Stampaggio a conchiglia: Come funziona e applicazioni
Chi lavora con la fusione dei metalli sa quanto sia importante ottenere pezzi lisci e precisi mantenendo la produzione efficiente. Lo stampaggio in conchiglia è un metodo che consente di ottenere un'elevata precisione e coerenza nella produzione.
In questa guida scoprirete cos'è lo stampaggio a guscio, come funziona, le sue applicazioni e molto altro ancora.
Cos'è lo stampaggio a conchiglia?
Lo stampaggio a conchiglia è un processo di fusione che utilizza un sottile guscio di sabbia indurita per formare lo stampo.
A differenza della tradizionale colata in sabbia, in cui lo stampo è costituito interamente da sabbia impaccata, lo stampaggio in conchiglia utilizza una miscela di sabbia rivestita di resina che crea uno stampo più liscio e preciso. In questo modo si ottengono getti con finiture superficiali migliori e tolleranze più strette.
Il ruolo dello stampaggio in conchiglia nella produzione
Lo stampaggio in conchiglia consente di realizzare parti metalliche più precise e lisce rispetto alla normale colata in sabbia. Questo processo offre una produzione rapida con meno lavoro manuale.
Se avete bisogno di pezzi di alta precisione, come gli alberi a camme, lo stampaggio in conchiglia è la scelta migliore perché la colata in sabbia non è abbastanza precisa.
Pro e contro dello stampaggio a conchiglia
Se si automatizza lo stampaggio delle conchiglie, si può risparmiare sulla manodopera. Altri vantaggi sono:
- Superfici lisce e forme precise che riducono il lavoro di finitura.
- Il legante di resina si consuma durante la colata, quindi la rimozione del pezzo finale è facile.
- Funziona bene per realizzare forme complesse.
- È possibile riutilizzare la miscela di sabbia e resina.
- Gli strumenti utilizzati sono poco costosi e la produzione può essere avviata rapidamente.
- Questo processo può essere utilizzato sia per i metalli ferrosi che per quelli non ferrosi.
Per far funzionare bene il processo di colata, spesso sono necessari sistemi di chiusura speciali, che però costano molto e creano ulteriori scarti. Altri aspetti negativi sono:
- La resina fenolica utilizzata è costosa, anche se ne basta una piccola quantità.
- L'attrezzatura costa molto in anticipo.
- La parte finale può presentare piccole sacche d'aria o restringimenti.
- Anche con una finitura liscia, alcune parti potrebbero richiedere un lavoro supplementare.
- Se non si automatizza il processo, può richiedere molto lavoro manuale.
Come funziona lo stampaggio a conchiglia?
Per prima cosa, si crea lo stampo ricoprendo un modello riscaldato con una miscela di sabbia e resina. Questa si indurisce formando un guscio. Lo stampo è solitamente composto da due metà.
Una volta rimosso il processo, si bloccano insieme le due metà e si versa il metallo fuso all'interno. Dopo che il metallo si è raffreddato e indurito, si rompe lo stampo per estrarre il pezzo finito.
Processo di stampaggio a conchiglia passo per passo
Lo stampaggio delle conchiglie segue sei fasi principali:
1. Creare il modello
Per prima cosa, è necessario creare un modello di metallo che corrisponda alla forma del pezzo finale. Questo modello è solitamente realizzato in acciaio o ferro.
Se si lavora con metalli reattivi, potrebbe essere necessario utilizzare la grafite. Ogni modello rappresenta di solito la metà del pezzo, quindi sono necessari due modelli per formare uno stampo completo.
2. Realizzare lo stampo
È possibile riutilizzare lo stesso modello per creare più stampi. Iniziate rivestendo il modello con un lubrificante, come lo stearato di calcio. Quindi, riscaldarlo a 175-370°C (350-700°F).
Successivamente, posizionare il modello su una scatola riempita con una miscela di sabbia e resina. Capovolgere la scatola in modo che la sabbia e la resina aderiscano al modello riscaldato, formando un guscio. Il calore polimerizza la resina, indurendo il guscio.
3. Assemblare lo stampo
Una volta che la conchiglia si è raffreddata, rimuoverla dal modello. Quindi, unire le due metà dello stampo della conchiglia all'interno di un contenitore chiamato fiasco.
Per mantenere stabile lo stampo, riempire lo spazio tra il guscio e le pareti della beuta con un pallino di metallo. Bloccare saldamente le metà dello stampo per evitare perdite.
4. Versare il metallo fuso
A questo punto, si versa il metallo fuso nello stampo. Questa operazione può essere eseguita manualmente o con una macchina di colata automatica.
5. Lasciare raffreddare il metallo
Il metallo fuso ha bisogno di tempo per raffreddarsi e solidificarsi. Lasciarlo raffreddare naturalmente a temperatura ambiente: l'uso di refrigeranti liquidi o il raffreddamento forzato possono modificare la struttura e le proprietà del metallo.
L'esatto tempo di raffreddamento dipende dal tipo e dalle dimensioni del pezzo metallico.
6. Rimuovere la colata
Una volta che il metallo si è completamente raffreddato, rimuovere la colata dallo stampo. È possibile farlo separando le due metà dello stampo o rompendo lo stampo stesso.
Se il modello è stato adeguatamente lubrificato prima della colata, il materiale dello stampo si staccherà facilmente.
Quali sono i metalli utilizzati nello stampaggio a conchiglia?
Per lo stampaggio di conchiglie si possono utilizzare molti tipi di metalli e di seguito sono elencati alcuni dei più comuni.
Lega di alluminio
Leghe di alluminio come l'ASTM A356, l'ASTM A413 e l'ASTM 360 sono utilizzati quando sono necessari materiali leggeri al posto del pesante acciaio. L'alluminio, inoltre, conduce bene il calore e l'elettricità.
Tuttavia, non è resistente come l'acciaio e la sua produzione crea più gas serra, quindi è meno ecologica.
Acciaio inox
L'acciaio inossidabile contiene almeno il 10,5% di cromo, quindi è altamente resistente alla ruggine e alla corrosione. È disponibile in diversi tipi, tra cui ferritico, martensitico, austenitico, indurito per precipitazione e duplex.
Sebbene l'acciaio inossidabile sia meno resistente, è più fragile e ha una minore resistenza alla trazione rispetto all'acciaio al carbonio.
Rame
Rame è un metallo morbido e leggero, ottimo per la conduttività, la lavorabilità e la resistenza alla corrosione. La maggior parte delle leghe di rame funziona bene nello stampaggio di conchiglie, ad eccezione dell'ottone.
Lo svantaggio è che le leghe di rame possono essere costose e non sono resistenti come l'acciaio.
Acciaio dolce
L'acciaio dolce è un acciaio a basso tenore di carbonio, forte, economico e facile da lavorare. È comunemente usato nello stampaggio di conchiglie perché è duttile, saldabile e resistente agli urti.
Tuttavia, si arrugginisce facilmente se non viene protetto con rivestimenti o trattamenti.
Acciaio legato
Acciaio legato contiene diversi metalli per migliorare la forza, la durata e la resistenza alle temperature. I gradi più comuni utilizzati nello stampaggio a conchiglia sono 20Mn, 45Mn, 40Cr, 42CrMo e 20CrNiMo.
Ogni lega ha proprietà diverse, quindi è possibile sceglierne una in base al costo, alla forza o alla resistenza alla corrosione.
Ghisa
La ghisa era un tempo il metallo più comune per la fusione, grazie alle sue proprietà di resistenza. Anche oggi è ampiamente utilizzata in molti settori industriali.
I tipi di ghisa più diffusi per la formatura delle conchiglie includono la ghisa grigia, la ghisa nodulare, la ghisa bianca, la ghisa malleabile e la ghisa legata.
Stampaggio in conchiglia e altri processi di fusione
Lo stampaggio in conchiglia è solo un tipo di colata. Ecco come lo stampaggio in conchiglia si confronta con altri tipi:
Stampaggio in conchiglia vs. pressofusione
La pressofusione e lo stampaggio in conchiglia producono entrambi parti metalliche, ma i loro stampi sono molto diversi. La pressofusione utilizza uno stampo metallico permanente, chiamato anche matrice, e inietta metallo fuso ad alta pressione.
Lo stampaggio in conchiglia, invece, utilizza uno stampo monouso in sabbia e resina e si affida alla forza dello stampo per la precisione, anziché alla pressione. La pressofusione è un processo molto più rapido, ma funziona solo per i metalli con basso punto di fusione e per i pezzi con forme semplici.
Stampaggio a conchiglia vs stampaggio a iniezione
Lo stampaggio a iniezione è un altro metodo di stampaggio preciso, ma viene utilizzato per le materie plastiche anziché per i metalli. Nello stampaggio a iniezione, la plastica fusa viene forzata ad alta pressione in uno stampo di metallo solido.
Lo stampaggio a conchiglia, invece, versa il metallo fuso in uno stampo temporaneo di sabbia. La differenza principale tra i due processi è il materiale: lo stampaggio a conchiglia è per i metalli, mentre lo stampaggio a iniezione è per le materie plastiche.
Stampaggio a conchiglia vs. colata a iniezione
La microfusione funziona in modo diverso dallo stampaggio in conchiglia. Si parte da un modello in cera, che viene rivestito di ceramica per creare lo stampo. La cera viene poi fusa, lasciando una cavità per il metallo fuso.
Lo stampaggio a conchiglia, invece, non utilizza la cera. Al contrario, forma uno stampo direttamente da un modello di metallo e dalla sabbia. La microfusione produce la finitura superficiale più liscia, a volte fine come 1,3 micron, ma è un processo più complesso e costoso rispetto allo stampaggio in conchiglia.
Applicazioni della colata in conchiglia
Ecco alcune applicazioni comuni dello stampaggio in conchiglia in diversi settori industriali:
Automobile: Utilizzato per produrre blocchi motore, teste di cilindri, alberi a camme, alberi a gomito e alloggiamenti della trasmissione.
Aerospaziale: Comune per le pale delle turbine e gli alloggiamenti degli ingranaggi.
Macchinari industriali: Utilizzato per ingranaggi, valvole, alloggiamenti di pompe e bracci di leva.
Apparecchiature elettriche: Contribuisce alla produzione di alloggiamenti e componenti per impianti elettrici.
Petrolio e gas: Utilizzato per corpi valvola e componenti di precisione personalizzati.
Quanto costa lo stampaggio a conchiglia?
Lo stampaggio a conchiglia costa solitamente tra $0,25 e $0,30 al chilogrammo. È più costosa della normale colata in sabbia perché la sabbia impregnata di resina costa di più della normale sabbia da colata.
Inoltre, per riscaldare e polimerizzare la miscela di resina e sabbia sono necessarie attrezzature aggiuntive, che aumentano il costo complessivo della produzione. Per piccole serie, lo stampaggio in conchiglia è di solito più economico della pressofusione perché utilizza uno stampo più semplice fatto di sabbia e resina.
Tuttavia, lo stampaggio in conchiglia è più costoso della pressofusione quando si produce un gran numero di pezzi, perché lo stampaggio in conchiglia richiede sempre nuova sabbia e resina per ogni lotto.
Qual è la qualità dei prodotti di stampaggio a conchiglia?
Lo stampaggio in conchiglia crea finiture di alta qualità e dimensioni precise rispetto ad altri metodi di fusione. La finitura superficiale liscia dei prodotti stampati in conchiglia riduce difetti come crepe e corrosione.
La durata, la resistenza all'usura e la resistenza al calore dei prodotti stampati in conchiglia dipendono principalmente dal tipo di metallo utilizzato nel processo.
Conclusione
Lo stampaggio in conchiglia è un metodo di fusione affidabile che offre alta precisione, superfici lisce e una produzione efficiente per un'ampia gamma di parti metalliche.
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