Microfusione: processo, vantaggi e applicazioni

La microfusione è uno dei processi di fusione più utilizzati nel settore. I produttori la utilizzano spesso perché offre numerosi vantaggi, tra cui elevata precisione dimensionale, superfici lisce, capacità di gestire design complessi e velocità di produzione.

In questo articolo vi spiegheremo tutto ciò che c'è da sapere sulla microfusione. Descriveremo brevemente la storia della microfusione e spiegheremo il processo in dettaglio, discutendone gli utilizzi, le proprietà dei materiali, i vantaggi e gli svantaggi.

Che cosa è la fusione a cera persa?

La microfusione, nota anche come "fusione a cera persa", prevede l'utilizzo di un materiale simile alla cera per produrre un modello consumabile e la successiva creazione di una copia esatta del modello. Il processo utilizza stampi in ceramica con eccellenti proprietà termiche. Di conseguenza, è possibile produrre parti con una forma quasi netta e una qualità superficiale molto elevata.

I suoi numerosi vantaggi e la sua adattabilità lo rendono un forte concorrente di altri metodi di fusione come fusione in sabbia e pressofusionePer ora, continuiamo a studiare la fusione a cera persa.

Storia di IOinvestimento Casting

Da oltre 5.000 anni, l'uomo utilizza metodi simili per realizzare oggetti. Modelli in pura cera d'api venivano utilizzati per fondere metalli teneri come oro e rame. Gli archeologi hanno rinvenuto gioielli, idoli e opere d'arte di quell'epoca, che sono affascinanti da ammirare.

Con l'accrescersi della conoscenza della lavorazione dei metalli, si iniziarono a sperimentare nuove tecniche di fusione. La tecnica fu ulteriormente sviluppata alla fine del XIX secolo, quando fu utilizzata per realizzare apparecchi ortodontici.

La Seconda Guerra Mondiale rese il processo noto a molti. L'esercito aveva bisogno di un modo per produrre componenti resistenti, precisi e riutilizzabili. Di conseguenza, il processo che oggi è noto come fusione a cera persa iniziò a essere migliorato.

Come funziona la fusione a cera persa?

Nel corso degli anni, i produttori hanno lavorato duramente per perfezionare il processo di fusione a cera persa e ottenere i migliori risultati. In questa sezione, analizzeremo più da vicino le sei fasi.

Creazione del modello master

Un modello in cera è una replica esatta della geometria del prodotto finito. Il "modello master" è lo standard che può essere utilizzato ripetutamente per la fusione. Cera, legno, metallo e gomma siliconica sono i materiali più comuni utilizzati per creare lo stampo del modello master. Il materiale utilizzato dipende dalla durata del modello e dalla complessità del progetto. Inoltre, anche il grado di espansione o contrazione del materiale durante il riscaldamento o il raffreddamento e la qualità della superficie sono fattori da considerare. In ogni ciclo di fusione, l'operatore crea un modello in cera basato sul progetto master.

Oggi, gli ingegneri utilizzano metodi all'avanguardia come la stampa 3D o il processo di microfusione per creare modelli. In passato, processo di pressofusione veniva spesso utilizzata per creare modelli in cera. Oggigiorno, la stampa 3D è una nuova tecnologia che sta rapidamente guadagnando popolarità. Gli ingegneri apprezzano la stampa 3D FDM perché è economica e piuttosto precisa.

Assemblaggio del modello in cera

Il passo successivo consiste nell'assemblare tutti i modelli creati nella fase precedente in uno stampo per fusione a cera persa. Il modello assemblato assomiglia a un albero, da cui il nome "albero".

L'operatore assembla quindi il modello utilizzando una rete di canali di colata/montanti/montanti. Questa rete di canali consente al metallo liquido di fluire facilmente verso tutte le parti dello stampo.

Questo processo di assemblaggio può essere eseguito manualmente o automaticamente. I produttori possono optare per l'assemblaggio manuale quando i volumi di produzione sono bassi o quando ogni fusione ha una forma unica. D'altra parte, se il processo di fusione deve essere ripetuto, è consigliabile acquistare una cella di produzione automatizzata.

Applicazione del materiale refrattario (impregnazione)

Successivamente, l'operatore applica uno strato di materiale refrattario allo stampo per ottenere le proprietà desiderate. Il processo di rivestimento prevede diverse fasi di impregnazione. L'albero viene ruotato lentamente e immerso ripetutamente in una miscela di impasto ceramico e gesso sabbioso. L'argilla aiuta lo stampo a resistere alle alte temperature, mentre il gesso lo rende più resistente.

Man mano che il processo di immersione prosegue, il guscio ceramico che circonda il modello in cera diventa sempre più spesso. Prestate particolare attenzione quando completate il primo strato iniziale (chiamato anche nucleo principale). Questo ha un impatto significativo sulla qualità e sulla forma del pezzo.

Questo processo viene ripetuto fino a quando il guscio non raggiunge lo spessore desiderato. Nella maggior parte dei casi, lo spessore del guscio è compreso tra 9 e 12 mm. Questo dipende dal materiale di fusione, dalle dimensioni e dal peso. Se il pezzo è pesante e il metallo ha un punto di fusione elevato, il guscio dovrebbe essere sufficientemente spesso da resistere alle alte temperature e pressioni.

Deceratura

Nel processo di deceratura, la fusione rimuove la cera dal guscio di argilla. Per riscaldare e fondere la cera, le fabbriche utilizzano solitamente un'autoclave a vapore o un forno a fiamma rapida.

L'operatore abbassa quindi lo stampo in modo che la cera fusa possa fuoriuscire facilmente. Lo stampo viene riscaldato in autoclave per 12 ore a temperature che vanno da 90 °C a 175 °C, e la maggior parte della cera fuoriesce. Lo stampo viene quindi cotto a temperature più elevate (fino a 1000 °C) per diverse ore per rimuovere eventuali residui di cera e acqua.

Questa è una fase molto importante del processo di fusione. Questo perché il guscio dello stampo può sviluppare difetti ad alte temperature. Gli ingegneri generalmente cercano di evitare le crepe. Pertanto, negli impianti di microfusione, lo stampo viene solitamente decerato con metodi che non lo danneggiano.

Inoltre, il trattamento termico del materiale refrattario è un vantaggio collaterale di questo processo. Il guscio diventa più resistente e quindi meno soggetto a reagire con il metallo fuso.

Preriscaldamento e versamento

Da questo punto in poi, il processo di fusione a cera persa inizia sul serio. Lo stampo viene preriscaldato in modo che non reagisca troppo rapidamente al contatto con il metallo liquido caldo.

Il metallo liquido viene colato nello stampo in modo controllato, da un operatore o da una macchina. È importante mantenere una velocità di riempimento costante. Questo previene difetti di fusione causati da turbolenze. Inoltre, se il metallo fuso tende a reagire con l'aria, è necessario assicurarsi che non vi sia aria attorno allo stampo. Una volta completato il riempimento, il metallo si solidifica e si raffredda all'interno dello stampo.

Post-elaborazione

Una volta solidificato il metallo, lo stampo viene rotto con un colpo di martello o un getto d'acqua. Dopo essere stato rimosso dallo stampo, il pezzo viene sottoposto a una serie di fasi di semifinitura.

Un'operazione da svolgere è la chiusura del sistema di colata, poiché non fa parte del prodotto. Superfici ruvide, spigoli vivi e altri difetti possono essere rimossi anche mediante levigatura o sabbiatura. fresatura CNC La foratura e la fresatura sono due processi di lavorazione che possono essere utilizzati anche per la lavorazione di fori e superfici. Inoltre, i pezzi possono essere sottoposti a una serie di trattamenti superficiali per ottenere la finitura superficiale desiderata.

Dopo la post-lavorazione, i componenti vengono sottoposti a un controllo di qualità. Il team di ispezione utilizza metodi come il test con liquidi penetranti per verificare la presenza di difetti come crepe e fori. Vengono inoltre controllati altri fattori qualitativi come resistenza, durezza, geometria e limiti dimensionali.

Diversi tipi di materiali per fusione a cera persa

Uno dei grandi vantaggi della microfusione è la sua compatibilità con un'ampia gamma di materiali, inclusi metalli ferrosi e non ferrosi. Ciò significa che i pezzi finali possono avere proprietà meccaniche diverse.

• Acciaio: L'acciaio dolce, l'acciaio ad alto tenore di carbonio e altri acciai legati speciali sono adatti alla microfusione. I componenti in acciaio realizzati tramite microfusione sono utilizzati in molti settori, come la cantieristica navale, aeronautica e militare.
• Acciaio inossidabile: L'acciaio inossidabile è robusto, resistente alla ruggine e ha una superficie liscia e lucida. Alloggiamenti delle pompe, componenti delle valvole, ingranaggi e boccole sono componenti comuni.
• Alluminio UNlloysQuesti metalli sono leggeri, resistenti e resistenti alla ruggine. I componenti in lega di alluminio vengono principalmente impiegati per la produzione di aeromobili e componenti automobilistici.
• Nichel UNlloys: Le leghe di nichel sono molto resistenti, non arrugginiscono e rimangono stabili alle alte temperature. I getti realizzati con questi metalli vengono utilizzati in ambienti ossidanti ad alta temperatura e possono sopportare elevati livelli di stress.
• Cobalto UNlloys: Queste leghe sono molto resistenti e non si usurano, non arrugginiscono, non reagiscono chimicamente, non si surriscaldano né si raffreddano. Questa lega ad alte prestazioni viene utilizzata, ad esempio, in macchinari pesanti, in medicina e nella lavorazione alimentare.
• Lancio IOron: La ghisa è estremamente durevole e molto resistente. Viene utilizzata per realizzare componenti elettrici, raccordi per tubi, ingranaggi per utensili, ecc.
• Rame UNlloys: Le leghe di rame come il bronzo e l'ottone hanno un aspetto gradevole, una moderata resistenza alla trazione e sono buoni conduttori di calore. Questi metalli vengono quindi utilizzati per componenti idraulici, radiatori, scambiatori di calore e altri componenti.

Come rifinire le parti realizzate con microfusione

Dopo la deceratura, la superficie di una fusione a cera persa risulta leggermente ruvida. Ciò è dovuto ai segni lasciati dal nucleo principale dello stampo in argilla. La rugosità superficiale di queste parti è solitamente di 125 Ra, ma potrebbero esserci delle differenze a seconda del materiale e della qualità dello stampo.

Esistono quindi molti trattamenti superficiali disponibili per ottenere la superficie liscia desiderata. Alcuni processi consentono di ottenere una superficie liscia rimuovendo materiale. Altri metodi prevedono la verniciatura della superficie per lisciarla e nascondere la superficie ruvida sotto uno strato di vernice.

Il tipo di trattamento superficiale viene scelto in base a fattori quali l'aspetto desiderato, le tolleranze dimensionali e le qualità meccaniche. Di seguito sono riportati diversi metodi di trattamento superficiale:

• Anodizzazione
• Lucidatura
• Pittura
• Verniciatura a polvere
• Passivazione

Usi della fusione a cera persa

Il processo di fusione a cera persa può essere utilizzato in molti ambiti. Ecco alcuni campi di applicazione comuni:

• Industria energeticaQuesto processo di produzione è molto utile nel settore energetico. Le pale delle turbine eoliche sono molto grandi e pesanti e devono essere molto resistenti e avere una superficie liscia. Un vantaggio del processo di microfusione è che possiede tutte queste proprietà.
• Costruzione navale: Nel settore della cantieristica navale, i componenti in metallo vengono spesso prodotti mediante microfusione. Leghe speciali vengono utilizzate per realizzare piastre metalliche resistenti. Queste piastre non arrugginiscono e possono essere utilizzate su navi e sottomarini. Questo processo è adatto a questo settore perché è compatibile con molte leghe metalliche.
• Aerospaziale: Perché è in grado di gestire forme complesse e ha un'elevata resistenza. Pertanto, questo processo può essere utilizzato per produrre parti importanti di motori e fusoliere di aerei.
• Industria medica: Questo metodo è utile in campo medico, perché consente di produrre piccole parti con una migliore finitura superficiale. Tra gli usi più comuni rientrano, ad esempio, protesi, impianti e strumenti chirurgici.
• industria automobilistica: La microfusione può produrre componenti ad alte prestazioni per l'industria automobilistica, come componenti del sistema di trasmissione, bilancieri e componenti del gruppo propulsore.

Vantaggi e svantaggi della fusione a cera persa

Come altri processi di fusione, la microfusione presenta vantaggi e svantaggi. Per scegliere il metodo di fusione in modo consapevole, è importante conoscere appieno entrambi. Approfondiamo questi aspetti più avanti.

Vantaggi

IL il processo di fusione a cera persa presenta numerosi vantaggi, ed è per questo che queste parti fuse sono così popolari.

• Compatibilità con geometrie complesse: Può gestire geometrie complesse, come dettagli interni, curve strette, pareti sottili e canali poco profondi. Tutti questi possono essere realizzati in un unico pezzo. Quindi non è necessario assemblare parti prodotte separatamente, cosa che si dovrebbe fare con altri metodi di fusione.
• Finitura superficiale fine: Questo processo di fusione può fornire una finitura superficiale fino a 3 micron. Rispetto alla fusione in sabbia, la microfusione produce risultati ancora migliori. Inoltre, i pezzi microfusi non presentano linee di separazione, il che li rende esteticamente più gradevoli.
• Parti di grandi dimensioniQuesto metodo è adatto a pezzi di diverse dimensioni. Può gestire pezzi di peso compreso tra 100 grammi e una tonnellata. Inoltre, può produrre enormi pale di turbine e minuscoli strumenti medicali.
• Eccellente precisione dimensionale: La microfusione è un processo di fusione che consente di ottenere una forma quasi netta, con tolleranze di finitura estremamente ridotte. I pezzi presentano una sorprendente tolleranza dimensionale di +/- 0,075 mm dopo la finitura.
• Ampia gamma di materiali: Il processo è molto flessibile e può essere utilizzato con un'ampia gamma di materiali. È adatto e preciso con materiali come acciaio, leghe di nichel e leghe di alluminio.

Svantaggi

D'altro canto, il processo di fusione a cera persa presenta anche alcuni svantaggi. Chiunque si occupi di fusione deve esserne consapevole.

• Costi elevati di utensili e attrezzature: Gli stampi iniziali, i master e i macchinari (forni, macchine per il rivestimento ceramico) sono molto costosi. Questo processo non è quindi adatto alla produzione in piccoli lotti. Tuttavia, se il costo non è la vostra preoccupazione principale, potrebbe essere adatto per alcune produzioni in piccoli lotti, ad esempio per la produzione di pale eoliche.
• Un processo altamente tecnicoCome già discusso, il processo prevede numerose fasi. Ogni fase richiede competenze e conoscenze diverse. Qualsiasi fase del processo è soggetta a errori. Questo può comportare costi elevati per un'azienda. Se si desidera utilizzare questo processo di casting, trovare le persone giuste e pagarle adeguatamente può essere un problema.
• Richiede tempo: Il processo di fusione può essere molto lento perché prevede numerose fasi. Alcune di queste richiedono molto tempo, come il raffreddamento e la finitura. Pertanto, le aziende che necessitano di componenti in tempi rapidi dovrebbero considerare anche altri metodi di fusione quando cercano servizi di produzione.

Yonglihao Machinery offre servizi di fusione personalizzati

È chiaro che la fusione a cera persa è un processo molto complesso. Deve essere eseguito da personale con grande competenza ed esperienza. Hai bisogno di fondere alcuni componenti? Yonglihao Machinery può offrirti servizi di fusione senza pari. Ad esempio, fusione a cera persa, pressofusione a camera calda, E pressofusione ad alta pressione processi.

Yonglihao Machinery dispone di un proprio stabilimento produttivo. Siamo dotati di attrezzature di fusione all'avanguardia, nonché di un team tecnico qualificato e di ingegneri esperti. Siamo in grado di produrre componenti in modo rapido e di alta qualità, offrendo ai nostri clienti un servizio rapido e attento.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra stampa 3D e microfusione?

Nella fusione a cera persa, il metallo fuso viene colato in uno stampo preformato e lasciato solidificare. La stampa 3D è una tecnica di produzione additiva. Tecnologie di stampa 3D come FDM e SLS costruiscono i pezzi strato per strato.

Diventare esperti nella microfusione richiede molto tempo. Tuttavia, questo processo di fusione può gestire un'ampia gamma di metalli e ottenere finiture superficiali perfette. La stampa 3D è ancora agli inizi e non è all'altezza della fusione quando si tratta di produrre parti metalliche. Rugosità superficiale, porosità e irregolarità sono alcuni dei problemi che i pezzi stampati in 3D presentano rispetto ai pezzi fusi.

La differenza tra fusione a cera persa e fusione in sabbia

La microfusione può produrre componenti con geometrie molto complesse e finiture superficiali estremamente elevate. D'altra parte, la fusione in sabbia è superiore. Questo perché il processo di fusione in sabbia può produrre grandi quantità di componenti, riducendo così i costi. Inoltre, questo processo può produrre anche componenti di grandi dimensioni.

La fusione a cera persa è ecologica?

Sì. Nella fusione a cera persa, cera e metallo vengono regolarmente recuperati e utilizzati in altri processi di fusione, evitando così sprechi di materiale. Sebbene la fusione a cera persa consumi energia e produca fumi nocivi per l'ambiente, questi problemi possono essere minimizzati con un buon controllo dei fumi e uno smaltimento ottimale dei rifiuti.