Quali sono le fasi principali del processo di colata dell'alluminio?
La colata di alluminio consiste nel versare la lega fusa in uno stampo, in cui il metallo solidifica assumendo la forma del pezzo finito. Il processo comprende diverse fasi: preparazione e fusione della lega, realizzazione dello stampo, colata, estrazione e pulizia del getto, lavorazione e controllo qualità. Di seguito descriviamo ciascuna fase e, per alcune di esse, il modo in cui lavoriamo nella nostra fonderia di Poznań.
1. Preparazione del materiale
Scelta e preparazione della lega
Il primo passo è la scelta della lega di alluminio che soddisfi i requisiti tecnici e meccanici del pezzo. Le leghe di alluminio da fonderia contengono elementi di lega – soprattutto silicio, ma anche magnesio e rame – che migliorano la colabilità e la resistenza. La composizione delle leghe per getti è definita dalla norma PN-EN 1706; coliamo, tra le altre, le leghe EN AC-42000, 46200, 46500, 47100 e 51300. La carica è costituita da lingotti (pani) di lega da fonderia già pronta. Maggiori informazioni sulla scelta del materiale sono disponibili nella pagina leghe di alluminio da fonderia.
Fusione dell'alluminio e affinazione della lega
L'alluminio puro fonde a 660 °C, mentre le leghe da fonderia fondono a temperatura inferiore, poiché il silicio abbassa il punto di fusione (la lega eutettica AlSi12 solidifica a circa 577 °C). Per la colata negli stampi il metallo viene di norma surriscaldato a circa 680–760 °C, mentre nella pressofusione la temperatura è leggermente inferiore. Nella nostra fonderia la carica viene fusa in forni elettrici con controllo digitale della fusione, e il metallo liquido viene affinato – si eliminano idrogeno e ossidi – e modificato, il che migliora la struttura e le proprietà del getto.
2. Realizzazione dello stampo
Progettazione dello stampo
Lo stampo viene progettato sulla base del disegno o del modello 3D del pezzo: si definiscono il piano di divisione, il sistema di colata e le materozze, e alle dimensioni si aggiungono i sovrametalli per la lavorazione e il ritiro di solidificazione. Gli stampi per pressofusione vengono progettati con sistemi CAD/CAM e verificati mediante simulazione del flusso della lega.
Realizzazione dello stampo
Il materiale dello stampo dipende dal metodo di colata. Lo stampo in sabbia viene realizzato con terra da formatura – sabbia con legante – a partire da un modello; dopo la colata lo stampo viene rotto per estrarre il getto. Il modello costa molto meno di una conchiglia, quindi il metodo è adatto a prototipi, piccole serie e getti di grandi dimensioni. Conchiglia si tratta di una forma metallica permanente riutilizzabile, destinata a serie ripetitive, e stampo per pressofusione – stampo in acciaio per utensili per la pressofusione ad alta pressione. Modelli, anime e conchiglie vengono realizzati nel nostro reparto modelleria (per alcuni progetti – con partner di fiducia), mentre gli stampi per pressofusione vengono realizzati nel nostro reparto utensili. Confrontiamo i tipi di stampo nel testo forme per fonderia.
3. Processo di colata
Colata del metallo nello stampo
Il metallo liquido viene versato nello stampo attraverso il sistema di colata – in modo regolare, senza interruzioni e alla temperatura corretta. Una colata troppo turbolenta introduce ossidi nel getto, mentre il metallo troppo freddo non riempie le pareti sottili. Negli stampi in sabbia e nelle conchiglie il metallo viene versato per gravità, di solito con una siviera, mentre nella pressofusione la macchina lo inietta nello stampo ad alta pressione.
Raffreddamento e solidificazione
Dopo la colata il metallo solidifica e si raffredda. Nella conchiglia metallica e nello stampo a pressione il calore viene asportato più rapidamente che nella sabbia, quindi i getti hanno una grana più fine e la superficie liscia dello stampo conferisce una superficie più liscia al getto. La solidificazione viene condotta in modo direzionale, in modo che le materozze alimentino il getto con metallo liquido man mano che si ritira – altrimenti si formano cavità e porosità da ritiro.
4. Estrazione del getto dallo stampo
Estrazione dallo stampo o apertura della conchiglia
La forma in sabbia viene rotta (sformata) quando il getto si è raffreddato a sufficienza, mentre la conchiglia o lo stampo a pressione vengono aperti subito dopo la solidificazione del getto e riutilizzati.
Pulizia del getto
Dal getto si separano il sistema di colata e le materozze, si rimuovono i residui di terra da formatura e le bave. A seconda dei requisiti, la superficie del getto viene sabbiata, rettificata o lucidata.
5. Finitura
Lavorazioni meccaniche
Le superfici funzionali – fori, filettature, piani di appoggio – di solito vengono lavorate già dopo la colata: fresatura, tornitura, foratura e filettatura. I getti li lavoriamo su macchine CNC nello stesso stabilimento, e su richiesta li verniciamo a polvere.
Trattamento termico
Una parte dei getti viene sottoposta a trattamento termico – ad esempio ricottura, che elimina le tensioni e stabilizza le dimensioni, oppure tempra e invecchiamento, che aumentano resistenza e durezza. Il trattamento termico viene eseguito su richiesta del cliente; ne descriviamo i tipi nel testo trattamento termico dei getti.
6. Controllo qualità
Controllo visivo e dimensionale
I getti vengono controllati visivamente per difetti superficiali, come cricche, mancanze di riempimento o porosità, e misurati per confermare che le dimensioni rientrano nelle tolleranze del disegno – spesso definite secondo la norma PN-EN ISO 8062-3.
Controlli non distruttivi
Se necessario, i difetti interni, come pori da gas o cavità da ritiro, vengono rilevati mediante controlli radiografici, mentre le discontinuità affioranti in superficie mediante controlli con liquidi penetranti. Il tipo e la portata dei controlli e i criteri di accettazione vengono concordati con il destinatario nel condizioni tecniche di collaudo dei getti.
Prove di resistenza
Su richiesta del cliente eseguiamo prove di resistenza e analisi della struttura del materiale. Esse confermano che il getto possiede le proprietà meccaniche richieste.
Riepilogo
La colata dell'alluminio comprende la preparazione e la fusione della lega, la realizzazione dello stampo, il riempimento e la solidificazione, l'estrazione e la pulizia del getto, la lavorazione e il controllo qualità – ciascuna di queste fasi incide sulla qualità del pezzo finito. Nella nostra fonderia coliamo leghe di alluminio in conchiglia (da 0,1 a 50 kg), in stampi di sabbia (da 1 a 100 kg) e a pressione (in serie fino a 100.000 pz all'anno), e lavoriamo e verniciamo i getti nello stesso stabilimento.
Vedi anche: i difetti più comuni dei getti in alluminio e le loro cause, leghe di alluminio da fonderia i quanto costa un getto in alluminio.
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Servizi offerti: offerta produttiva della fonderia.