di tolleranza sulle facce di accoppiamento e le dimensioni del pezzo fanno pensare a uno stampo, a uno stampo in sabbia o a uno stampo permanente prima che un singolo grammo di alluminio venga fuso. L'esame tempestivo di questi fattori, insieme al grado di lega più adatto ai requisiti meccanici e di corrosione del pezzo, riduce al minimo le rilavorazioni e le modifiche agli strumenti una volta avviata la produzione.
