Differenza tra fusione e fonderia: quando si parla di produzione di metalli, due termini ricorrono spesso insieme: fonderia e fusione. Chi lavora nell'ambito dell'ingegneria, della produzione, della fabbricazione dei metalli o dell'approvvigionamento della catena di fornitura dovrebbe capire la distinzione tra i due termini. Uno dei processi produttivi più antichi e importanti della storia dell'umanità è la fusione dei metalli. Consente di trasformare il metallo grezzo in prodotti industriali e commerciali ben formati, resistenti e molto precisi. Tuttavia, la parola fusione è comunemente usata in modo blando, ma c'è una differenza tra la fusione come azione e la fonderia come stabilimento in cui si svolge il processo di fusione. Le due cose vanno di pari passo, ma sono essenzialmente diverse.

La colata è il versamento di metallo fuso in uno stampo con lo scopo di ottenere una forma particolare, sia essa un ingranaggio, un raccordo di un tubo o un pezzo complesso di un motore. È una fase dell'assemblaggio produttivo. Al contrario, una fonderia è il luogo in cui si svolge questo processo e molti altri ad esso correlati, come la fusione, la preparazione dello stampo, la finitura e i controlli di qualità, in modo coerente e scalabile. La conoscenza della differenza tra le attività di fusione e di fonderia è di estrema importanza in termini di pianificazione della produzione, stima dei costi o selezione dei fornitori.

In questo articolo, l'autore definisce la fonderia, le sue fasi principali e come si differenzia dal concetto generale di colata.

Che cos'è Foundry?

Una fonderia è un sito di fusione di metalli. È il luogo in cui il metallo fuso viene versato in stampi per creare parti e forme complesse, in un impianto industriale o in un'officina. Alcuni dei settori che fanno grande affidamento sulle fonderie sono l'industria automobilistica, l'industria aerospaziale, l'industria edile, l'industria agricola e l'industria energetica.

Panoramica del processo di fonderia

Il normale funzionamento di una fonderia prevede le seguenti fasi:

1. Modellistica: Sviluppare una copia dell'ultima sezione.
2. Preparazione dello stampo: Fusione nella cavità dello stampo, cioè sabbia o metallo.
3. Fusione dei metalli: Riscaldamento del metallo fuso.
4. Versamento: Versamento del metallo fuso nello stampo.
5. Raffreddamento e solidificazione: lasciando che il metallo si raffreddi e si indurisca.
6. Pulizia e scuotimento: Raschiatura dello stampo e pulizia.
7. Lavorazione, spedizione e ispezione: Rettifica, lavorazione e controllo qualità.

Una fonderia è un ambiente molto tecnico che combina ingegneria all'avanguardia e scienza metallurgica. Si tratta di piccole officine o di enormi impianti industriali in grado di produrre migliaia di getti al giorno.

Tipi di fonderie

Fonderia. Esistono diverse varietà di fonderie specializzate in diversi tipi di colata:

• Fonderie di materiali ferrosi:  Scultura in ferro e acciaio.
• Fonderie non ferrose: Concentrarsi su alluminio, bronzo e altre leghe.
• Fonderie per conto terzi: Realizzare produzioni in piccole quantità o pezzi specifici per il cliente.
• Fonderie di produzione: Pprodurre una grande quantità di componenti.

I metalli solitamente utilizzati nelle fonderie

A seconda dell'applicazione, le fonderie lavorano con molte varietà di metalli. I più diffusi sono:

• Ghisa: È rinomato anche per essere facilmente colabile e per creare smorzamento delle vibrazioni.
  Acciaio fuso:  Fornisce maggiore forza e resistenza.
• Leghe di alluminio:  Privo di corrosione e leggero.
• Bronzo e ottone:  Sono comunemente applicate a parti ornamentali o resistenti all'abrasione.
• Leghe di magnesio: Leggero e poco diffuso a causa del rischio di infiammabilità.

I vari metalli hanno comportamenti diversi allo stato fuso e, pertanto, le fonderie devono tenere conto di una particolare manipolazione, della temperatura di fusione e dei materiali degli stampi.

Processi importanti di una fonderia

Un processo di fonderia comprende diversi processi fondamentali, tutti necessari per la qualità e la precisione della colata finale:

1. Creazione di modelli  

Il modello è una copia dell'ultimo oggetto da fondere. Viene utilizzato per creare la cavità dello stampo. I modelli possono essere in legno, plastica, metallo o anche in cera, a seconda della tecnica di fusione.

2. Stampaggio  

Ciò significa che un'impronta negativa del modello verrebbe realizzata sul materiale di stampaggio, cioè sabbia o ceramica. Ne esistono due tipi: 

Stampaggio a sabbia verde: La formatura con sabbia verde utilizza sabbie con poco o nessun legante ed è un processo utilizzato per la produzione di una scatola ASTM A588 o ASTM A370 (nella foto), una ghisa ad alta resistenza prodotta mediante colata in stampi impiantati con boccole in acciaio fuso, a loro volta inserite nella sabbia.  

3. Fusione e colata  

I forni utilizzati per fondere i metalli sono forni a induzione, forni elettrici ad arco o forni a cupola. Una volta fuso, il metallo viene versato nello stampo con l'aiuto della gravità, della pressione o del vuoto.

4. Raffreddamento e solidificazione  

Dopo la colata, il metallo si solidifica nella forma di uno stampo. La ripartizione della struttura dei grani, delle proprietà meccaniche e della finitura superficiale è dovuta alle velocità di raffreddamento.

5. Pulizia e scuotimento  

Lo stampo viene smontato (nel caso di quelli a perdere) e la parte solidificata viene estratta. La sabbiatura, la molatura o il trattamento con sostanze chimiche sono i processi di pulizia della colata.

6. Controllo e lucidatura  

Gli ultimi processi riguardano il dimensionamento, i controlli non distruttivi, il trattamento termico e la lavorazione. Eventuali difetti, come porosità o contrazioni, vengono evidenziati e corretti.

Che cos'è il casting?

Il processo di formazione di un oggetto metallico attraverso il versamento di metallo fuso in un oggetto è noto come getto. È il processo o il metodo, non il luogo, in cui viene eseguito. Le fusioni possono essere eseguite in una fonderia o in officine o linee di produzione non fonderie.

In poche parole:

• Il luogo è una fonderia. Il processo si chiama fusione.
• In generale, si possono classificare diversi tipi di colata.

Tipi di metodi di colata 

La colata può essere eseguita in un paio di modi. Questi includono:

1. Fusione in sabbia

È una delle tecniche più antiche e multiuso. Con lo stampo in sabbia si possono realizzare componenti metallici di ogni forma e dimensione.

2. Pressofusione

Si riferisce all'azione di forzare il metallo fuso in stampi di acciaio riutilizzabili ad alta pressione. Tipico delle leghe di alluminio, zinco e magnesio ad alto volume.

3. Colata a investimento (cera persa)

Ha una grande precisione e trova applicazione nell'industria aerospaziale e medica. I modelli in cera sono rivestiti in ceramica e la cera viene fusa, lasciando una cavità.

4. Colata in stampo permanente

Riempie le cavità grazie all'uso della gravità o della bassa pressione e all'impiego di cavità metalliche riutilizzabili. È più preciso dal punto di vista dimensionale rispetto alla colata in sabbia.

5. Fusione centrifuga

La forza centrifuga viene utilizzata per fondere i pezzi, modellando il metallo fuso attraverso lo stampo di filatura. È adatta quando si tratta di componenti cilindrici, come tubi o cuscinetti.

Qual è la differenza tra fonderia e colata?

Tabella 1: Differenza tra fonderia e colata

Il motivo per cui le persone confondono Fonderia e Colata?

L'associazione indissolubile tra le due parole, fonderia e colata, a volte deriva dal modo in cui le parole vengono utilizzate nel linguaggio informale e dalla loro descrizione nella pubblicità. I termini fabbrica di colata o impianto di colata sono facilmente sostituibili l'uno con l'altro, soprattutto se si intende una fonderia.

Inoltre, dato che il processo principale che avviene in una fonderia è la colata, i due termini diventano altamente sinonimi. Tuttavia, per chi lavora nel settore, la separazione è utile per definire ruoli, responsabilità e procedure.

Utilizzo della fonderia e della colata nella vita reale

La fusione è uno dei processi produttivi di base che supportano diverse industrie. Le fonderie sono parte integrante dell'industria pesante e dell'industria leggera. Alcuni dei principali settori che dipendono dai componenti fusi sono i seguenti:

1. Industria automobilistica

I pezzi fusi sono ampiamente utilizzati nei motori, nei sistemi di trasmissione, nei telai e nelle sospensioni. Tipici sono:

• Blocchi motore
• Teste dei cilindri
• Tamburi dei freni
• Riduttori

Questo spazio è occupato dalle fusioni in alluminio e ferro, che sono resistenti, poco costose e ben lavorate.

2. Aerospaziale

Il settore aerospaziale richiede componenti leggeri e ad alta resistenza. Vengono utilizzati la microfusione e altri processi di fusione di precisione.

• Pale di turbina
• Parti di aerei a reazione
• Staffe strutturali

In questo caso, si considerano anche i sistemi di tolleranza dimensionale e di resistenza alla fatica, oltre alla resistenza meccanica.

3. Infrastrutture e costruzioni

Gli scopi dell'utilizzo di ghisa e acciaio nella costruzione includono:

• Tubi dell'acqua
• Sistemi di drenaggio
• Strutture di supporto
• Chiusini

Questo li rende duraturi e adatti al progetto infrastrutturale perché sopravvivono in un ambiente difficile.

4. Potenza ed energia

Nelle centrali termiche, idroelettriche o eoliche, i getti si trovano in:

• Alloggiamenti per turbine
• Corpi valvola
• Involucri delle pompe

È grazie al processo di colata che è possibile realizzare una forma grande e complessa, in grado di resistere a livelli elevati di pressione e temperatura.

5. Attrezzature agricole

Per la loro robustezza e resistenza all'usura, i componenti in ghisa pesante o duttile sono utilizzati in trattori, aratri e mietitrebbie. I pezzi che vengono prodotti nelle fonderie per aiutare questo settore sono:

• Custodie per ingranaggi
• Componenti dell'assale
• Contrappesi

I meriti delle fonderie e dei processi di fusione

La procedura di fusione presenta numerosi vantaggi che la rendono perfetta per un'ampia gamma di progetti produttivi:

Flessibilità del design

I produttori utilizzano la fusione per ottenere grandi superfici e geometrie complesse, cavità interne e altre forme complesse che sono difficili o costose da realizzare con la lavorazione o la saldatura.

Grande varietà di materiali

La fusione può essere utilizzata con metalli ferrosi e non ferrosi, nonché con leghe esotiche. Le fonderie hanno la possibilità di personalizzare i materiali in base alle prestazioni richieste, come la resistenza al calore, all'usura e alla corrosione.

Efficienza dei costi

La colata è più conveniente rispetto ad altri metodi di produzione, soprattutto per i grandi livelli di produzione. Una volta prodotto lo stampo, la produzione successiva è rapida e conveniente.

Rifiuti minimi

Nella maggior parte delle fonderie contemporanee viene introdotto un riciclaggio efficace. I rottami metallici possono essere fusi e rilavorati, rendendo le materie prime più economiche e riducendo al minimo i danni all'ambiente.

Scalabilità

Le fonderie hanno la flessibilità di passare da una piccola produzione a una produzione di massa con modifiche relativamente minime al processo, il che le rende una scelta privilegiata per la prototipazione di produzioni su larga scala.

Limiti e aspetti negativi

Infatti, per quanto versatile, la fusione non è priva di limitazioni. La conoscenza degli svantaggi è fondamentale per la scelta di un processo produttivo adeguato.

Precisione dimensionale

A seconda del metodo di colata utilizzato, si possono prevedere ritiri e deformazioni. Le tolleranze strette comportano solitamente un processo successivo, come la lavorazione.

Finitura superficiale

Le superfici fuse devono spesso essere sottoposte a lavorazioni secondarie come la rettifica o la lucidatura, in particolare nel caso della fusione in sabbia.

Il maggior costo di avviamento degli utensili

Stampi e modelli possono essere molto costosi e richiedere molto tempo in processi come la pressofusione e la colata a iniezione.

Difetti

Porosità, restringimenti, lacerazioni a caldo o inclusioni potrebbero compromettere l'integrità del prodotto risultante, a meno che questi problemi non vengano affrontati efficacemente nel processo di produzione.

Selezione tra fusione e altri processi produttivi 

La scelta della fusione rispetto alla forgiatura, alla lavorazione o alla fabbricazione dipende da molti fattori:

Tabella 2: Selezione tra fusione e altri processi di produzione 

Tuttavia, negli impieghi in cui sono richieste resistenza meccanica, precisione o finitura superficiale molto elevate, la fusione può essere sostituita dalla forgiatura o dalla lavorazione CNC.

Tendenze moderne e automazione nella fonderia

Le fonderie moderne, come qualsiasi altro settore, sono in rapida evoluzione grazie ai progressi della tecnologia. Tra le tendenze principali vi sono:

Fonderie intelligenti (IoT 4.0)

Il controllo della qualità e la produttività delle fonderie si stanno trasformando grazie all'implementazione di sensori IoT, all'acquisizione di dati in tempo reale e alla manutenzione predittiva.

Modelli e stampi con la stampa 3D

La produzione additiva è diventata un metodo per produrre direttamente modelli e ora anche stampi di fusione, riducendo i tempi di realizzazione e le spese di prototipazione.

Sostenibilità

Le fonderie stanno diventando più pulite nella produzione, grazie ad esempio ai forni di fusione elettrici e a un migliore controllo delle emissioni di polveri e particelle.

Software di simulazione

Utilizzando un sofisticato software di simulazione della colata, gli ingegneri possono vedere il flusso del metallo, la solidificazione e i possibili difetti ben prima di passare alla produzione, per ridurre gli sprechi e migliorare la qualità.

Il futuro delle fonderie nella produzione globale

Sebbene processi più sofisticati per la fabbricazione di pezzi abbiano superato le fonderie, queste ultime sono ancora vitali. Sono in grado di creare pezzi di metallo potenti, grandi e complicati su larga scala, il che le rende ancora importanti nelle industrie. Stanno diventando più intelligenti e sostenibili grazie alle invenzioni della digitalizzazione, alla produzione sostenibile e all'uso dell'intelligenza artificiale nel controllo dei processi.

Inoltre, la crescente popolarità dei veicoli elettrici, delle installazioni di energia eolica e il potenziamento del settore aerospaziale contribuiscono ulteriormente all'aumento della domanda di getti ad alte prestazioni.

Panoramica: Alcune delle principali differenze tra fonderia e fusione

Tabella 3: riepilogo delle principali differenze:

In breve:

La fusione avviene in una fonderia. La fusione è il processo che avviene in una fonderia.

Pensieri finali

La distinzione tra fonderia e colata non è solo semantica, ma è essenziale per ingegneri, acquirenti e aziende di produzione. Le fonderie sono impianti di produzione su larga scala dove il processo di fusione viene eseguito in modo professionale, sicuro e coerente. Per quanto riguarda l'approvvigionamento dei pezzi, la valutazione dei fornitori e il miglioramento dei processi di produzione, i benefici derivanti dalla comprensione delle funzioni specifiche di ciascuno di questi termini possono portare a un maggiore livello di successo e a una migliore qualità del prodotto.

Domande frequenti 

1. Colata e fonderia hanno lo stesso significato?

No. Il processo è la fusione e il luogo in cui si effettua la fusione è una fonderia.

2. È possibile fondere senza ricorrere a una fonderia?

La fusione di qualsiasi tipo, anche nei tempi di produzione moderni, non può mai avvenire in campo aperto, poiché le attrezzature e i requisiti di sicurezza richiedono l'utilizzo di una fonderia.

3. È più complicato fondere o gestire una fonderia?

La fonderia è ancora più complicata, poiché si occupa dell'intero ciclo di vita della progettazione e del completamento del prodotto, compresa la gestione della qualità.

4. C'è qualche fonderia che non si limita a fondere?

Sì. Anche la finitura superficiale, la lavorazione e il trattamento termico sono ampiamente disponibili in molte fonderie.

5. Un pezzo di metallo deve essere chiamato pezzo fuso o pezzo di fonderia?

Il processo può essere indicato con l'uso di un pezzo fuso, mentre l'uso di una fonderia è un'alternativa quando è importante indicare l'origine o la qualità della produzione.