La fusione è una delle tecniche più antiche ed è utilizzata per la produzione di greggi destinati alla lavorazione per asportazione di truciolo.
In linea generale, nei processi per fusione si prepara una cavità detta forma che copia in negativo la geometria del pezzo che si intende realizzare, la quale viene poi riempita con la lega selezionata per la produzione allo stato fuso del pezzo. Si lascia poi solidificare e si estrae dalla forma il greggio di fusione.
A differenza delle altre tecniche di lavorazione, la fonderia presenta il vantaggio della rapidità di esecuzione e della convenienza economica relativamente alla realizzazione dei pezzi la cui forma renderebbe troppo costosa o difficile la lavorazione con altri metodi.
La fusione opera generalmente nella realizzazione di pezzi la cui costruzione tramite macchine utensili risulta difficile, come ad esempio carburatori, testate di motori, raccordi di tubazioni, caloriferi, rubinetterie, valvolame, componenti di grandi dimensioni.
Le fasi di lavorazione
Le fasi di questo tipo di lavorazione, per ottenere il pezzo fuso, sono:
- allestimento del modello
- formatura
- fusione del metallo e colata nella forma
- estrazione del getto dalla forma
- finitura del getto
L’ impianto di fonderia si articola in vari reparti, che prendono il nome dall’operazione che vi viene svolta:
•reparto modelli, dove viene eseguito un modello dell’oggetto da riprodurre utilizzando il materiale più adatto. L’esecuzione del modello avviene sulla base di un disegno costruttivo che tiene conto di molti fattori, tra i quali il ritiro del materiale fuso in fase di raffreddamento.
•reparto di formatura, dove il modello viene poi utilizzato per realizzare la forma, o stampo, destinata a contenere il getto. L’operazione avviene trasferendo l’impronta del modello su terra o su altra miscela (sabbia o resina termoindurente).
•reparto di fusione, dove ha luogo infine l’operazione di fusione vera e propria, che può avvenire con svariati metodi, i più comuni dei quali sono: la fusione in terra, la fusione in conchiglia, la fusione centrifuga, la pressofusione e la microfusione.
•reparto di finitura e di controllo dei getti.
Metodi di preparazione della forma
I metodi di preparazione della forma si distinguono in due gruppi:
• Transitoria: ogni forma può essere utilizzata per una sola colata (forme perdute)
• Permanente: la forma è progettata e realizzata per un numero elevato di colate
Le tecniche fusorie possono essere applicate praticamente a tutte le leghe di interesse tecnico e consentono di realizzare moltissime geometrie e dimensioni. Nelle tecniche per fusione generalmente ci sono dei soprametalli, ossia materiale in eccesso che viene asportato alle macchine utensili per realizzare il pezzo con le finiture desiderate delle superfici funzionali.
Come disegnare i pezzi prodotti per fusione
Dobbiamo tener conto diversi elementi:
- il fenomeno del ritiro: le leghe comunemente impiegate nella fabbricazione di componenti meccanici subiscono dei ritiri durante il processo di solidificazione. Ne consegue che il getto risulta di dimensioni inferiori a quella della forma. Le dimensioni della forma devono quindi essere opportunamente maggiorate rispetto alle dimensioni finali desiderate per il greggio.
- sovraspessore per successive lavorazioni: per il calcolo della maggiorazione si fa uso di un coefficiente di ritiro lineare medio.
Per compensare la contrazione volumetrica che il getto subisce durante il raffreddamento dopo l’avvenuta solidificazione, si realizza la cavità relativa al getto di dimensioni aumentate di una quantità pari al ritiro previsto con l’impiego di alimentatori o materozze per sovradimensionamento del modello.
La maggiorazione viene prevista sul modello come il getto si contrae nei vari punti, in genere, si utilizza il coefficiente di ritiro lineare medio per maggiorare le dimensioni del modello.
Se un getto non è a sezione uniforme, le parti più grandi si raffredderanno più lentamente e si contrarranno meno velocemente.
La diversa contrazione delle parti determina la distorsione del getto. Una trave a T con le due ali di spessore molto diverso, in fase di raffreddamento si incurverà.
Per evitare che ciò accada si prevede una curvatura del modello in direzione contraria.
- estraibilità del modello dalla forma: quando viene allestita la forma circondando il modello con la sabbia da formatura, occorre aprire la forma ed estrarre il modello, per poi ricomporre la forma e riempirla con il metallo liquido. Il modello deve essere estraibile, occorre predisporre lo sformo o spoglia, ovvero fare le pareti lievemente inclinate. Il valore della spoglia varia in funzione del materiale, delle dimensioni del pezzo e del metodo di formatura. Nel progettare un pezzo bisogna tener presente che le superfici che devono lavorare le macchine utensili siano ridotte al minimo e devono essere realizzati corretti piani di appoggio del pezzo alla tavola porta pezzo della macchina utensile.