I componenti metallici vengono prodotti in vari modi. La fusione e la forgiatura sono considerate le due pratiche più comuni. Entrambi i metodi danno forma al metallo. Tuttavia, lo fanno in modo molto diverso. Queste variazioni hanno un impatto sulla resistenza, sulla qualità, sul costo e sulle prestazioni. È importante conoscere le differenze. Aiuta gli ingegneri a fare la scelta giusta. Aiuta le industrie a costruire prodotti più sicuri e migliori. 

Due dei processi più comuni di lavorazione dei metalli nell'industria sono la fusione e la forgiatura. La fusione è un processo che utilizza il metallo fuso e lo versa in uno stampo, che si indurisce nella forma desiderata. È particolarmente indicata per la produzione di forme complicate, componenti enormi e pezzi cavi come blocchi motore, alloggiamenti di pompe e pezzi ornamentali. Con un minimo di tre tipi di metalli, tra cui l'acciaio, l'alluminio, il rame e il bronzo, la colata consente di modellare i metalli con relativa facilità, il che la rende conveniente in termini di produzione di volumi medio-bassi.

Forgiatura, invece, consiste nel formare il metallo esercitando forze di compressione, a caldo o a freddo, per ottenere la forma desiderata. In questo modo, i grani di metallo si allineano alla forma del componente, ottenendo un'elevata forza, tenacità e resistenza alla fatica. I componenti forgiati, come gli alberi a gomito, gli ingranaggi e i componenti aeronautici, sono più sicuri nelle applicazioni ad alta resistenza e carico. I due processi hanno i loro punti di forza e di debolezza e sono applicabili in ingegneria a seconda dei requisiti.

Che cos'è il casting?

La fusione è una procedura di lavorazione dei metalli. Il metallo, nella fusione, viene riscaldato fino al punto di fusione. Il metallo fuso si presenta sotto forma di liquido. Questo metallo fuso viene aggiunto a uno stampo. Il pezzo finale ha la forma di una cavità nello stampo. Il metallo viene ridotto nello stampo. Una volta raffreddato, il metallo assume la forma di un solido. La forma solida viene poi tolta. Ora il pezzo è pronto.

La fusione è molto antica. Il suo utilizzo risale a migliaia di anni fa. Oggi viene applicata in quasi tutti i settori industriali.

Caratteristiche principali della fusione

• Il metallo viene fuso.
• Il metallo fuso viene colato in uno stampo.
• Il metallo si solidifica allo stato solido.
• Il pezzo assume la forma dello stampo.

Vantaggi della fusione

La capacità di creare forme complicate.

È possibile fondere forme molto complicate e dettagliate. Si possono realizzare disegni difficili o impossibili per gli altri processi. È anche molto facile creare cavità interne.

Sono adatti i componenti grandi e pesanti.

I pezzi di grandi dimensioni si ottengono meglio con la fusione. I componenti di dimensioni molto grandi non sono molto difficili da produrre. Questo lo rende applicabile alle industrie pesanti.

Ampia gamma di materiali

È possibile fondere quasi tutti i metalli. I metalli ferrosi e non ferrosi sono adatti. Ciò offre agli ingegneri numerose opzioni di materiali.

Produzione economicamente vantaggiosa

La fusione può essere meno costosa di altri processi produttivi. Si può utilizzare lo stesso stampo più volte. Questo semplifica e riduce i costi della produzione di massa.

Minima lavorazione, minima lavorazione.

La colata può produrre forme quasi nette. Ciò significa che dopo la produzione saranno necessarie meno lavorazioni. Ciò consente di risparmiare tempo e costi.

Versatile e ampiamente utilizzato

Sono diversi i settori in cui si applica la colata. È flessibile e adattabile. Promuove la produzione su piccola e grande scala.

Contro del casting in produzione:

Porosità e fori di gas

Il gas può essere intrappolato dal metallo fuso durante la solidificazione e questo provoca una porosità che rende il prodotto finale debole.

Finitura superficiale

Le superfici fuse sono generalmente ruvide e potrebbero dover essere lavorate ulteriormente per ottenere una finitura liscia.

Imprecisione dimensionale

Durante la solidificazione, c'è la possibilità di un ritiro e quindi di una variazione delle dimensioni, e non è facile determinare tolleranze precise.

Proprietà meccaniche ridotte.

I difetti interni possono ridurre la forza, la duttilità e la resistenza agli urti dei metalli fusi rispetto a quelli battuti.

Limitazioni di dimensione

Le sezioni spesse o sottili possono essere molto grandi e quindi difficili da fondere senza difetti.

Complessità delle muffe

La produzione di stampi complessi richiede tempo e denaro.

Questioni ecologiche e di sicurezza.

Il metallo fuso è caldo, contiene fumi ed è pericoloso in caso di incidenti.

Spreco di materiale

Il risultato di alcuni processi è un surplus di materiale (come materozze e riser), che deve essere scartato o riciclato.

Esempi di prodotti fusi

Parti di ricambio per autoveicoli

Le automobili sono un importante accessorio dei prodotti fusi. Alcuni dei più comuni sono i blocchi motore, le teste dei cilindri, i tamburi dei freni, le scatole del cambio e gli alberi a gomito.

Macchinari industriali

I componenti fusi comunemente utilizzati nelle macchine industriali sono gli alloggiamenti delle pompe, i corpi delle valvole, gli involucri delle turbine e i basamenti delle macchine.

Articoli per la casa

La fusione viene utilizzata per produrre molti oggetti domestici, come pentole e bollitori, maniglie per porte e anche oggetti decorativi, come lampade e statue.

Materiali da costruzione

Uno dei prodotti fusi in edilizia è costituito da chiusini, tubi e telai metallici.

Arte e scultura

La fusione è una tecnica utilizzata dagli artisti per realizzare statue, busti e disegni decorativi.

Componenti elettrici

I componenti fusi, come gli involucri dei trasformatori, gli involucri degli interruttori e i componenti dei motori, sono spesso utilizzati nelle apparecchiature elettriche.

Articoli vari

Gli altri prodotti fusi sono gioielli, monete e strumenti musicali come le campane.

Che cos'è la forgiatura?

La forgiatura non ha lo stesso significato della fusione. Durante il processo di forgiatura, il metallo non viene fuso. Il metallo rimane solido. Viene riscaldato a una temperatura elevata. Ma rimane in forma solida. Poi viene applicata una forza. Il metallo viene battuto o modellato. Il metallo viene fatto comprimere. Questo avviene per rafforzare il metallo.

Anche la falsificazione è stata millenaria. In passato, spade e utensili venivano realizzati dai fabbri. Oggi la forgiatura viene effettuata con grandi macchine.

Caratteristiche principali della forgiatura

• Il metallo viene riscaldato.
• Rimane solido.
• Il metallo scorre e acquisisce una nuova forma.
• La struttura si rafforza.
• Attualmente, l'applicazione della pressione avviene per mezzo di martelli o presse.

Vantaggi della forgiatura

Alta resistenza

I componenti realizzati con la forgiatura sono più resistenti di quelli fusi o lavorati a macchina perché la struttura dei grani del metallo è in linea con la forma del componente. Ciò migliora le caratteristiche meccaniche, come la resistenza alla trazione e alla fatica.

Resistenza migliorata

I difetti come la porosità e i vuoti sono meno probabili come risultato della forgiatura e quindi il materiale si dimostra più robusto e resistente alle sollecitazioni.

Migliore resistenza alla fatica

I componenti forgiati possono resistere meglio ai carichi ciclici e alla rottura per fatica grazie al flusso costante di grani lungo il pezzo.

Affidabilità e sicurezza

I componenti forgiati hanno meno possibilità di rompersi quando devono affrontare carichi pesanti o ambienti ad alta pressione, e sono quindi adatti ad ambienti ad alto rischio come aerei, automobili e macchinari.

Versatilità

La forgiatura può essere utilizzata su una varietà di leghe e metalli, consentendo di realizzare forme semplici e complesse.

Economico quando si tratta di produzione di grandi volumi

Anche se la disposizione iniziale può rivelarsi costosa, la forgiatura offre un'efficienza dei costi nella produzione di una grande quantità di pezzi, poiché comporta una minore lavorazione e uno spreco di materiali.

Svantaggi della forgiatura

Costo iniziale elevato

La forgiatura è molto costosa in termini di macchinari e stampi necessari, quindi è molto costosa all'inizio.

Limitato in termini di forme e dimensioni

I componenti molto complessi o molto grandi non possono essere forgiati a causa dei limiti delle attrezzature e degli stampi.

Necessaria manodopera qualificata

Spesso richiede l'intervento di operatori qualificati per gestire la temperatura, la pressione e la formatura, con conseguente aumento del costo della manodopera.

Materiale di scarto

Alcuni processi di forgiatura possono creare scarti o materiale indesiderato, soprattutto in caso di rifilatura.

Difetti di superficie

Senza un adeguato controllo del processo, i pezzi forgiati possono sviluppare cricche o difetti sulla superficie, rendendo necessaria un'ulteriore finitura.

Non adatto a tutti i metalli

Alcuni metalli fragili sono difficili da forgiare e non si incrinano o rompono.

Esempi di prodotti forgiati

Componenti per autoveicoli

La forgiatura si applica anche alla produzione di parti resistenti e durevoli delle automobili, ad esempio alberi a gomito, bielle, ingranaggi, assali e mozzi delle ruote.

Componenti aerospaziali

I componenti forgiati ad alta resistenza sono necessari negli aerei, come i carrelli di atterraggio, gli alberi delle turbine e le parti strutturali.

Macchinari industriali

I pezzi usati nei macchinari sono forgiati, come mandrini, alberi, leve e parti di macchine per impieghi gravosi che hanno requisiti di resistenza e tenacità elevati.

Strumenti e hardware

Gli utensili da ferramenta, come martelli, chiavi e pinze, tra gli altri, sono solitamente forgiati per essere durevoli e affidabili.

Materiali da costruzione

Elementi come bulloni, dadi e dispositivi di fissaggio nelle strutture di edifici e ponti sono spesso forgiati.

Articoli vari

Altri prodotti contraffatti sono parti di ferrovie, parti di navi e attrezzature agricole, tra cui vomeri e parti di trattori.

Proprietà meccaniche della colata e della forgiatura

Una tabella con valori numerici relativi di resistenza, peso, ecc. e non solo descrizioni qualitative. La seguente è una delle versioni, che utilizza dati ingegneristici standard:

Proprietà	Colata (circa)	Forgiatura (circa)
Resistenza alla trazione	200-400 MPa	400-700 MPa
Resistenza allo snervamento	100-250 MPa	250-600 MPa
Allungamento (%)	5-15%	15-35%
Resistenza alla fatica	50-150 MPa	200-400 MPa
Densità/Peso	Leggermente più alto a causa della porosità (~7,2 g/cm³ per l'acciaio)	Leggermente inferiore, più efficiente (~7,85 g/cm³ per l'acciaio, più denso ma con meno scarti)
Durezza (Brinell)	100-200 HB	150-300 HB

Note:

A seconda del materiale (acciaio, alluminio, ecc.) e del processo, i valori variano.

La resistenza alla fatica e la duttilità dei pezzi forgiati sono solitamente 2-3 volte superiori a quelle dei pezzi fusi.

Materiali utilizzati

Colata

La fusione può essere eseguita in un'ampia gamma di metalli e leghe. I più utilizzati sono la ghisa, l'acciaio, l'alluminio, il rame, il bronzo, l'ottone e le leghe di magnesio. La fusione è particolarmente applicabile ai metalli ben fluidi che possono facilmente fluire negli stampi per formare forme complicate.

Forgiatura

I metalli che vengono solitamente forgiati sono quelli che hanno una buona duttilità e sono in grado di resistere alla deformazione ad alta pressione. Alcuni dei materiali più comuni sono l'acciaio al carbonio, l'acciaio legato, l'acciaio inossidabile, l'alluminio, il rame, il titanio e le leghe a base di nichel. La forgiatura è ideale nel caso di materiali che richiedono grande resistenza e tenacità una volta finiti.

Dissimilarità strutturale tra colata e forgiatura

La distinzione strutturale fondamentale tra colata e forgiatura è la struttura dei grani del metallo e le sue proprietà meccaniche. Nella colata, il metallo fuso viene versato attraverso uno stampo e lasciato solidificare. Ciò comporta la presenza di una struttura a grani grossolani e non uniformi, che può portare a punti deboli e porosità. Pertanto, i pezzi fusi tendono a essere più deboli e duttili di quelli forgiati e a presentare facilmente difetti, tra cui cavità da ritiro e fori di gas. I metalli fusi hanno i grani orientati in modo casuale; ciò rende il materiale isotropo, ma sono più deboli lungo i percorsi di carico.

La forgiatura, invece, comporta la deformazione meccanica del metallo e fa sì che i grani seguano la forma del pezzo. Questo scorrimento dei grani aumenta la forza, la tenacità e la resistenza alla fatica. I componenti forgiati presentano meno difetti interni, ma occorre prestare molta attenzione per evitare cricche sulla superficie. I componenti forgiati hanno i grani nella loro direzione, che sono più forti nella direzione dei carichi applicati ai pezzi. In generale, la forgiatura consente di ottenere pezzi con migliori qualità meccaniche, mentre la fusione è limitata a forme più complicate, anche se meno resistenti.

La forgiatura, quindi, è strutturalmente più forte. La struttura interna della fusione è più debole.

Differenza di costo

Il prezzo varia a seconda della forma, della quantità e delle esigenze.

La fusione diventa meno costosa quando:

• Il design è complesso.
• Il pezzo è grande.
• Sono necessari molti pezzi.

La forgiatura è più costosa di quanto non sia:

• Il costo delle attrezzature è elevato.
• I materiali devono essere in grado di resistere alla forgiatura.
• È necessario un maggiore lavoro o tempo macchina.

I pezzi forgiati, invece, hanno una lunga durata. Riducono i costi dei guasti. La forgiatura è costosa nel caso dei componenti di sicurezza.

Finitura superficiale e precisione

Colata

L'accuratezza della superficie e delle dimensioni dei pezzi generati dalla fusione è tipicamente bassa. Il ritiro, la porosità, la solidificazione non uniforme e così via sono fattori che contribuiscono all'imperfezione delle superfici. Per questo motivo, i componenti fusi possono richiedere una maggiore lavorazione o finitura per essere portati al livello di precisione e levigatezza richiesto.

Forgiatura

La forgiatura consente di ottenere pezzi con una migliore finitura superficiale e una maggiore precisione dimensionale. Il metallo viene forzato verso il basso; questo fa sì che il flusso dei grani sia conforme alla direzione della linea del componente. I componenti forgiati richiedono una lavorazione minima e sono adatti per l'alta precisione, dove la resistenza e l'accuratezza sono fondamentali.

Difetti e affidabilità

Colata

Il processo di solidificazione aumenta i difetti della colata. Porosità, cavità da ritiro e fori di gas, nonché cricche, sono difetti comuni. I difetti che ne derivano riducono la resistenza meccanica e l'affidabilità del componente e l'uso di parti fuse in applicazioni critiche o ad alta sollecitazione. Inoltre, potrebbero essere necessari ulteriori controlli e lavorazioni per raggiungere un livello di qualità accettabile.

Forgiatura

La forgiatura produce componenti che presentano meno difetti interni, poiché il metallo viene deformato sotto pressione e quindi i vuoti interni vengono sigillati e la struttura dei grani diventa parallela. Le controparti sono per lo più più forti, più affidabili e in grado di sopportare carichi pesanti e sollecitazioni ripetitive. Sebbene possano verificarsi cricche superficiali nel caso in cui il processo non sia gestito in modo adeguato, la forgiatura viene utilizzata nel caso di applicazioni critiche e portanti, in quanto più affidabile.

Dove il casting è migliore

Forme complesse

La fusione è più adatta quando le geometrie dei componenti da produrre sono complicate, il progetto è complesso e l'incavo è difficile o impossibile da forgiare.

Componenti di grandi dimensioni

La fusione è un metodo più economico e conveniente per produrre componenti di grandi dimensioni, come blocchi motore, alloggiamenti di pompe o statue, rispetto alla forgiatura.

Applicazioni a bassa resistenza

La fusione è più appropriata per quei pezzi che non richiedono un livello di resistenza o di tenacità molto elevato, come gli oggetti decorativi, le pentole o alcuni alloggiamenti.

La produzione su piccola scala è economica.

La produzione di bassi volumi è economica, in quanto la realizzazione di uno stampo è semplice e le forme complicate possono essere colate con un minor numero di operazioni.

Dove la forgiatura è migliore

Componenti ad alta resistenza

La forgiatura è adatta anche per i componenti che richiedono elevata resistenza, tenacità e resistenza alla fatica, come gli alberi a gomito, le bielle e gli alberi delle turbine.

Applicazioni portanti di importanza critica

Le parti sottoposte a carichi elevati, sollecitazioni frequenti o urti, come i carrelli di atterraggio degli aerei, gli ingranaggi e gli assali, sono meglio forgiate perché più affidabili.

Migliori proprietà meccaniche

I pezzi forgiati possiedono una struttura a grana omogenea, difetti interni ridotti e una maggiore duttilità, che si presta all'utilizzo di pezzi che richiedono durata e vita utile prolungata.

Lotti di produzione medio-grandi

Gli stampi di forgiatura sono costosi, ma semplici da usare e convenienti quando la produzione è in volumi medio-alti in termini di quantità di pezzi robusti e di precisione, in quanto sono necessarie poche lavorazioni e meno sprechi di materiale.

Conclusione

In sintesi, fusione e forgiatura sono operazioni di produzione cruciali e hanno i loro pro e i loro usi. Le forme complesse, i pezzi di grandi dimensioni e le parti a bassa o media resistenza sono gestite al meglio attraverso la fusione, a differenza delle parti ad alto carico che richiedono elevate sollecitazioni, tenacità e affidabilità, che sono meglio ottenute attraverso la forgiatura. In GC Precision Mould, ci concentriamo sulla fornitura di soluzioni di fusione di alta qualità per ogni tipo di esigenza. Siamo attrezzati per tutti i tipi di progetti di fusione e disponiamo di tutte le strutture necessarie, il che ci rende efficienti e precisi nell'esecuzione di questi lavori di fusione. Scegliendo GC Precision Mould, scegliete un partner che ha a cuore la qualità, la precisione e la soddisfazione del cliente, in modo che i vostri componenti siano prodotti con la massima qualità. Saremo lieti di offrirvi fusioni senza tempo, di alta qualità e realizzate in modo impeccabile, al servizio della vostra attività.

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Qual è la differenza tra forgiatura e fusione?

La forgiatura viene effettuata sul metallo mediante forze di compressione per formare pezzi di maggiore forza, tenacità e resistenza alla fatica, mentre la colata viene effettuata versando il metallo fuso in stampi per formare forme complesse.

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