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Casa / Notizia / Notizie del settore / Idee per la fusione dell'alluminio: metodi, leghe, design e finiture
La risposta diretta: da dove iniziare con le idee sulla fusione dell'alluminio
Più praticabile fusione di alluminio le idee si dividono in quattro gruppi pratici: ferramenta decorativa e accessori architettonici come maniglie per cassetti, targhe per numeri civici e staffe per ringhiere; parti di ricambio funzionali per motori e macchinari come coperchi valvole, raccordi di aspirazione e staffe di montaggio; utensili da officina come maschere, piastre di fissaggio e blocchi di allineamento; e pezzi scultorei o da esposizione come medaglioni, segnaposti vegetali e piccole statue. Per un primo progetto, fusione in sabbia alimentata per gravità utilizzando Lega di alluminio A356 è il punto di partenza più indulgente. A356 ha un intervallo di colata confortevole compreso tra 705 e 760 gradi C circa, riempie bene le sezioni sottili e si lavora in modo pulito dopo aver subito un trattamento termico T6.
Un forno alimentato a propano, costruito con un guscio di tubo di acciaio con un rivestimento refrattario o di ceramica, può fondere una carica da 2 a 5 chilogrammi di rottami o lingotti di alluminio puliti in Da 25 a 40 minuti , raggiungendo comodamente la temperatura di versamento di oltre 700 gradi C necessaria per un riempimento pulito. Questo è il motivo principale per cui le idee di fusione dell'alluminio sono così accessibili rispetto al bronzo, che necessita di 950-1.000 gradi C, o alla ghisa, che supera i 1.370 gradi C. Combinati con un rapporto resistenza-peso vicino a un terzo della densità dell'acciaio dopo il trattamento termico, i getti di alluminio risultano veramente utili piuttosto che puramente decorativi.
Perché l'alluminio è il metallo predefinito per i progetti di fusione
Prima di decidere su un progetto, è utile conoscere le proprietà specifiche del materiale che rendono l'alluminio colabile e durevole. Le figure seguenti spiegano perché l'alluminio è presente in qualsiasi cosa, dai blocchi motore alle cornici e agli ornamenti da giardino.
Basso punto di fusione, ampia finestra di processo
L'alluminio puro fonde a 660,3 gradi C e le comuni leghe da colata fondono in un intervallo compreso tra circa 555 e 650 gradi C a seconda del contenuto di silicio e rame. Questa gamma è ben alla portata del propano, del gas naturale o anche dei forni alimentati a carbone, il che non è vero per le leghe a base di rame o la ghisa.
Fluidità per sezioni a parete sottile
Le leghe di alluminio-silicio come A356 e A380 rimangono fluide abbastanza a lungo da riempire sezioni di parete sottili quanto da 2,5 a 3 mm in stampi di sabbia, e fino a circa 1 mm in pressofusione. Questo è il motivo per cui i pannelli decorativi sottili, le griglie e gli alloggiamenti possono essere fusi anziché ricavati dal pieno.
Guadagno di forza dopo il trattamento termico
L'A356 as-cast ha una resistenza alla trazione vicina a 159 MPa. Un trattamento termico T6, ovvero un trattamento in soluzione a circa 540 gradi C seguito da un raffreddamento in acqua e un invecchiamento a circa 155 gradi C per 4-6 ore, aumenta tale valore a circa 262MPa con allungamento dal 5 al 7%.
Riciclabilità e costo materiale prevedibile
L'alluminio può essere rifuso ripetutamente con una perdita per ossidazione solo del 5-8% per ciclo. I rottami di alluminio provenienti da ruote, estrusioni e parti del motore in genere costano da 1,50 a 3,00 dollari per libbra, mentre i nuovi lingotti costano da 2,50 a 4,00 dollari per libbra, il che mantiene prevedibili i costi dei materiali per progetti ripetuti.
Adattare il processo di casting al progetto
La stessa idea di fusione dell’alluminio può essere realizzata attraverso diversi processi e la scelta cambia il costo degli utensili, la finitura superficiale ottenibile e il numero di parti che ha senso economico produrre in un’unica operazione.
| Processo | Dimensioni tipiche della corsa | Finitura superficiale | Tolleranza | Costo degli utensili | Più adatto a |
|---|---|---|---|---|---|
| Colata in sabbia | Da 1 a 50 pezzi | Da 250 a 500 micropollici Ra | più o meno 1,5 mm per 25 mm | Modello da 20 a 150 USD | Staffe, placche, prototipi unici |
| Muffa permanente (gravità) | Da 100 a 10.000 pezzi | Da 100 a 200 micropollici Ra | più o meno 0,5 mm | Stampo da 500 a 3.000 dollari | Ruote, alloggiamenti, hardware ripetuto |
| Rivestimento (cera persa) | Da 1 a 1.000 pezzi | Da 60 a 125 micro pollici Ra | più o meno 0,13 mm per 25 mm | Da 50 a 500 USD per modello | Sculture dettagliate, medaglioni, parti in scala di gioielli |
| Pressofusione ad alta pressione | Oltre 10.000 pezzi | Da 32 a 63 micropollici Ra | più o meno 0,1 mm | Utensili da 10.000 a 100.000 USD | Alloggiamenti di produzione in serie, staffe automobilistiche |
Dodici idee di progetti di fusione di alluminio che vale la pena realizzare
L'elenco seguente spazia da semplici pezzi decorativi a parti meccaniche funzionali, ordinate approssimativamente in base alla crescente complessità del modello e alle esigenze di tolleranza. Ogni idea include una nota pratica sulla lega o sullo spessore delle pareti in modo che il progetto possa passare direttamente dall'idea al modello.
- Maniglie per cassetti e ferramenta per armadietti personalizzati - fuso in A356 con una parete finita da 4 a 6 mm, quindi lucidato o anodizzato per un aspetto coerente in tutta la cucina o in officina.
- Targhe con numero civico incise - fusioni a retro piatto di circa 150 x 100 x 6 mm, colate in sabbia e poi sabbiate con mezzi a grana 80 per una superficie opaca e resistente agli agenti atmosferici.
- Sovrapposizioni della maniglia dell'utensile e impugnature ergonomiche - colato attorno a un inserto con anima in acciaio utilizzando la lega 535.0, scelta per la sua risposta di lucidatura uniforme su superfici curve.
- Coperture per ganci di traino e tappi per punti di traino - prodotto mediante fusione a gravità in stampo permanente con una parete da 3 a 5 mm, quindi verniciato a polvere per una resistenza ai raggi UV a lungo termine.
- Coperchi valvole per moto e ATV - Gli intricati modelli di alette di raffreddamento favoriscono la fusione in sabbia con nuclei, utilizzando A356-T6 classificato per servizio continuo fino a circa 200 gradi C.
- Ornamenti da giardino e segnapiante - getti a parete sottile di circa 2-3 mm, lasciati come colati o rifiniti con una vernice protettiva trasparente.
- Alloggiamenti per apparecchi di illuminazione e basi per lampade - fusioni in sabbia a nucleo cavo con anime interne rimosse dopo la colata, quindi lavorate per canali di cablaggio.
- Piedini per mobili e supporti per gambe del tavolo - parti portanti che necessitano di raccordi interni di almeno 3 mm per evitare aumenti di sollecitazione, fuse in A356-T6.
- Fibbie per cinture e medaglioni premio - La fusione a cera persa cattura dettagli in rilievo fino a circa 0,5 mm, ideali per loghi o testo incisi.
- Parti di ricambio per aspirazione e vaschetta galleggiante per motori d'epoca - La lega A380 offre buona resistenza al carburante e lavorabilità per porte filettate.
- Coprimozzi ruota personalizzati - L'utensileria permanente dello stampo fornisce la tolleranza del diametro ripetibile necessaria per un adattamento a pressione, quindi lucidato a specchio.
- Acquista piastre di fissaggio e maschere di allineamento - Utensili funzionali realizzati in A356-T6 con una parte inferiore nervata che aggiunge rigidità senza aggiungere massa.
Regole di progettazione di modelli e stampi che impediscono un getto fallito
Tre abitudini di progettazione separano un getto pulito da un getto pieno di crepe, vuoti o angoli vuoti. Lo spessore della parete, l'angolo di sformo e il raggio del raccordo interagiscono tutti con il modo in cui l'alluminio si solidifica e ciascuno di essi è facile da riparare in fase di modellazione ma costoso da riparare in seguito.
Spessore della parete: le fusioni in sabbia dovrebbero mantenere le pareti ad un minimo di 3 mm, mentre da 4 a 6 mm sono molto più affidabili per le parti strutturali, poiché le sezioni più sottili si raffreddano e si solidificano prima che il metallo possa riempirle completamente. Le fusioni in stampo permanente possono scendere fino a 1,5-2 mm perché lo stampo in acciaio allontana il calore più velocemente e mantiene il metallo in movimento più a lungo rispetto al proprio fronte di solidificazione.
Angolo di sformo: le facce verticali su un modello di fusione in sabbia richiedono da 1 a 3 gradi di sformo per lato in modo che il modello si sollevi in modo pulito senza strappare la sabbia. Gli utensili per stampi permanenti possono utilizzare una profondità inferiore da 0,5 a 1,5 gradi perché la superficie in acciaio lucidato si rilascia più facilmente rispetto alla sabbia compattata.
Raggio raccordo: ogni angolo interno dovrebbe avere un raggio di raccordo uguale o maggiore dello spessore della parete locale, con un minimo pratico di 3 mm. Gli angoli interni acuti concentrano lo stress mentre la fusione si raffredda e si contrae e sono il punto di partenza più comune per le rotture calde.
Tolleranza per il restringimento e perché i modelli sono sovradimensionati
L'alluminio si ritira in tre fasi mentre passa dallo stato liquido a quello solido freddo: ritiro liquido di circa 3,5-6% in volume, ritiro di solidificazione di circa 3,0-8,5% a seconda della lega e ritiro di raffreddamento allo stato solido di circa 1,3% lineare per A356 tra la temperatura del solidus e la temperatura ambiente. I modellisti compensano l'ultima fase tagliando il modello fuori misura utilizzando un regolo restringente, in genere circa 5/32 pollici per piede, che è vicino alla cifra dell'1,3% per A356. Come esempio pratico, una dimensione finita di 300 mm in A356 dovrebbe iniziare come una dimensione del modello di circa 303,9 mm, calcolata come 300 moltiplicato per 1,013.
| Lega | Tolleranza di ritiro lineare | Regola approssimativa del creatore di modelli |
|---|---|---|
| A356.0 | 1,3%. | 5/32 pollici per piede |
| A380.0 | 1,6%. | 3/16 pollici per piede |
| 443.0 | 1,3%. | 5/32 pollici per piede |
| 535.0 | 1,4%. | Da 5/32 a 3/16 pollici per piede |
Scegliere la lega di alluminio giusta per il lavoro
La selezione della lega influisce sulla fluidità durante la colata, sulla resistenza dopo il trattamento termico, sulla resistenza alla corrosione, sulla lavorabilità e sulla risposta della superficie alla lucidatura o all'anodizzazione. La tabella seguente mette a confronto quattro leghe che coprono la maggior parte delle idee di fusione dell'alluminio, dalle staffe strutturali all'hardware decorativo di alta qualità.
| Lega | Principali elementi di lega | Resistenza alla trazione | Allungamento | Ideale per |
|---|---|---|---|---|
| A356.0 (T6) | Silicio 7%, Magnesio 0,35% | 262MPa | dal 5 al 7%. | Getti strutturali, ruote, staffe |
| A380.0 | Silicio 8,5%, Rame 3,5% | 324MPa | 3 per cento | Pressofusioni, alloggiamenti, parti del sistema di alimentazione |
| 443.0 | Silicio 5,2% | 130MPa | 9 per cento | Hardware marino, raccordi resistenti alla corrosione |
| 535.0 (Almag 35) | Magnesio 6,8% | 241MPa | 9 per cento | Parti decorative lucide, hardware anodizzato |
Un contenuto di silicio più elevato migliora la fluidità e riduce la lacerazione a caldo, motivo per cui A380 e A356 sono preferiti per sezioni sottili o complesse, ma le stesse particelle di silicio accelerano l'usura dell'utensile da taglio, quindi per la lavorazione di queste leghe si consigliano utensili in metallo duro. 535.0, al contrario, non contiene silicio e viene lavorato in modo pulito con utensili standard in acciaio ad alta velocità, il che, combinato con la sua forte risposta alla lucidatura meccanica, è il motivo per cui rimane popolare per le fusioni decorative con finitura a specchio.
Dalla fusione grezza al pezzo finito: opzioni di trattamento superficiale
Una fusione appena uscita dallo stampo ha una superficie ruvida, sabbiosa o strutturata e parti affilate che devono essere rimosse prima che la parte abbia l'aspetto o funzioni come previsto. I cinque trattamenti seguenti coprono la maggior parte delle idee di fusione dell'alluminio, da una rapida pulizia a un pezzo da esposizione lucidato a specchio.
Sbavatura e sbavatura
Cancelli, montanti e bava vengono rimossi con una smerigliatrice angolare, una sega a nastro o una lima manuale. Per lotti di piccole parti, burattatura vibrante con mezzi ceramici per dalle 4 alle 8 ore arrotonda i bordi ed elimina le sbavature della linea di divisione senza rifinire manualmente ogni pezzo.
Sabbiatura per una finitura opaca uniforme
I supporti con perle di vetro nella gamma di grana da 60 a 100, applicati a 80-100 PSI, producono una trama satinata uniforme che aiuta anche a nascondere piccole porosità superficiali. Questa è una finitura comune per staffe per esterni, indicatori di piante e dispositivi per utensili.
Lucidatura meccanica
Una progressione attraverso abrasivi di grana 80, 120, 240, 400, 600 e 1200 seguita da una ruota di lucidatura e da un composto lucidante può portare A356 o 535.0 a una finitura a specchio in circa Da 30 a 45 minuti per piccola parte . Le leghe di silicio più elevate come A380 lucidano in modo meno uniforme perché le particelle di silicio resistono all'abrasione in modo diverso rispetto alla matrice di alluminio circostante.
Anodizzazione per colore e resistenza all'usura
L'anodizzazione con acido solforico di tipo II crea uno strato di ossido di circa 5-25 micron di spessore direttamente sulla superficie dell'alluminio, che può accettare colori coloranti e aumenta la durezza superficiale da circa 75 a 90 HV per l'alluminio nudo fino a circa 300-400 HV per lo strato anodizzato.
Verniciatura a polvere per una maggiore durata all'aperto
La polvere viene applicata elettrostaticamente e polimerizzata a una temperatura compresa tra 190 e 205 gradi C per 10-20 minuti, producendo una finitura stabile ai raggi UV e resistente alle scheggiature, adatta per ornamenti da giardino, coperture per attacchi e altre parti che vivono all'aperto.
Difetti comuni di lancio e come individuarli in anticipo
La maggior parte dei problemi di fusione dell'alluminio sono riconducibili a una delle sei cause, ciascuna delle quali lascia una traccia riconoscibile sul pezzo finito. Controllarli prima di investire tempo nella finitura consente di risparmiare molto lavoro di lucidatura su una parte che non avrebbe mai resistito.
| Difetto | Causa tipica | Come individuarlo | Prevenzione |
|---|---|---|---|
| Porosità del gas | Idrogeno disciolto nella massa fusa dall'umidità superficiale | Piccoli vuoti rotondi sparsi nella sezione trasversale | Degassare la massa fusa e asciugare accuratamente gli strumenti e gli stampi prima di versarli |
| Porosità da ritiro | Metallo di alimentazione insufficiente poiché le sezioni spesse si solidificano per ultime | Vuoti irregolari in prossimità di alzate o giunzioni di sezione spessa | Misurate le alzate più grandi della sezione che alimentano e posizionatele nel punto più alto |
| Chiusura a freddo | Due flussi di metallo si incontrano senza fondersi, spesso a causa di una temperatura di versamento bassa | Una cucitura visibile o una linea simile a una crepa sulla superficie | Aumentare la temperatura di versamento e migliorare la velocità di colata |
| Errore di esecuzione | Il metallo solidifica prima che la cavità dello stampo sia completamente riempita | Fusione incompleta con bordi arrotondati e non stuccati | Aumentare la temperatura di versamento, allargare i cancelli o preriscaldare lo stampo |
| Strappo caldo | Il getto viene trattenuto dallo stampo mentre si contrae ad alta temperatura | Una crepa frastagliata in corrispondenza di una transizione di sezione | Aggiungi raccordi, evita modifiche brusche alle sezioni e utilizza nuclei pieghevoli |
| Inclusioni | Sabbia, pellicola di ossido o scoria trasportati nella cavità dello stampo | Punti duri che resistono alla lavorazione o macchie sulla superficie | Filtrare il sistema di colata e scremare le scorie prima di versare |
Budget di tempo, materiale ed energia per un progetto di fusione di alluminio
Una configurazione di base di un forno a propano su scala hobbistica, compreso il guscio del forno, il crogiolo, le pinze di sollevamento, il mestolo di versamento e i dispositivi di protezione, viene generalmente eseguita Da 300 a 800 dollari e può sciogliere cariche da 2 a 5 chilogrammi. Greensand per stampi è riutilizzabile per centinaia di cicli con solo un piccolo rifornimento di additivi tra le colate, il che mantiene il costo del materiale per parte dominato dall'alluminio stesso piuttosto che dai mezzi di stampaggio.
700-760 C
Temperatura di versamento tipica per A356, sufficientemente elevata per riempimenti puliti senza eccessiva formazione di ossido.
da 25 a 40 minuti
Tempo di fusione per una carica di 5 kg in un forno a propano per raggiungere la temperatura di colata a partire da un avvio a freddo.
1,3%.
Tolleranza di ritiro lineare incorporata nei modelli A356 tra il getto e la temperatura ambiente.
dal 5 all'8%.
Perdita di rifusione dovuta all'ossidazione per ciclo quando si riutilizzano rottami di alluminio o guide e montanti.
Per quanto riguarda la pianificazione temporale, la realizzazione del modello per una parte moderatamente dettagliata richiede dalle 2 alle 8 ore a seconda che sia scolpita nel legno, lavorata a macchina o stampata in 3D. La lavorazione di uno stampo di sabbia verde da un modello finito richiede da 1 a 3 ore per un singolo stampo. La fase di fusione e colata, compreso il riscaldamento del forno, richiede da 1 a 2 ore, mentre il raffreddamento prima della sformatura varia da 30 minuti per piccole parti sottili a 2 ore per sezioni più pesanti. La sbavatura e la rifinitura, a seconda del trattamento superficiale scelto, richiedono da 1 a 4 ore in più. Nel complesso, una singola idea moderatamente complessa di fusione di alluminio può passare dallo schizzo alla parte finita in un solo giorno lavorativo una volta che il modello è pronto, con la maggior parte del tempo dedicato alla preparazione e alla finitura dello stampo piuttosto che alla colata stessa.
