Il processo di fusione dei metalli spiegato

Che cos’è la fusione dei metalli?

La fusione dei metalli è un processo moderno con radici antiche. Nel processo di fusione dei metalli, le forme di metallo sono formate versando metallo fuso in una cavità dello stampo, dove viene raffreddato e successivamente estratto dallo stampo. La fusione dei metalli è probabilmente il primo e più influente processo industriale della storia. È usata per fare molti degli oggetti metallici usati nella nostra vita quotidiana: parti di automobili, ruote di treni, lampioni, pedali di scuolabus e molto altro. Inoltre, le fonderie di fusione dei metalli si affidano al riciclaggio dei metalli come fonte efficiente di materie prime, riducendo significativamente gli scarti di metallo che potrebbero finire nelle discariche.

La storia della fusione dei metalli

La più antica fusione di metallo conosciuta è quella di una rana di rame, che si crede sia stata prodotta nel 3200 a.C. in Mesopotamia quando il rame era un materiale molto usato. Più tardi, intorno al 2000 a.C., fu scoperto il ferro. Ma fu solo intorno al 700 a.C. che si sviluppò la prima produzione di ghisa in Cina. È interessante notare che anche il processo di stampaggio a sabbia dei metalli fusi fu inventato in Cina nel 645 a.C.

Il processo del crogiolo, una tecnica usata per produrre acciaio fine o da utensili, apparve e scomparve in varie località del mondo dall’inizio del primo millennio d.C. La tecnica è comparsa prima in India e nell’Asia centrale, fino a comparire nell’Europa settentrionale intorno all’800 d.C., dove è stata usata per fare spade vichinghe. La tecnica non riemerse fino al 1750 quando Benjamin Huntsman la reinventò in Inghilterra. Huntsman riscaldò piccoli pezzi di acciaio al carbonio in un crogiolo chiuso, che è un vaso di ceramica con proprietà refrattarie che può sopportare un alto grado di calore. Huntsman ha raggiunto una temperatura abbastanza alta da fondere l’acciaio per la prima volta.

Nel corso degli ultimi millenni, la fusione dei metalli in oggetti utilizzabili si è evoluta per diventare più precisa e automatizzata, ma il processo alla base è rimasto essenzialmente lo stesso. Le innovazioni nell’automazione dei processi di fonderia, come il condizionatore di colata in sabbia VIBRA-DRUM® di General Kinematics, hanno reso la lavorazione di grandi quantità di getti più facile e hanno migliorato la qualità dei getti. La macchina è rivoluzionaria nella sua gestione di alti volumi di stampi e sabbia per applicazioni di fonderia.

Il processo di fusione dei metalli

  1. Realizzazione di modelli – Un modello è una replica dell’esterno della fusione. I modelli sono tipicamente fatti di legno, metallo, plastica o gesso. La modellistica è incredibilmente importante per la produzione di parti industriali, dove sono necessari calcoli precisi per far sì che i pezzi si adattino e lavorino insieme.
  2. Realizzazione di anime – Se una fusione è cava, un pezzo aggiuntivo di sabbia o metallo (chiamato anima) modella la forma interna per renderla cava. Le anime sono tipicamente forti ma pieghevoli in modo da poter essere facilmente rimosse dalla fusione finita.
  3. Stampaggio – Per visualizzare il processo di fusione del metallo fino ad ora, immagina di camminare sulla spiaggia verso l’oceano. Guardate l’impronta che vi lasciate dietro nella sabbia bagnata. Il tuo piede sarebbe il nucleo, e l’impronta lasciata nella sabbia è uno stampo del tuo piede. Lo stampaggio è un processo a più fasi che formerà un calco intorno al modello usando la sabbia per lo stampaggio. Nella fusione, uno stampo è contenuto in un telaio chiamato pallone. La sabbia verde, o sabbia da stampaggio, è impacchettata nel pallone intorno al modello. Questo è noto come colata di sabbia metallica. Una volta che la sabbia è ben compressa, il modello può essere rimosso e il calco rimarrà. In alternativa, può essere creato uno stampo di metallo in due pezzi, non distruttibile, in modo che lo stampo possa essere usato ripetutamente per fondere parti identiche per applicazioni industriali.
  4. Fusione e colata di metallo fuso – Dopo che il metallo è fuso, viene versato nella cavità dello stampo e lasciato solidificare. Una volta solidificato, inizia il processo di shakeout: gli stampi sono sottoposti a vibrazioni per rimuovere la sabbia dalla colata. Nelle applicazioni industriali, attrezzature come i nostri Shakeout a due masse mantengono alta la produzione grazie alle loro prestazioni efficienti e regolari. La sabbia rimossa viene tipicamente raccolta, raffreddata e recuperata per essere usata di nuovo in future fusioni. Il VIBRA-DRUM® Sand Casting Conditioner migliora questo processo di separazione della sabbia dai getti rimuovendo e raffreddando la sabbia e i getti ed evaporando l’umidità, alleviando i danni ai getti che sono comuni durante questo punto del processo. I risultati finali sono una colata pulita e una sabbia pronta per il processo di bonifica.
  5. Pulizia – In questa fase finale, l’oggetto di metallo fuso viene rimosso dallo stampo e poi sbavato. Durante la sbavatura, l’oggetto viene pulito da qualsiasi materiale di stampaggio e vengono rimossi i bordi grezzi.

Fusioni del giorno d’oggi

Oggi, quasi tutti i dispositivi meccanici che usiamo, dalle automobili alle lavatrici, sono prodotti usando parti metalliche che sono state create usando il processo di fusione. La differenza tra i prodotti metallici fusi di oggi e quelli che venivano fabbricati anche 100 anni fa è la precisione e le tolleranze che possono essere raggiunte attraverso il processo di progettazione automatizzata computerizzata e i metodi moderni per produrre le anime e gli stampi dettagliati. La moderna fusione dei metalli rappresenta l’innovazione al lavoro.

Nel corso dei secoli, sono state sviluppate varie combinazioni di materie prime per produrre vari tipi di metallo. Alcuni prodotti fusi sono usati nei motori che richiedono un’alta tolleranza al caldo e al freddo. I tubi in ghisa devono resistere alla corrosione e alle alte pressioni. Altre parti fuse devono essere leggere ma resistenti. In molte applicazioni, le parti sono progettate per consentire una tolleranza precisa tra espansione e contrazione.

Altri processi di fusione includono la colata di gesso, la pressofusione e la fusione per investimento. La fusione in gesso sostituisce semplicemente la sabbia con uno stampo in gesso.

La pressofusione richiede due grandi parti mobili di metallo non ferroso che si bloccano insieme sotto alta pressione. Il metallo fuso è iniettato nello stampo e le parti metalliche sono separate una volta indurite.

Il processo di investment casting inizia con il riempimento di uno stampo con la cera. Una volta che la cera si indurisce, viene rivestita più volte in un materiale ceramico. Questo viene riscaldato fino a quando la cera si scioglie e rimane lo stampo di ceramica. Lo stampo viene riempito di metallo fuso, raffreddato, e poi il materiale ceramico viene rotto.

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