Cos'è lo stampaggio a conchiglia: processo, materiali e applicazioni

La fusione in sabbia è un antico processo di fusione. Il metallo fuso viene colato in uno stampo, dove si raffredda e prende forma. Tuttavia, il prodotto finito non sempre soddisfa immediatamente i requisiti precisi. Pertanto, è spesso necessario levigarlo più volte per ottenere le dimensioni e la finitura superficiale desiderate. La fusione in conchiglia è un metodo di fusione più avanzato che risolve questi problemi.

Lo stampaggio a conchiglia non prevede l'utilizzo di sabbia sciolta. Si utilizza invece un guscio sottile e duro, composto da sabbia e un legante in resina termoindurente. Questo guscio è più preciso nelle dimensioni e presenta una superficie più liscia. Non sono quindi necessarie ulteriori lavorazioni. Questo articolo descrive il processo di stampaggio a conchiglia e il suo funzionamento. Imparerai anche a conoscere i materiali adatti a questo processo e le sue numerose applicazioni.

Cos'è lo stampaggio a conchiglia?

Lo stampaggio a conchiglia, noto anche come processo Croning, prende il nome dall'ingegnere tedesco Johannes Croning, che ne fu l'inventore. Croning dedicò la sua vita al miglioramento dei processi e dei macchinari di fusione. Uno dei suoi successi più importanti fu l'invenzione dello stampaggio a conchiglia, che permise di produrre componenti più precisi.

Nello stampaggio a conchiglia, si utilizzano come stampi gusci a pareti sottili realizzati in sabbia e colla di resina termoindurente, che possono essere scartati dopo l'uso. A differenza della maggior parte degli stampi in sabbia, questi gusci sono robusti e tenuti insieme dalla resina. Inoltre, migliorano la precisione e la levigatezza superficiale dei pezzi.

Quanto tempo ci vuole per completare una fusione in conchiglia?

La produzione di stampi complessi può richiedere molto tempo. Una volta posizionato lo stampo, la fase più dispendiosa in termini di tempo è il raffreddamento. Il numero di pezzi che è possibile produrre in un'ora dipende dai metodi di automazione utilizzati e dalle dimensioni e dalla complessità dello stampo. È possibile produrre da 5 a 50 pezzi in un'ora.

Quanto costa lo stampaggio a conchiglia?

Nella maggior parte dei casi, lo stampaggio a conchiglia costa tra 0,25 e 0,30 dollari al kg. Poiché la sabbia iniettata con resina è più costosa della normale sabbia da fusione, lo stampaggio a conchiglia è più costoso dello stampaggio in sabbia normale.

Lo stampaggio a conchiglia è più costoso della pressofusione?

Il costo relativo dipende dal volume di produzione. Per piccole produzioni, lo stampaggio in conchiglia è meno costoso della pressofusione. Questo perché la pressofusione richiede stampi costosi, utilizzabili solo per produrre questo tipo di componente. Al contrario, lo stampo per lo stampaggio in conchiglia richiede solo sabbia e resina.

La pressofusione, d'altra parte, diventa più economica all'aumentare del numero di pezzi prodotti. Questo perché l'elevato costo dello stampo viene ripartito su un numero maggiore di pezzi. D'altro canto, la fusione in conchiglia richiede sabbia e resina nuove ogni volta.

Per saperne di più sui costi della pressofusione e sui dati sui prezzi, consulta il costi di pressofusione dei metalli articolo.

Come vengono realizzati gli stampi a conchiglia?

Il processo di fusione in conchiglia è più lungo rispetto a quello in sabbia. Questo perché richiede una maggiore preparazione prima di poter iniziare. Il processo di fusione è il seguente:

Fase 1: Lavorazione del modello in metallo

Se si deve fondere qualcosa, è necessario un modello in metallo che tenga conto del ritiro e delle tolleranze di lavorazione. Di solito viene lavorato meccanicamente ed è disponibile in due metà. Gli stampi sono solitamente realizzati in ferro e acciaio. Anche la grafite è un'opzione per i metalli reattivi.

Fase 2: Realizzazione dello stampo

Il primo passaggio consiste nel riscaldare lo stampo metallico a una temperatura di 230-340 °C (450-650 °F). Questo è il passaggio più importante del processo. Successivamente, viene utilizzato lo stearato di calcio per impedire che il guscio di sabbia si attacchi allo stampo.

L'intero modello viene sospeso in una scatola di ribaltamento riempita con sabbia silicea fine e resina fenolica termoindurente. La scatola di ribaltamento viene quindi capovolta in modo che la miscela di sabbia e resina ricopra il modello caldo. Il calore del modello metallico provoca l'indurimento della miscela, formando un guscio duro di circa 9-20 mm di spessore.

Dopo un po', capovolgono il modello e la scatola in modo che la sabbia non ancora indurita fuoriesca. A questo punto, solo il guscio indurito rimane attaccato al modello. Infine, il guscio viene messo in forno per l'essiccazione e la polimerizzazione. Poiché abbiamo bisogno di un guscio composto da due parti, l'altra metà dello stampo viene realizzata con la stessa procedura.

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Fase 3: Assemblaggio degli stampi

Una volta realizzati entrambi gli stampi con la stessa procedura, puoi assemblarli. Puoi unirli con morsetti o incollandoli.

Fase 4: Processo di colata

Il tecnico può posizionare il guscio in un apposito contenitore o ricoprirlo con sabbia, ghiaia o graniglia metallica. Questo aggiunge supporto al guscio e lo rende più resistente. Il metallo fuso viene quindi colato nello stampo. Questa operazione può essere eseguita a mano o a macchina.

Fase 5: Raffreddamento e rimozione del calco

Dopo un po' di tempo, il metallo si raffredda da solo. Una volta indurito, l'operaio può romperlo o aprire lo stampo per estrarre il getto. Il getto viene quindi pulito o rifinito a seconda del suo aspetto.

Materiali che possono essere utilizzati per la fusione a conchiglia

Utilizziamo una vasta gamma di materiali nello stampaggio in conchiglia per soddisfare diverse esigenze industriali. Il processo supporta sia metalli ferrosi che non ferrosi, rendendolo un metodo di fusione versatile.

metalli ferrosi

I metalli ferrosi sono comunemente utilizzati nello stampaggio a conchiglia per la loro resistenza e durevolezza. Tra questi rientrano vari tipi di leghe di acciaio.

• acciaio al carbonio: L'acciaio al carbonio, una lega di ferro con meno di 10,5% di elementi di lega, è ampiamente utilizzato. Gradi come C20, C25, C30 e C45 sono apprezzati per la loro lavorabilità e resistenza all'usura.
• Acciaio inossidabile: L'acciaio inossidabile, contenente almeno 10.5% di cromo, offre resistenza alla corrosione. Tra le varietà disponibili ci sono l'acciaio inossidabile ferritico, martensitico, austenitico, temprato per precipitazione e duplex.
• Acciaio legato: Gradi di acciaio legato come 20Mn, 45Mn e altri vengono utilizzati per le loro proprietà uniche. Sono adatti per applicazioni che richiedono elevata resistenza e tenacità.

Metalli non ferrosi

Anche i metalli non ferrosi sono compatibili con lo stampaggio a conchiglia, offrendo vantaggi quali leggerezza e resistenza alla corrosione.

• Leghe di alluminio: Le leghe di alluminio come ASTM A356, ASTM A413 e ASTM 360 vengono utilizzate quando il peso è un fattore determinante. Offrono un buon equilibrio tra resistenza e peso.
• Rame e leghe di rame: Il rame e le sue leghe sono apprezzati per la loro conduttività, lavorabilità e resistenza alla corrosione. Tutte le leghe a base di rame, ad eccezione dell'ottone, sono adatte allo stampaggio in conchiglia.

Altri metalli compatibili

Altri metalli possono essere utilizzati a seconda dei requisiti specifici della fusione. La scelta del metallo dipende da fattori come la robustezza, la resistenza alla corrosione e il peso.

La varietà di materiali disponibili per lo stampaggio a conchiglia lo rende il metodo preferito per la produzione di parti complesse ad alta precisione.

• I gradi di acciaio al carbonio (C20, C25, C30, C45) vengono utilizzati per la loro lavorabilità e resistenza all'usura.
• Le varietà di acciaio inossidabile offrono resistenza alla corrosione e vengono utilizzate in ambienti difficili.
• I gradi di acciaio legato garantiscono elevata resistenza e tenacità.
• Le leghe di alluminio vengono scelte per le loro proprietà di leggerezza.
• Il rame e le leghe di rame sono apprezzati per la loro conduttività e resistenza alla corrosione.

Vantaggi dello stampaggio a conchiglia

Lo stampaggio a conchiglia è apprezzato perché consente di lavorare una varietà di materiali. Inoltre, può migliorare la precisione e la finitura superficiale dei pezzi lavorati.

Ecco alcuni vantaggi del processo di fusione in conchiglia:

• Dimensioni più precise: I prodotti ottenuti tramite fusione in conchiglia presentano dimensioni estremamente precise. Questo perché la conchiglia solidificata viene riscaldata e pressurizzata per mantenerne la forma. I pezzi realizzati con questo processo possono presentare tolleranze di soli ±0,25 mm tra loro.
• Migliore finitura superficiale: A differenza della fusione in sabbia, il metallo liquido entra in contatto con un guscio asciutto e chiuso, con una superficie liscia e priva di pori. La finitura superficiale del pezzo fuso è quindi migliore e presenta meno difetti, idealmente fino a 2,5 micron.
• Tempi di consegna brevi: Gli stampi a conchiglia possono essere riutilizzati più volte con gli stessi risultati. Questo non solo riduce i tempi di attesa, ma rende anche più economica la produzione di quantità maggiori dello stesso prodotto.
• Difetti di gas ridotti: Viene utilizzato più legante rispetto ad altri metodi. Ciononostante, le cavità a parete sottile forniscono un canale naturale per il passaggio dell'aria. I granelli di sabbia più grossolani nello stampo facilitano il passaggio dell'aria, con conseguente migliore fusione.
• Automazione: Il processo di fusione in conchiglia è facilmente automatizzabile ed è adatto alla produzione simultanea di grandi quantità di prodotti. Esistono macchine che svolgono tutte le operazioni essenziali, ad esempio il riscaldamento degli stampi metallici, la realizzazione degli stampi in conchiglia e il loro assemblaggio.
• Supporta un'ampia gamma di materiali: Lo stampaggio a conchiglia può essere utilizzato per produrre metalli ferrosi e non ferrosi. Ciò significa che può essere utilizzato per molti materiali diversi.

Svantaggi dello stampaggio a conchiglia

Ogni cosa ha i suoi vantaggi e svantaggi. Ecco gli svantaggi dello stampaggio a conchiglia:

• Gestione del peso limitata: A causa dello spessore molto sottile delle pareti degli stampi a conchiglia, questi possono contenere solo pezzi di medie dimensioni e pesanti. Il processo può gestire pezzi di peso compreso tra 30 grammi e 10 chilogrammi (25 libbre).
• Resina costosa:La resina fenolica termoindurente utilizzata per la fusione in stampi a conchiglia è più costosa del legante utilizzato per la fusione in sabbia convenzionale.
• Costi elevati delle attrezzature: Il processo richiede diverse unità di riscaldamento e polimerizzazione, il che lo rende più costoso. Se si utilizza una versione automatizzata, i costi di investimento sono ancora più elevati.

Applicazioni dello stampaggio a conchiglia

La tecnologia di stampaggio a conchiglia semplifica la riproduzione di componenti metallici precisi in tempi rapidi. Per questo motivo, il processo di fusione è ampiamente utilizzato in molti settori, come quello medico, aerospaziale e automobilistico.

L'aggiunta di resina rende la superficie del pezzo più liscia, eliminando la necessità di lunghe lavorazioni successive. Questo riduce i tempi e la manodopera, riducendo così i costi di produzione complessivi. Ecco perché lo stampaggio in conchiglia è il metodo migliore per produrre componenti metallici di piccole e medie dimensioni.

Utilizzi specifici dello stampaggio a conchiglia in diversi settori:

• Automobilistico: Blocchi motore, testate, alberi a camme, alberi motore, scatole del cambio
• Aerospaziale: Pale di turbine, riduttori
• Macchinari industriali: Ingranaggi, valvole, corpi pompa, bracci di leva
• Apparecchiature elettriche: Alloggiamenti e componenti dell'impianto elettrico
• Petrolio e gas: Corpi valvola, parti di precisione personalizzate

Stampaggio a conchiglia e altri processi di fusione

Stampaggio è un termine più ampio e lo stampaggio a conchiglia è uno dei metodi di stampaggio. Questo metodo prevede la modellazione di materiale fuso e solidificato in uno stampo. Esistono altri metodi molto simili, come la fusione in sabbia, la pressofusione e la microfusione.

La differenza tra stampaggio a conchiglia e fusione in sabbia

Esistono due metodi per produrre oggetti utilizzando stampi in sabbia: la fusione in sabbia e la fusione in conchiglia. I processi utilizzati per creare gli stampi differiscono tra i due metodi. Nella fusione in sabbia, la sabbia stessa riempita forma lo stampo. Nella fusione in conchiglia, lo stampo è un guscio sottile fatto di sabbia e resina.

Poiché lo stampo in sabbia è sciolto, è più soggetto a difetti superficiali ed errori dimensionali. Lo stampo a conchiglia, invece, è sottile e rigido, e i prodotti realizzati con esso hanno un aspetto esteticamente più gradevole. È anche più preciso.

La differenza tra stampaggio a conchiglia e fusione a cera persa

Nella fusione, la microfusione non è la stessa cosa dello stampaggio a conchiglia. Ogni volta che si esegue la microfusione, si utilizza un modello in cera. Il modello in cera viene assemblato in una struttura ad albero (colate in cera), ricoperto con impasto ceramico e quindi fuso per formare la cavità dello stampo.

Ciò significa che il design e lo stampo sono realizzati con materiali diversi. La maggior parte degli stampi a conchiglia è in metallo. Nella microfusione, si utilizzano stampi in cera. La microfusione utilizza ceramiche refrattarie, mentre lo stampaggio a conchiglia utilizza stampi in sabbia.

Uno dei vantaggi dello stampaggio in conchiglia è l'ottima finitura superficiale. Tuttavia, la finitura dei prodotti ottenuti tramite microfusione è ancora migliore, fino a 1,3 micron. Yonglihao Machinery può offrirvi qualità servizi di fusione a cera persa.

La differenza tra stampaggio a conchiglia e pressofusione

Stampaggio a conchiglia e pressofusione Sono entrambi processi di fusione di metallo. La principale differenza tra loro risiede nella produzione e nell'utilizzo dello stampo. La pressofusione utilizza uno stampo metallico permanente per pressare il metallo fuso nella cavità dello stampo ad alta pressione. Lo stampaggio a conchiglia, invece, utilizza uno stampo a conchiglia fatto di sabbia e resina, che può essere utilizzato una sola volta.

Lo stampaggio a conchiglia non richiede le elevate pressioni della pressofusione. Utilizza invece la resistenza della resina per legare la conchiglia e ottenere risultati precisi. Inoltre, la pressofusione è adatta solo per componenti semplici realizzati in metalli facilmente fusibili.

La differenza tra stampaggio a conchiglia e stampaggio a iniezione

Un'altra tecnica di stampaggio precisa è lo stampaggio a iniezione. Tuttavia, viene utilizzata principalmente per produrre duplicati di oggetti in plastica. In questo metodo, la plastica fusa viene pressata ad alta pressione in uno stampo metallico. La plastica viene quindi lasciata raffreddare e indurire fino a raggiungere la sua forma finale.

La principale differenza tra lo stampaggio a conchiglia e lo stampaggio a iniezione risiede quindi nel tipo di materiale utilizzato e nel metodo di produzione. Nello stampaggio a conchiglia, il metallo fuso viene colato in stampi di sabbia a perdere. Lo stampaggio a iniezione, invece, prevede la pressatura della plastica in stampi solidi permanenti.

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