Che cosa è Colata in sabbia

La colata in sabbia è la tecnica più comunemente utilizzata in tutto il mondo. Colata in sabbia Cina Un tipico flusso di processo della colata in sabbia è mostrato nel seguente diagramma:

La sabbia viene utilizzata come materiale refrattario nei sistemi di colata in sabbia. Il processo di colata in sabbia è un legante che mantiene la forma dello stampo durante il versamento del metallo fuso. Esiste un'ampia gamma di sistemi di sabbia/legante che vengono utilizzati nei sistemi di colata in sabbia. L'argilla bentonitica è utilizzata fino a 4-10% della miscela di sabbia nei sistemi a sabbia verde, che è il sistema di colata in sabbia più comune. L'acqua, che costituisce circa 2-4% della miscela di sabbia, attiva il legante. Alla miscela viene aggiunto anche materiale carbonioso come il carbone (2-10% del volume totale) per creare un ambiente riducente. Aiuta a prevenire l'ossidazione del metallo durante il versamento. Il restante 85-95% della miscela totale contiene sabbia.

Una serie di leganti chimici è utilizzata in altri processi di formatura della sabbia: I leganti oleosi sono miscele di oli animali, petrolchimici e vegetali. Alcuni dei leganti sintetici più diffusi sono: ureaformaldeide, fenoli, fenolformaldeide, urea-formaldeide/alcool fluoridrico, isocianato alchilico e isocianato fenolico. I leganti chimici in resina sono spesso utilizzati per le anime da fonderia e, in misura minore, per le forme da fonderia.

Colata in sabbia Cina

Come vengono realizzati i modelli

La prima fase dello sviluppo di una nuova fusione è la creazione del modello. Il modello è solo una replica del prodotto finito. In generale, Processo di fusione in sabbia è in legno, ma si possono usare anche metallo, plastica e gesso. Questi modelli sono permanenti e possono essere utilizzati per formare una serie di stampi. La modellistica è un processo altamente qualificato e preciso, fondamentale per la qualità del prodotto finale. Molte moderne officine di modellistica utilizzano la progettazione assistita da computer (CAD) per progettare i modelli. Questi sistemi possono anche essere integrati con utensili da taglio automatizzati, controllati con strumenti di produzione assistita da computer (CAM). Le anime vengono prodotte insieme al modello per formare le superfici interne della colata. Queste vengono prodotte in una cassa d'anima, che è essenzialmente uno stampo permanente che viene sviluppato.

Come vengono realizzati gli stampi

Lo stampo viene formato in una cassaforma con due metà che aiuta a rimuovere il modello. Poiché gli stampi in sabbia sono di natura temporanea, è necessario formare un nuovo stampo ogni volta per la singola colata. La figura seguente descrive un tipico stampo in sabbia in due parti:

Quando il nucleo viene inserito nella parte superiore del forno, il suo bruciatore avvia immediatamente il processo di fusione.

Il trascinamento, la metà inferiore dello stampo, è realizzato su una tavola di formatura. Le anime richiedono una maggiore forza per mantenere la forma durante la colata. Anche la precisione dimensionale deve essere maggiore, perché le superfici interne sono più difficili da lavorare e gli errori sono costosi da correggere. Per la formatura delle anime si utilizza uno dei sistemi di legatura chimica. Una volta inserita l'anima, viene posizionata la metà superiore dello stampo o la cappetta. L'interfaccia tra le due metà dello stampo è chiamata linea di separazione. A volte, sulla cappetta vengono collocati dei pesi, che aiutano a fissare le due metà insieme.

I progetti degli stampi includono un sistema di chiusura che è progettato per trasportare il metallo fuso senza problemi in tutte le parti dello stampo. Il sistema di chiusura comprende tipicamente un canale di colata, cancelli, guide e rialzi. La materozza è il punto in cui viene versato il metallo. Le porte permettono al metallo di entrare nel sistema di scorrimento. Le guide trasportano il metallo fuso verso la cavità di colata. I montanti possono avere diverse funzioni, tra cui sfiati per consentire il rilascio di gas, serbatoi prima della cavità di colata per favorire la solidificazione progressiva e cavità di scarto per consentire al metallo di risalire dalla cavità di colata per assicurarne il riempimento e per rimuovere il primo metallo versato dalla cavità di colata, evitando così problemi di solidificazione.

Fusione e colata

Molte fonderie di materiali ferrosi utilizzano un'elevata percentuale di rottami metallici per la composizione della carica. Per questo motivo, le fonderie svolgono un ruolo importante nell'industria del riciclaggio dei metalli. Vengono riciclati anche i rottami generati internamente da canali e alzate, nonché i prodotti di scarto. La carica viene pesata e introdotta nel forno. Alla carica vengono aggiunti leghe e altri materiali per produrre la fusione desiderata. In alcune operazioni la carica può essere preriscaldata, spesso utilizzando il calore di scarto. Di seguito sono descritti i forni comunemente utilizzati nell'industria. Nei processi tradizionali il metallo viene surriscaldato nel forno. Il metallo fuso viene trasferito dal forno a una siviera e trattenuto fino a raggiungere la temperatura di colata desiderata. Il metallo fuso viene versato nello stampo e lasciato solidificare.

Raffreddamento e scossa

Lo stampo viene trasportato in un'area di raffreddamento, subito dopo il versamento del metallo fuso. Il getto deve raffreddarsi a lungo, spesso durante la notte, prima di poter essere rimosso dallo stampo. I getti possono essere rimossi manualmente o utilizzando tavoli vibranti che scuotono il materiale refrattario dal getto. Per un raffreddamento rapido dei getti, molte fonderie utilizzano anche bagni di tempra. Questo accelera il processo e aiuta a ottenere determinate proprietà metallurgiche. Per prevenire l'ossidazione, il bagno di tempra può contenere additivi chimici.

Bonifica della sabbia

Le fonderie recuperano una parte significativa della sabbia di scarto per il riutilizzo interno. Ciò riduce significativamente la quantità di sabbia che deve essere acquistata e smaltita. In genere, la sabbia di colata viene recuperata meccanicamente. I nuclei e i grossi grumi metallici vengono rimossi da vagli vibranti e i leganti vengono rimossi per attrito, in cui le particelle di sabbia si sfregano tra loro.

Colata in sabbia fine e leganti vengono rimossi per estrazione e raccolti in un contenitore per sacchi. In alcuni sistemi i metalli vengono rimossi utilizzando magneti o altre tecniche di separazione. Per le operazioni che utilizzano la bonifica meccanica, il tasso di riciclo è spesso limitato a circa 70%.

Ciò è dovuto alla necessità di mantenere una qualità minima della sabbia da colata. Per le grandi fonderie di ferro, dove i requisiti di qualità della sabbia da colata sono meno severi, è possibile ottenere una bonifica superiore a 90% con mezzi meccanici. Per molti processi, la sabbia recuperata meccanicamente non è di qualità sufficientemente elevata per essere utilizzata per la produzione di anime. La bonifica termica sta diventando sempre più diffusa nel Queensland. Il processo di colata della sabbia riscalda la sabbia fino al punto in cui i materiali organici, compresi i leganti, vengono rimossi. Il processo di Sand Casting Process può riportare la sabbia a uno stato "come nuovo", consentendone l'utilizzo per la produzione di carote. La bonifica termica è più costosa dei sistemi meccanici.

Il processo di colata della sabbia può essere recuperato anche con tecniche di lavaggio a umido e scrubbing. Questi metodi producono sabbia di alta qualità, ma non sono comunemente utilizzati perché generano un flusso significativo di rifiuti liquidi e richiedono un ulteriore apporto di energia per l'essiccazione della sabbia. La quantità di riutilizzo interno dipende dal tipo di tecnologia utilizzata e dai requisiti di qualità del processo di colata. I processi di bonifica, in particolare quelli meccanici, rompono le particelle di sabbia e questo può influire sulla qualità di alcuni metalli. Inoltre, per le tecniche di bonifica meccanica, le impurità possono accumularsi nella sabbia nel corso del tempo, richiedendo lo spreco di una parte del materiale. Le grandi fonderie di ferro non richiedono un'elevata qualità della sabbia, per cui in genere raggiungono il più alto tasso di riutilizzo del settore. Spesso la sabbia passa attraverso l'operazione fino a quando non viene ridotta in polvere e rimossa con i filtri a sacco.

Fettatura, pulizia e finitura

Il sistema di rivestimento viene rimosso, dopo che la colata si è raffreddata, utilizzando dischi da taglio abrasivi, seghe a nastro o dispositivi di taglio elettrici. In genere, sulla colata si forma una "linea di separazione" che deve essere rimossa mediante molatura o martelli da taglio. I getti possono anche dover essere riparati mediante saldatura, brasatura o brasatura per eliminare i difetti.

La colata può essere sottoposta a ulteriori operazioni di rettifica e lucidatura per ottenere la qualità superficiale desiderata. Il getto può quindi essere rivestito con una vernice o con un'operazione di finitura del metallo come la zincatura, la verniciatura a polvere o la galvanizzazione.

Vantaggi della colata in sabbia

Basso costo di pedaggio.
Le dimensioni di colata più grandi ottenibili.
Molto meno costoso di altre tecniche.
In grado di trattenere i dettagli e di resistere alla deformazione in caso di riscaldamento.
Il processo è adatto a fusioni di metalli ferrosi e non ferrosi.
Gestisce una gamma di prodotti più diversificata rispetto a qualsiasi altro metodo di colata.
Produce sia piccoli getti di precisione che grandi getti fino a 1 tonnellata.
Può raggiungere tolleranze molto strette se si ottiene una compattazione uniforme.
Il tempo di preparazione dello stampo è relativamente breve rispetto a molti altri processi.
La relativa semplicità del processo lo rende ideale per la meccanizzazione.
È possibile raggiungere alti livelli di riutilizzo della sabbia.
Produce meno rifiuti rispetto ad altre tecniche.