1. Introduzione
I corpi delle pompe sono alloggiamenti strutturali e idraulici che convertono l'energia del motore in movimento del fluido. Comunemente contengono volute, sedi della girante, sporgenze portanti, flange e passaggi interni.
Il percorso di produzione scelto per un corpo pompa definisce la geometria ottenibile, metallurgia, costo e tempi di consegna.
La microfusione si distingue laddove la geometria è complessa (palette guida interne, reti sottili, capi integrati), le tolleranze sono strette, e leghe ad alta integrità (acciai inossidabile, leghe di nichel, Bronzi) sono richiesti.
2. Cos'è un corpo pompa per microfusione?
Definizione e funzionalità principali
UN Casting per investimenti corpo pompa è un corpo pompa prodotto a cera persa (investimento) Metodo di casting.
Una cera (o polimero) viene creato il modello del corpo della pompa, rivestito in ceramica refrattaria per realizzare un guscio, la cera rimossa mediante riscaldamento, e metallo fuso versato nello stampo ceramico.
Il guscio cotto viene staccato dopo la solidificazione per rivelare un corpo della pompa pressofuso che viene successivamente rifinito e ispezionato.
Specifiche e dimensioni tipiche
- Massa parziale: I corpi delle pompe realizzati in microfusione variano solitamente da poche centinaia di grammi a decine di chilogrammi per pezzo; molte fonderie eseguono regolarmente la fusione di corpi di pompa da ~0,5 kg fino a ~50–100 kg a seconda della capacità dell'impianto.
- Spessore del muro: pareti nominali tipiche per leghe inossidabili o di nichel: 3–12 mm; sezioni sottili minime fino a 1–2 mm sono ottenibili in leghe selezionate e controllo del processo.
- Tolleranza dimensionale (as-cast): le tolleranze generali del getto di cera persa comunemente rientrano ± 0,1-0,5 mm per piccole funzionalità; tolleranza basata sulla percentuale di ±0,25–0,5% lineare è una regola pratica.
Agli elementi critici lavorati viene solitamente lasciato un margine di lavorazione (0.2–2,0 mm a seconda della precisione di fusione). - Finitura superficiale (as-cast): tipico Ra 1.6–3,2 μm (50–125 min) per gusci ceramici standard; gusci fini e versamenti attenti possono produrre Ra ≈ 0.8–1,6 µm.
Le facce di tenuta o i perni dei cuscinetti sono lavorati/lappati con Ra molto più fine (≤ 0.2 μm) come richiesto.
3. Considerazioni di progettazione
La microfusione consente geometrie complesse, ma una buona pratica di progettazione massimizza la qualità e minimizza i costi.
Requisiti di prestazione idraulica
- Passaggi di flusso & pergamene: i filetti lisci e la convergenza controllata evitano la separazione e la cavitazione.
I raggi del raccordo interno dovrebbero essere generosi (≥ 1–2× spessore della parete) per ridurre la turbolenza. - Allineamento della sede della girante: concentricità e perpendicolarità sono fondamentali: pianifica i fori lavorati e le caratteristiche di riferimento.
- Autorizzazioni: I giochi della pompa sulle sporgenze della girante e sulle superfici delle tenute devono essere mantenibili mediante lavorazione post-fusione.
Requisiti strutturali
- Stress & fatica: considerare i carichi ciclici; utilizzare l'analisi degli elementi finiti per identificare i fattori che aumentano lo stress locale.
Metallurgia della fusione (dimensione del grano, segregazione) influisce sulla durata a fatica: progettazione per evitare il sottile, capi altamente stressati senza un adeguato raccordo. - Vibrazione: le reti e le nervature rigide aiutano ad aumentare le frequenze naturali; la fusione a cera persa consente di integrare le nervature nel corpo.
Corrosione & Indossare
- Selezione del materiale: scegliere la lega in base alla chimica dei fluidi (ph, cloruri, particolati erosivi, temperatura).
Per l'acqua di mare, potrebbe essere necessario il duplex o il cupronichel; per acidi, Hastelloy o leghe di nichel appropriate. - Resistenza all'erosione: superfici interne lisce e rivestimenti sacrificali (facce, spray termico) sono opzioni in cui è presente un liquame particolato.
Tolleranze dimensionali & finitura superficiale
- Caratteristiche critiche: designare quali facce/fori vengono lavorati con finitura e specificare le tolleranze di lavorazione (PER ESEMPIO., 0.5–1,5 mm per conchiglie più sabbiose, 0.2–0,6 mm per gusci di precisione).
- Superfici di sigillatura: specificare Ra e planarità; spesso lappato/lucidato a Ra ≤ 0.2 μm e planarità all'interno 0.01–0,05 mm a seconda della classe di pressione.
4. Materiali per corpi pompa microfusi
La selezione dei materiali è un fattore critico nella progettazione e produzione di corpi pompa realizzati in fusione a cera persa, poiché influisce direttamente sulle prestazioni meccaniche, Resistenza alla corrosione, produzione, e vita di servizio.
| Categoria materiale | Leghe di esempio | Proprietà chiave | Applicazioni tipiche | Considerazioni sul casting |
| Austenitico Acciaio inossidabile | 304, 316L | Eccellente resistenza alla corrosione, forza moderata, Buona saldabilità; Trazione: 480–620 MPA, Prodotto: 170–300 MPA, Allungamento: 40–60% | Pompe chimiche generali, Trattamento delle acque, cibo & bevanda | Buona fluidità del fuso, basso rischio di hot-cracking, facile post-lavorazione |
| Acciaio inossidabile duplex | 2205, 2507 | Alta resistenza (Resa 450–550 MPa), resistenza superiore alla tensocorrosione da cloruri | Pompe marine e offshore, ambienti chimici aggressivi | Richiede temperatura controllata; trattamento termico post-fusione per evitare la fase sigma |
Leghe di nichel |
Incontro 625, 718; Hastelloy | Eccezionale resistenza alla corrosione, resistenza ad alta temperatura, Resistenza all'ossidazione | Elaborazione chimica, generazione di energia, olio & gas | Punti di fusione elevati (≈1450–1600 °C); sono necessari un attento preriscaldamento dello stampo e un versamento controllato; lavorazione difficile |
| Bronzo e leghe di rame | C93200, C95400 | Eccellente resistenza alla corrosione dell'acqua di mare, Buona resistenza all'usura, antivegetativa; inferiore resistenza meccanica | Pompe marine, raffreddamento dell'acqua di mare, Componenti idraulici | Punti di fusione più bassi (≈1050–1150 °C) semplificare il casting; basso rischio di cracking termico; resistenza meccanica inferiore a quella dell'acciaio inossidabile/nichel |
5. Processo di microfusione per corpi di pompa
Colata di investimento, noto anche come Casting di cera perduto, consente la produzione di corpi pompa con geometrie complesse, pareti sottili, e precisione ad alta dimensione.
Il processo si compone di diversi passaggi critici:
| Fare un passo | Descrizione | Considerazioni chiave |
| 1. Creazione di pattern di cera | La cera fusa viene iniettata in stampi di precisione per formare repliche del corpo della pompa. | Garantire uno spessore uniforme delle pareti; mantenere la precisione dimensionale ±0,1 mm; utilizzare cera di alta qualità per evitare distorsioni. |
| 2. Assemblaggio dell'albero di cera | I singoli modelli in cera sono fissati a un canale di colata in cera centrale per formare un albero per la fusione in batch. | Il design del canale di colata influisce sul flusso del metallo; ridurre al minimo le turbolenze durante il versamento. |
| 3. Edificio a conchiglia in ceramica | L'immersione ripetuta in impasto ceramico e la stuccatura con sabbia refrattaria fine creano un forte, Shell resistente al calore. | Spessore target del guscio (5–10 mm) dipende dalla dimensione del corpo della pompa; evitare crepe e porosità nel guscio. |
| 4. Deceratura e cottura dello stampo | La cera è sciolta (autoclave o forno), lasciando una cavità; il guscio ceramico viene poi cotto per eliminare i residui e rinforzare lo stampo. | L'incremento della temperatura deve essere controllato per prevenire la rottura del guscio; la cera residua deve essere completamente rimossa. |
5. Colata di metallo |
Metallo fuso (acciaio inossidabile, lega di nichel, o bronzo) viene versato nello stampo ceramico preriscaldato in condizioni di gravità o di vuoto. | La temperatura e la velocità di versamento devono garantire il riempimento completo; controllare la turbolenza e prevenire la formazione di ossido. |
| 6. Solidificazione e raffreddamento | Il metallo solidifica all'interno dello stampo; le velocità di raffreddamento influenzano la microstruttura, Proprietà meccaniche, e stress residuo. | Le sezioni spesse possono richiedere un raffreddamento controllato per prevenire la porosità; le pareti sottili devono evitare lacerazioni a caldo. |
| 7. Rimozione del guscio | Il guscio ceramico viene rotto meccanicamente, spesso utilizzando la vibrazione, sabbiatura, o dissoluzione chimica. | Evitare di danneggiare i canali o le flange complessi della pompa. |
| 8. Rifinitura e pulizia | Ceramica residua, sistema di gate, e le imperfezioni superficiali vengono rimosse tramite molatura, Scatto, o pulizia chimica. | Mantenere le tolleranze dimensionali; preparare le superfici per la successiva lavorazione o rivestimento. |
6. Operazioni di post-casting
Dopo che il corpo della pompa è stato rimosso dal guscio in ceramica, vengono eseguite diverse operazioni post-fusione per garantire che il componente soddisfi la funzionalità, dimensionale, e requisiti di qualità della superficie.
Queste operazioni sono fondamentali per le applicazioni ad alte prestazioni nel settore chimico, marino, e settori industriali.
Trattamento termico
Trattamento termico viene applicato per alleviare le tensioni residue, migliorare la duttilità, e ottimizzare le proprietà meccaniche:
- Ricorrezione di sollievo dallo stress: Il riscaldamento a 550–650 °C per gli acciai inossidabili riduce lo stress residuo della fusione e previene la distorsione durante la lavorazione.
- Soluzioni ricottura: Applicato per acciai inossidabili e leghe di nichel per omogeneizzare la microstruttura e dissolvere i precipitati indesiderati, garantendo resistenza alla corrosione e durezza costante.
- Invecchiamento o indurimento dovuto alle precipitazioni (per alcune leghe): Migliora la robustezza e la resistenza all'usura nei materiali ad alte prestazioni.
Lavorazione
Dimensioni critiche come le flange, Bores, superfici di accoppiamento, e le porte filettate sono lavorate per soddisfare tolleranze strette.
Le operazioni di lavorazione tipiche includono la tornitura, fresatura, perforazione, e noioso. La lavorazione garantisce:
- Tolleranze dimensionali di ±0,05–0,1 mm per un assemblaggio preciso.
- Superfici di tenuta lisce per evitare perdite nelle applicazioni ad alta pressione.
Finitura superficiale
Finitura superficiale Migliora la resistenza alla corrosione, resistenza all'usura, ed estetica:
- Lucidatura: Migliora la scorrevolezza per la sigillatura di superfici e canali interni.
- Scatto: Rimuove le particelle ceramiche residue e crea una superficie uniforme per il rivestimento o la verniciatura.
- Rivestimenti: Rivestimenti chimici o elettrolitici opzionali (PER ESEMPIO., nichel, Ptfe) migliorare la resistenza alla corrosione e ridurre l'attrito.
Test non distruttivi (Ndt)
Per rilevare difetti come la porosità, crepe, o inclusioni, Viene eseguito il controllo non distruttivo:
- Radiografia (Radiografia): Identifica vuoti interni e inclusioni.
- Test ad ultrasuoni (Ut): Rileva difetti del sottosuolo in sezioni spesse.
- Test del penetrante colorante (Pt): Rivela crepe e porosità superficiali.
Pulizia e ispezione
Finalmente, i corpi delle pompe vengono puliti per rimuovere gli oli residui di lavorazione, Detriti, o sali. Ispezioni dimensionali e visive verificano la conformità alle specifiche prima dell'assemblaggio o della spedizione.
7. Garanzia di qualità e test
Garanzia di qualità (QA) è fondamentale per garantire che i corpi delle pompe per microfusione soddisfino le specifiche di progettazione, standard di prestazione, e requisiti del settore.
Un approccio sistematico alla QA combina controlli dimensionali, Test meccanici, e valutazione non distruttiva per rilevare difetti e confermare l'integrità funzionale.
Ispezione dimensionale
La verifica dimensionale garantisce che il corpo pompa sia conforme ai disegni e alle tolleranze di progetto:
- Coordinare le macchine di misurazione (CMM): Misurare geometrie complesse, Bores, Flange, e superfici di montaggio con una precisione di ±0,01–0,05 mm.
- Strumenti del calibro: Calibri per filettatura, calibri a tampone, e i misuratori di altezza verificano rapidamente le caratteristiche critiche durante la produzione.
- Misurazione della rugosità superficiale: Conferma i requisiti di finitura per le superfici di tenuta e i canali interni (PER ESEMPIO., Ra ≤0,8 μm per componenti idraulici).
Verifica delle proprietà meccaniche
I test meccanici convalidano che il materiale soddisfa la resistenza richiesta, duttilità, e durezza:
- Testi di trazione: Misura la resistenza allo snervamento, resistenza alla trazione finale, e allungamento, garantire che il materiale possa sopportare carichi operativi.
- Test di durezza: I test Rockwell o Vickers confermano che il trattamento termico e la lavorazione del materiale hanno raggiunto la durezza desiderata.
- Test di impatto (se necessario): Valuta la tenacità per applicazioni esposte a carichi fluttuanti o urti.
Test non distruttivi (Ndt)
Le tecniche NDT rilevano difetti nascosti senza danneggiare la parte:
- Radiografia (Scansione a raggi X/TC): Identifica la porosità interna, inclusioni, e vuoti, soprattutto nelle sezioni spesse.
- Test ad ultrasuoni (Ut): Rileva crepe interne, vuoti, o delaminazioni in materiali densi come acciaio inossidabile e leghe di nichel.
- Test del penetrante colorante (Pt): Rivela le crepe superficiali, Pinchi, o porosità fine non visibile ad occhio nudo.
- Test di particelle magnetiche (Mt): Applicato per leghe ferromagnetiche per rilevare discontinuità superficiali e vicine alla superficie.
Difetti comuni di lancio e strategie di mitigazione
- Porosità: Ridotto al minimo attraverso un adeguato gating, sfogo, e tassi di solidificazione controllati.
- Cavità di restringimento: Affrontato tramite la progettazione del montante e la gestione termica.
- Freddo si chiude e misrun: Evitabile mantenendo temperature di colata ottimali e flusso regolare in geometrie complesse.
- Inclusioni superficiali: Controllato utilizzando leghe di elevata purezza e adeguate tecniche di degasaggio.
8. Vantaggi della microfusione per corpi pompa
- Geometria complessa: passaggi interni, pareti sottili e borchie integrate con assemblaggio secondario minimo.
- Forma vicina: riduce la rimozione di materiale vs. sgrossatura da barra o billetta — spesso 30–70% di lavorazioni in meno per parti complesse.
- Precisione ad alta dimensione & finitura superficiale: meno finitura secondaria per molte caratteristiche rispetto alla fusione in sabbia.
- Flessibilità della lega: fondere molte leghe di acciaio inossidabile e nichel con buona integrità metallurgica.
- Flessibilità produttiva medio-piccola: gli utensili per i modelli in cera sono relativamente economici rispetto ai modelli in cera. utensili per stampi di grandi dimensioni, consentendo percorsi economici dai prototipi a migliaia di parti.
9. Limitazioni e sfide
- Costo per pezzi molto grandi: al di sopra di determinate dimensioni (Spesso >100 kg) la fusione a cera persa diventa antieconomica rispetto alla fusione in sabbia o alla fabbricazione/saldatura.
- Tempi di consegna: utensili per modelli, la costruzione e l'accensione del guscio aggiungono tempi di consegna: tempistiche del prototipo solitamente misurate in settimane.
- Rischio di porosità nelle sezioni spesse: sporgenze spesse o sezioni trasversali di grandi dimensioni richiedono un'attento accesso, raffreddarli o segmentarli per evitare il restringimento.
- La finitura superficiale e le tolleranze dipendono dal sistema di rivestimento: per ottenere finiture ultrafini o tolleranze as-cast estremamente strette sono necessari sistemi ceramici e controllo del processo di prima qualità.
10. Applicazioni industriali
I corpi delle pompe per microfusione sono utilizzati in un ampio spettro di settori grazie alla loro capacità di geometrie complesse, versatilità materiale, e precisione ad alta dimensione.
Il processo consente agli ingegneri di progettare passaggi idraulici ottimizzati, pareti sottili, e caratteristiche di montaggio integrate che migliorano l'efficienza e la longevità della pompa.
Pompe per il trattamento chimico
- Ambiente: Fluidi corrosivi come gli acidi, caustiche, e solventi.
- Materiali utilizzati: Acciai inossidabile (316L, duplex) e leghe di nichel (Hastelloy, Incontro).
- Razionale: La fusione di investimenti consente intricati canali interni, riducendo al minimo la turbolenza e garantendo un flusso uniforme, fondamentale per l’affidabilità del processo chimico.
Pompe per acqua e acque reflue
- Ambiente: Pompaggio ad alto volume, solidi sospesi abrasivi, e livelli di pH variabili.
- Materiali utilizzati: Bronzo, acciaio inossidabile duplex, e ghise resistenti alla corrosione.
- Razionale: A parete sottile, i passaggi interni lisci riducono gli intasamenti e le perdite di energia, migliorare l’efficienza dei sistemi idrici municipali e industriali.
Pompe marine e offshore
- Ambiente: Esposizione all'acqua salata, funzionamento ad alta pressione, e stress meccanico ciclico.
- Materiali utilizzati: Leghe di rame (ottone navale, bronzo), Acciadi inossidabile duplex.
- Razionale: La resistenza alla corrosione e al biofouling è fondamentale; la fusione a cera persa consente senza soluzione di continuità, geometrie complesse per ridurre la manutenzione e migliorare la durata.
Olio & Pompe per la produzione di gas ed energia
- Ambiente: Alta temperatura, fluidi ad alta pressione, e mezzi a base di idrocarburi.
- Materiali utilizzati: Leghe ad alto contenuto di nichel (Incontro, Hastelloy), acciaio inossidabile, e leghe a base di cobalto.
- Razionale: La microfusione supporta materiali ad alta resistenza e tolleranze precise necessarie per applicazioni critiche come la lubrificazione delle turbine, iniezione chimica, e perforazione offshore.
Pompe speciali e personalizzate
- Ambiente: Laboratorio, farmaceutico, o applicazioni di lavorazione alimentare che richiedono prestazioni igieniche e di precisione.
- Materiali utilizzati: Acciaio inossidabile (304, 316L), titanio, o leghe di nichel.
- Razionale: Superfici lisce, tolleranze strette, e le geometrie complesse ottenute mediante fusione a cera persa garantiscono un rischio di contaminazione minimo e la conformità agli standard normativi.
11. Analisi comparativa
| Caratteristica / Criteri | Colata di investimento | Casting di sabbia | Lavorazione dal pieno |
| Complessità geometrica | Eccellente: pareti sottili, canali interni, caratteristiche complesse ottenibili | Moderato – limitato dal posizionamento del nucleo e dalla stabilità dello stampo | Limitato: geometrie interne complesse spesso impossibili senza assemblaggio |
| Precisione dimensionale | Alto – ±0,1–0,25 mm tipico | Moderato – ±0,5–1,0 mm | Molto alto – ±0,05 mm ottenibile |
| Finitura superficiale (Ra) | Fine – 1,6–3,2 μm tipico; può essere lucidato | Ruvido – 6–12 μm; richiede una lavorazione di precisione | Eccellente – 0,8–1,6 μm ottenibili con la finitura |
| Opzioni materiali | Largo – acciai inossidabili, leghe di nichel, bronzo, leghe di rame | Largo – ferro, acciaio, bronzo, alluminio | Ampio: dipende dalla disponibilità di magazzino lavorabile |
| Dimensione batch | Da basso a medio: 1–1000+ parti | Medio-alto – economico per grandi, parti semplici | Basso: lo spreco di materiale aumenta i costi per i pezzi di grandi dimensioni |
| Tempi di consegna | Moderato – modello in cera & è richiesta la costruzione del guscio | Da breve a moderato – preparazione dello stampo relativamente veloce | Variabile: dipende dalla complessità della lavorazione |
Spreco di materiale |
La forma bassa – quasi netta riduce gli scarti | Moderato: i cancelli e le alzate generano alcuni sprechi | Alto: il processo sottrattivo crea trucioli e ritagli |
| Costo per parte | Da moderato ad alto: le fasi di lavorazione e lavorazione aumentano i costi, economico per parti complesse | Da basso a moderato – stampi più semplici, parti più grandi più economiche | Alta – lavorazione estesa su grandi dimensioni, le parti complesse sono costose |
| Forza & Integrità | Eccellente – microstruttura densa, porosità minima se controllata | Moderato – rischio di inclusioni e porosità legate alla sabbia | Eccellente – omogeneo, Nessun difetto di fusione |
| Post-elaborazione richiesta | Spesso minimale: alcune lavorazioni meccaniche, finitura | Di solito significativo: lavorazione e finitura richieste | Minima – finitura finale solo per tolleranze strette |
| Applicazioni tipiche | Corpi pompa con pareti sottili, canali idraulici complessi, Resistenza alla corrosione | Grande, semplici alloggiamenti di pompe o componenti strutturali | Corpi pompa personalizzati o prototipi che richiedono estrema precisione |
12. Conclusione
Il corpo della pompa in microfusione combina la libertà di progettazione con l'integrità metallurgica, rendendoli una scelta eccellente per molte applicazioni di gestione dei fluidi, soprattutto in caso di geometria interna complessa, sono necessarie leghe esotiche o tolleranze strette.
Il successo dipende dalla progettazione iniziale della fusione, selezione informata del materiale, attento controllo del processo (versare, bombardamenti, Trattamento termico), e robusti programmi di QA/NDT.
Per sistemi di pompaggio critici: marini, chimica o produzione di energia: la fusione a cera persa può fornire risultati affidabili, componenti economici se specificati ed eseguiti correttamente.
FAQ
Quale dimensione massima del corpo della pompa può essere fusa a cera persa?
La pratica tipica dell'officina varia fino a ~50–100 kg per parte, ma il massimo pratico dipende dalle capacità e dall'economia della fonderia.
I corpi delle pompe molto grandi sono più spesso prodotti mediante fusione in sabbia o fabbricazione/saldatura.
Quanto margine di lavorazione dovrei progettare in una fusione a cera persa?
Permettere 0.2–2,0 mm a seconda della criticità e della precisione del guscio. Specificare tolleranze più strette solo laddove la fonderia garantisce conchiglie di precisione.
Quale materiale è il migliore per i corpi delle pompe dell'acqua di mare?
Gli acciai inossidabili duplex e le leghe selezionate di rame-nichel sono scelte comuni grazie alla resistenza superiore alla vaiolatura dei cloruri e alle prestazioni di biofouling; la selezione finale dipende dalla temperatura, Condizioni di velocità ed erosione.
Qual è il tempo di consegna tipico per un corpo pompa realizzato in fusione a cera persa??
In genere sono necessari piccoli lotti di produzione 4–8 settimane dall'approvazione del modello alle parti finite; i singoli prototipi possono essere più veloci con i modelli stampati in 3D, ma richiedono comunque la cottura dei gusci e programmi di fusione.
Come posso specificare i criteri di accettazione per la porosità?
Utilizzare gli standard NDT del settore (radiografia, Ct, Ut) e definire i livelli di accettazione in percentuale di porosità in volume o tramite immagini di riferimento.
I corpi critici delle pompe per il mantenimento della pressione spesso richiedono porosità <0.5% per volume e accettazione radiografica per standard del cliente.
