Colata di schiuma persa

 1.1 Panoramica

Nel 1958, HF Shroyer ha inventato la tecnologia per realizzare fusioni metalliche con modelli in plastica espansa espansa e ha ottenuto un brevetto. Il modello utilizzato inizialmente era realizzato in cartone di polistirene (EPS) e modellato con un legante contenente sabbia. Le aziende tedesche Grunzweig e Harrtmann hanno acquistato questo brevetto, lo hanno sviluppato e applicato. La tecnologia di utilizzo di sabbia secca senza leganti per produrre getti è stata successivamente brevettata da TRSmith nel 1964. Prima del 1980, l'uso del processo con sabbia secca senza legante doveva essere approvato da Full Mold Process (Inc). Dopo di che, il brevetto non era valido.

Il metodo più comune e pratico consiste nel mettere il modello rivestito con materiale refrattario nella scatola della sabbia, riempire ermeticamente il modello con sabbia asciutta e versare metallo liquido per sostituire il modello in schiuma. Questo processo di colata è chiamato: colata in schiuma persa (EPC), colata in stampo di gassificazione e colata in stampo solido, ecc. Il Comitato per la colata in schiuma persa dell'American Foundry Association ha adottato "fusione in schiuma persa" come nome del processo.

La fusione a schiuma persa è un processo di colata innovativo che può essere utilizzato per produrre parti di sistemi di alimentazione in metallo non ferroso e ferroso, tra cui: blocchi cilindri, testate cilindri, alberi motore, scatole del cambio, tubi di aspirazione, tubi di scarico e mozzi dei freni. Il flusso del processo di colata a schiuma persa è il seguente:

1) Pre-schiuma
La produzione del modello è il primo passo del processo di fusione a schiuma persa. Per getti complessi come le teste dei cilindri, è necessario realizzare separatamente diversi modelli in schiuma e quindi incollarli in un modello generale. Ogni modello di blocco richiede un set di stampi per la produzione. Inoltre, nell'operazione di incollaggio può essere necessaria una serie di stampi per mantenere il posizionamento accurato di ciascun blocco. Il processo di stampaggio del modello è suddiviso in due fasi. Il primo passo è quello di Le perle di polistirolo vengono pre-espanse ad una densità appropriata, che viene generalmente effettuata mediante riscaldamento rapido con vapore. Questa fase è chiamata pre-espansione.

2) Formatura del modello
Le perle preespanse devono essere prima stabilizzate, quindi inviate alla tramoggia della formatrice e alimentate attraverso il foro di alimentazione. Dopo che la cavità dello stampo è stata riempita con le perline preespanse, viene introdotto del vapore per ammorbidire le perline. Espansione, riempiendo tutti gli spazi vuoti e incollando in un unico corpo, completando così il processo di fabbricazione del modello in schiuma, questa fase è chiamata stampaggio in autoclave.

Dopo lo stampaggio, lo stampo viene raffreddato da un grande flusso d'acqua nella cavità raffreddata ad acqua dello stampo, quindi lo stampo viene aperto per estrarre lo stampo. In questo momento, la temperatura dello stampo è aumentata e la resistenza è bassa. Pertanto, è necessario prestare attenzione durante lo smontaggio e lo stoccaggio per evitare deformazioni e danni.

3) Combinazione di gruppi di modelli
Prima di essere utilizzato, il modello deve essere conservato per un periodo di tempo adeguato per renderlo maturo e stabile. Il periodo di archiviazione tipico del modello è fino a 30 giorni. Per un modello formato da uno stampo dal design unico, deve essere conservato solo per 2 ore. Dopo che il modello è maturato e stabilizzato, può essere diviso in due parti. I modelli a blocchi sono incollati insieme.
L'incollaggio del modello a blocchi viene eseguito su un'incollatrice automatica mediante colla hot melt. I giunti della superficie incollata devono essere sigillati ermeticamente per ridurre la possibilità di difetti di colata.

4) Rivestimento per immersione del cluster del modello
Al fine di produrre più getti per scatola, a volte molti modelli vengono incollati in gruppi e i gruppi di modelli vengono immersi in vernice refrattaria e quindi essiccati in un forno a circolazione d'aria a circa 30-60C (86-140F) per 2-3 Dopo ore, asciugare, mettere il cluster del modello nella scatola della sabbia, riempirlo con sabbia asciutta e vibrare saldamente. Tutte le cavità interne e la sabbia asciutta esterna del cluster del modello devono essere compattate e supportate.

5) Versare
Dopo che il cluster del modello è stato riempito saldamente con sabbia asciutta nella scatola della sabbia, lo stampo può essere versato. Dopo che il metallo fuso è stato versato nello stampo (la temperatura di colata è di circa 760C/1400F per l'alluminio fuso e di circa 1425C/2600F per la ghisa), il modello viene vaporizzato. Il metallo viene sostituito per formare una colata. La Figura 1 è un diagramma schematico della scatola della sabbia e del versamento del processo di schiuma persa.

Nel processo di colata a schiuma persa, la velocità di colata è più critica rispetto alla tradizionale colata cava. Se il processo di colata viene interrotto, lo stampo di sabbia può collassare e causare sprechi. Pertanto, per ridurre la differenza tra ogni colata, è meglio utilizzare una colata automatica.

 Figura 1 Schema schematico della scatola della sabbia e del processo di versamento della schiuma persa
6) Pulizia della sabbia che cade
Dopo il versamento, il getto si solidifica e si raffredda nella scatola della sabbia, quindi cade dalla sabbia. La caduta della sabbia del getto è abbastanza semplice e i getti cadono dalla sabbia asciutta e sciolta quando la sabbiera viene capovolta. Successivamente, i getti vengono automaticamente separati, puliti, ispezionati e trasportati nella cassa di colata.

La sabbia secca può essere riutilizzata dopo il raffreddamento e raramente vengono utilizzati altri processi aggiuntivi. I rottami metallici possono essere rifusi e utilizzati nella produzione.

1.2 Vantaggi del processo di colata a schiuma persa

Il processo di colata a schiuma persa presenta vantaggi in tre aspetti principali: tecnologia, economia e protezione dell'ambiente.

1.2.1 Aspetti tecnici

1) Maggiore libertà di progettazione del modello
È possibile che il nuovo processo esegua lo styling design ed è del tutto possibile aggiungere alcune funzioni aggiuntive al modello fin dalla prima fase. Ad esempio, il preriscaldatore diesel ha una parte funzionale speciale, che può essere prodotta con il processo di fusione a schiuma persa invece del metodo di fusione tradizionale.
 
2) Eliminare il nucleo di sabbia utilizzato nella produzione di getti

3) Molti getti possono essere alimentati senza il riser

4) Migliora la precisione di lancio
Può ottenere una forma e una struttura complesse e può produrre ripetutamente getti di alta precisione con ripetibilità del 100% e la deviazione dello spessore della parete dei getti può essere controllata tra -0.15 ~ + 0.15 mm.

5) Non ci sono flash sulla superficie articolare del modello

6) Ha il vantaggio di ridurre il peso dei getti di circa 1/3

7) Ridurre il sovrametallo di lavorazione
Il sovrametallo di lavorazione può essere ridotto e alcune parti potrebbero anche non essere lavorate. Ciò riduce notevolmente l'investimento in lavorazioni meccaniche e macchine utensili (ad esempio, l'investimento può essere ridotto della metà per diverse situazioni).

8) Rispetto alla colata a cavità tradizionale, l'investimento nello stampo è ridotto.
 
9) Eliminare completamente il tradizionale processo di caduta della sabbia e carotaggio

1.2.2 Aspetti economici

1) Può produrre getti complessi nel suo insieme
Adottando il nuovo design del processo, il modello a blocchi può essere incollato per formare un modello complessivo e fuso in una parte integrale complessa. Rispetto alle parti di assemblaggio multiplo originali (come il preriscaldatore diesel), può beneficiare da 1 a 10 volte.

2) Ridurre il personale di officina
Per stabilire una fabbrica di colata a schiuma persa, il numero di dipendenti è inferiore a quello di una fabbrica di colata tradizionale, quindi questo fattore dovrebbe essere considerato.

3) Processo di fusione flessibile
La flessibilità del processo di colata è molto importante, perché il nuovo processo può produrre contemporaneamente un gran numero di colate simili o differenti nella muffola, e il sistema di colata è quindi molto flessibile. Insomma, possiamo dire che ogni vantaggio è coerente con gli interessi economici, migliorando anche le condizioni di lavoro.

1.2.3 Tutela ambientale

Il polistirene e il PMMA producono monossido di carbonio, anidride carbonica, acqua e altri gas idrocarburici quando vengono bruciati e il loro contenuto è inferiore agli standard consentiti in Europa. La sabbia secca può utilizzare sabbia silicea naturale, che è riciclabile al 100% e non contiene leganti. La vernice utilizzata nel modello è composta da un legante e altri materiali ausiliari aggiunti all'acqua, che non causano inquinamento.

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