Diversi tipi di modelli nella fusione

1. Introduzione

La fusione è uno dei processi di produzione più antichi e versatili dell’umanità.

Al centro di questo processo si trova il modello di fusione: un modello fisico che definisce la geometria della parte finale.

Un modello ben progettato riduce al minimo gli scarti, riduce i tempi di consegna, riduce la lavorazione e migliora la ripetibilità; uno povero impone riparazioni costose, rilavorazione o addirittura una riprogettazione degli strumenti.

2. Che cos'è un modello di casting e perché è importante

UN modello di fusione è un modello tridimensionale progettato con precisione di un componente desiderato, utilizzato per formare la cavità dello stampo in cui viene versato il metallo fuso.

A differenza di una semplice replica, il modello è deliberatamente modificato per incorporare le indennità per restringimento, lavorazione, e distorsione, così come caratteristiche funzionali come i sistemi di gate, riser, e stampe principali.

Una volta che il metallo si solidifica all'interno dello stampo, presuppone la geometria e le dimensioni definite dal modello, rendendo il modello il fondamento dell'accuratezza dimensionale e della ripetibilità nella fusione.

Perché i modelli sono indispensabili

Nella moderna pratica di fonderia, the pattern is not just a “template” but an engineering control element that determines casting quality, costo, ed efficienza del processo.

Its impact can be quantified across three core dimensions:

• Geometry Control: Patterns ensure parts match design specifications. A poorly designed pattern can lead to dimensional errors, quale causa 35% of casting defects.
• Efficienza dei costi: Pattern material and design account for 10–25% of total casting costs.
  Choosing the right pattern (PER ESEMPIO., wood for low volume vs. metal for high volume) can reduce per-part costs by 40–60%.
• Compatibilità del processo: No single pattern works for all casting methods—investment casting requires wax patterns, while sand casting uses wood or metal. Mismatched patterns lead to 20% higher scrap rates.

Modelli contro. Muore: Una distinzione tecnica

Mentre modelli E muore serve similar geometric replication purposes, their operational roles differ fundamentally:

3. Parametri di progettazione chiave che si applicano a tutti i modelli

Indipendentemente dal materiale, processo, o complessità, ogni modello di fusione deve incorporare una serie di parametri fondamentali di progettazione per garantire la precisione dimensionale, produzione, e fusioni prive di difetti.

Questi principi sono guidati da ASTM A802 – Specifiche standard per modelli di fusione e scatole d'anima e sono regolati in base al metallo di base, processo di fusione, e geometria della parte.

4. Materiali del modello: selezione e compromessi

5. Tipi comuni di modelli nella fusione

I modelli di fusione sono la pietra angolare della creazione dello stampo. Selezionando quello corretto tipo di modello Saluti complessità, volume, costo, e precisione.

I dieci modelli seguenti sono quelli più ampiamente utilizzati nella fusione industriale, con indicazioni su quando e perché sceglierli.

Pezzo unico (Solido) Modello

• Definizione: Un singolo, replica solida della parte finale, che ne rappresenta l'esatta geometria esterna.
  Tipicamente utilizzato per componenti piccoli o semplici, non ha sezioni separabili, e tutte le cavità dello stampo devono essere formate attorno a questo pezzo unico.
  È spesso usato per appartamento, forme prismatiche in cui i sottosquadri o le caratteristiche complesse sono minimi.

  

• Caso d'uso: Piccolo, geometrie semplici o parti prototipo.
• Vantaggi: Basso costo, facile da fabbricare, tempi di consegna rapidi.
• Limitazioni: Non adatto per geometrie complesse o sottosquadri; potrebbe richiedere un tiraggio eccessivo o nuclei aggiuntivi.

Due pezzi (Diviso) Modello

• Definizione: Un modello diviso lungo a unico piano di divisione in due metà, comunemente indicato come piviale (superiore) e trascinare (metter il fondo a).
  Ciò consente di rimuovere il modello dalla sabbia o da altri materiali dello stampo senza danneggiare la cavità.
  La divisione consente sottosquadri moderati e facilita il posizionamento del cancello e del montante.
• Caso d'uso: La maggior parte delle fusioni in sabbia standard con complessità moderata.
• Vantaggi: Supporta i sottosquadri, consente una facile rimozione dello stampo.
• Limitazioni: Richiede un'attenta progettazione e allineamento del piano di divisione (spine di centraggio spesso utilizzate).

Modello multipezzo

• Definizione: Un modello composto da tre o più sezioni da catturare cavità complesse o profonde, o per ospitare più piani di divisione.
  I componenti in genere includono la parte superiore, metter il fondo a, e sezioni intermedie. Questo design consente la produzione di forme complesse che non possono essere realizzate con un modello a pezzo singolo o a due pezzi.

  

• Caso d'uso: Componenti industriali complessi con caratteristiche interne.
• Vantaggi: Consente la trasmissione di funzionalità profonde o multidirezionali senza più core.
• Limitazioni: L'assemblaggio richiede molto tempo; gli errori di allineamento possono aumentare gli scarti.

Modello a piastra di corrispondenza

• Definizione: Modelli (singolo o multiplo) sono montati su una piastra metallica rigida, con i lati del piviale e del trascinatore disposti su facce opposte.
  Questa configurazione è adatta allo stampaggio meccanizzato o ad alti volumi, consentendo la movimentazione automatica delle muffole e la rapida formazione della cavità.
• Caso d'uso: Produzione di volumi medio-alti in linee automatizzate di formatura della sabbia.
• Vantaggi: Alta ripetibilità, stampaggio veloce, adatto alla produzione meccanizzata.
• Limitazioni: Costo iniziale degli utensili più elevato; la piastra deve essere lavorata con precisione.

Gated / Modello a cavità multiple

• Definizione: Combina modelli a più parti in un unico assieme, con materozze integrate, corridori, e cancelli.
  Progettato per riempire più cavità contemporaneamente con metallo fuso. Spesso utilizzato quando sono necessarie parti identiche in grandi volumi.

  

• Caso d'uso: Piccoli getti prodotti in grandi volumi, PER ESEMPIO., componenti automobilistici.
• Vantaggi: Produzione efficiente, riempimento consistente, manodopera ridotta per parte.
• Limitazioni: Progettazione complessa del gate; gli scarti del corridore devono essere riciclati.

Modello scheletro

• Definizione: Un semplificato, versione open-frame del componente finale, delineare le principali caratteristiche geometriche lasciando che ampie porzioni della cavità siano formate da sabbia o materiale da stampaggio.
  Questo design è particolarmente efficace per le grandi dimensioni, forme relativamente semplici in cui il risparmio di materiale e l'efficienza nella rimozione della sabbia sono importanti.
• Caso d'uso: Grande, geometrie semplici come basamenti di macchine o getti strutturali.
• Vantaggi: Risparmia materiale e peso, semplifica la rimozione della sabbia.
• Limitazioni: Non adatto per dettagli fini o piccoli, parti intricate.

Modello di scansione

• Definizione: Un modello che forma una cavità rotazione di un modello di profilo (spazzare) attorno ad un asse centrale, tracciare il contorno desiderato nel materiale dello stampo.
  Ideale per componenti e forme rotazionalmente simmetriche che possono essere generate da un singolo profilo curvo.
• Caso d'uso: Parti rotazionalmente simmetriche come i coni, campane, o grandi pulegge.
• Vantaggi: Formazione rapida di cavità per geometrie assialsimmetriche.
• Limitazioni: Limitato ai profili spazzabili; non adatto per funzionalità 3D complesse.

Modello a pezzi sciolti

• Definizione: Un modello con sezioni staccabili appositamente progettate per formare sottosquadri, proiezioni, o caratteristiche interne.
  I pezzi sciolti vengono rimossi individualmente durante la formazione dello stampo per evitare danni allo stampo e garantire un'accurata creazione della cavità.
• Caso d'uso: Parti con boss, buchi, o sporgenze complesse che intrappolano un modello monopezzo.
• Vantaggi: Facilita la rimozione e riduce il rischio di danni da muffa.
• Limitazioni: Richiede manodopera qualificata per il montaggio e l'allineamento preciso.

Far fronte & Lagna (Pallone) Modello

• Definizione: Un modello modulare progettato per l'uso in stampi in sabbia a base di matracci, separando la parte superiore (far fronte) e fondo (lagna) per facilitare il riempimento dello stampo, compattazione, e colata di metalli. Comune per getti grandi o pesanti.
• Caso d'uso: Grandi colate in sabbia come blocchi motore o alloggiamenti di pompe.
• Vantaggi: Modulare; supporta stampi pesanti e pezzi di grandi dimensioni.
• Limitazioni: La movimentazione e l'allineamento di palloni pesanti possono essere impegnativi.

Modello a conchiglia

• Definizione: Usato in processi di shell moulding, spesso metallico o riscaldato, produrre sottile, rigido, conchiglie di sabbia legate con resina attorno al modello.
  Questo tipo di modello lo consente alta precisione, dettaglio intricato, e eccellente finitura superficiale grazie al riscaldamento controllato e alla deposizione uniforme del guscio.

  

• Caso d'uso: Componenti di precisione che richiedono pareti sottili, Eccellente finitura superficiale, o dettagli precisi (PER ESEMPIO., custodie aerospaziali, cambi).
• Vantaggi: Precisione ad alta dimensione (±0,1 mm possibile), finitura superficiale liscia (RA 0,8-3,2 µm), raffreddamento efficiente.
• Limitazioni: Richiede il controllo del processo e un accurato riscaldamento del modello; costo iniziale più elevato rispetto ai modelli in sabbia.

Approfondimenti ingegneristici

• La scelta del modello è dettata da: geometria in parte, volume di produzione, Requisiti di tolleranza, e materiale.
• Costo vs. compromesso di complessità: I modelli semplici a pezzo unico sono i più economici, mentre i modelli multipezzo o match-plate hanno un costo iniziale più elevato ma consentono volumi elevati, produzione precisa.
• Manutenzione del modello: Modelli riutilizzabili (metallo) richiedono un controllo periodico; modelli sacrificabili (legna, cera) deve essere sostituito frequentemente per mantenere le tolleranze.

6. Note specifiche del processo: Modelli per metodi di fusione chiave

Diversi processi di fusione impongono requisiti unici sui modelli. Comprendere queste distinzioni garantisce formazione ottimale della muffa, difetti minimi, e produzione economica.

Le seguenti note descrivono in dettaglio come i modelli vengono adattati per la fusione in sabbia, modanatura a guscio, Casting per investimenti, E morire casting.

Casting di sabbia

• Requisiti del modello: I modelli devono esserlo robusto ma leggero, poiché vengono imballati manualmente o meccanicamente con sabbia.
  Angoli di tiraggio, indennità di restringimento, e le caratteristiche dei cancelli sono fondamentali per compensare la compattazione della sabbia e il ritiro del metallo.
• Tipi di modelli comuni: Pezzo unico, due pezzi, multipezzo, scheletro, e farcela & i modelli di trascinamento sono i più utilizzati.
• Considerazioni:

• • I modelli in legno sono comuni per le parti a basso volume; i modelli in metallo sono preferiti per componenti precisi o di volume elevato.
  • Gli angoli di sformo variano generalmente da 1 a 3° per le superfici verticali.
  • Il posizionamento del nucleo e i pezzi rimovibili sono importanti per i sottosquadri.

• Applicazioni: Blocchi del motore, Alloggiamenti della pompa, componenti strutturali, e macchinari industriali.

Modanatura a guscio Casting

• Requisiti del modello: I modelli devono resistere al calore formazione di gusci di sabbia ricoperti di resina. I modelli metallici o riscaldati vengono spesso utilizzati per garantire spessore e dettagli uniformi del guscio.
• Tipi di modelli comuni: Modelli di conchiglie, modelli di piastre di corrispondenza, e i modelli con gate/multi-cavità sono ideali.
• Considerazioni:

• • I gusci sottili consentono tolleranze precise (± 0,1 mm) e finiture superficiali lisce (RA 0,8-3,2 µm).
  • Gli angoli di sformo possono essere più piccoli (0.5–1°) grazie alla flessibilità della resina.
  • I modelli sono spesso rivestiti per evitare che si attacchino e facilitare il rilascio.

• Applicazioni: Componenti aerospaziali, parti automobilistiche di precisione, e getti industriali complessi di piccole e medie dimensioni.

Colata di investimento

• Requisiti del modello: I modelli sono in genere repliche in cera della parte finale. I modelli in cera devono essere dimensionalmente accurati e in grado di resistere a molteplici cicli di rivestimento e combustione.
• Tipi di modelli comuni: Pezzo unico, con cancello/multi-cavità, e i modelli a pezzi sciolti sono più frequentemente utilizzati.
• Considerazioni:

• • Sono ottenibili un'elevata precisione dimensionale e dettagli complessi (± 0,05-0,2 mm).
  • I modelli devono tenere conto del restringimento sia del guscio metallico che di quello ceramico.
  • I modelli in cera possono essere assemblati in alberi per fondere più parti contemporaneamente.

• Applicazioni: Lame di turbina, dispositivi medici, gioielli, e componenti aerospaziali di alta precisione.

Pressofusione

• Requisiti del modello: Usi pressofusione stampi metallici permanenti, modelli non sacrificabili, ma le matrici svolgono la funzione di modello di definire la geometria della parte.
  La progettazione dello stampo deve considerare l'espulsione del pezzo, canali di raffreddamento, e sistemi di gate.
• Tipi di modelli comuni: I concetti di piastra di abbinamento o con accesso/cavità multipla sono adattati agli utensili per stampi.
• Considerazioni:

• • L’alto costo iniziale è compensato dalla rapidità, produzione ad alto volume.
  • Le tolleranze sono strette (± 0,1 mm), con una finitura minima richiesta.
  • Le geometrie complesse possono richiedere nuclei o inserti di scorrimento.

• Applicazioni: Componenti automobilistici, Alloggi elettrici, Elettronica di consumo, e piccole parti industriali di precisione.

7. Conclusione

Scegliere il giusto tipo di modello e materiale è un compromesso tra costi e qualità che deve essere risolto in fase di progettazione.

Utilizzo modelli semplici per prototipi e bassi volumi, sistemi a piastre o con cancelli per volumi medi, E modelli di utensili in acciaio per corse molto elevate.

Combina i fondamenti del modello solido (bozza, restringimento, sovrametallo di lavorazione) con strumenti moderni (CAD, simulazione, 3D Printing) per ridurre le iterazioni e accelerare la produzione.

Un approccio sistematico alla selezione del modello riduce gli scarti, riduce i tempi di consegna, e garantisce una qualità prevedibile delle parti.

 

FAQ

Quanto è grande l'angolo di sformo che dovrei usare??

Utilizzo 1°–3° per la maggior parte delle superfici lucide. Aumentare a 2°–5° per sabbie strutturate o più grossolane, e fino a 7° per texture pesanti.

Quale margine di ritiro utilizzo per l'acciaio inossidabile??

L'indennità lineare tipica è 1.9%–2,5%; confermare con la fonderia e regolare dopo le fusioni di prova.

Quando è giustificato un modello di piastra di corrispondenza?

UN: Quando sono necessarie automazione ed elevata ripetibilità, di solito da centinaia a decine di migliaia di pezzi all'anno. Il pareggio dipende dal costo degli utensili rispetto al. volume previsto.

Qual è la durata tipica di un modello in metallo?

I modelli in alluminio durano 10.000-100.000 cicli (volume medio), mentre i modelli in acciaio resistono a 100.000–1.000.000 di cicli (volume elevato, PER ESEMPIO., produzione automobilistica di massa).

I modelli stampati in 3D possono sostituire i tradizionali modelli in metallo??

Per volumi medio-bassi (<10,000 parti), sì, i modelli stampati in 3D riducono i tempi di consegna del 70–90%.

Per volumi elevati (>100k parti), i modelli in metallo rimangono superiori grazie alla loro durata e al costo per pezzo inferiore.