Cos'è la fusione in sabbia verde

Verde colata in sabbia è un processo di formatura del metallo che utilizza sabbia umida mescolata ad argilla per creare stampi in cui versare il metallo fuso. Nonostante il nome, la sabbia non è in realtà di colore verde: si chiama "verde" perché è ancora umida e non è stata essiccata o cotta.

Il processo funziona come costruire un castello di sabbia, solo che si crea uno spazio vuoto all'interno della sabbia in cui verrà inserito il metallo liquido. La miscela di sabbia e argilla mantiene la sua forma giusto il tempo necessario affinché il metallo si raffreddi e si solidifichi. Una volta che il metallo si è indurito, basta rompere lo stampo di sabbia per ottenere il pezzo finito.

Processo di fusione in sabbia verde

Fase 1: creare o ottenere un modello

Il modello è una replica esatta del pezzo che vuoi fondere, solitamente in legno, plastica o metallo. Consideralo come la copia master che creerà lo spazio vuoto nello stampo di sabbia. Il modello deve essere leggermente più grande del pezzo finale, perché il metallo si restringe raffreddandosi.

Fase 2: preparare la miscela di sabbia verde

Mescola la sabbia silicea con il 5-10% di argilla bentonitica e il 2-4% di acqua fino a ottenere un composto simile alla sabbia di spiaggia umida. Il composto dovrebbe mantenere la sua forma quando lo stringi tra le mani.

Fase 3: compattare la sabbia attorno al motivo

Posizionare il modello in una cornice di metallo chiamata fiaschetta e imballare il verde colata di sabbia strettamente attorno ad esso. La maggior parte delle fonderie utilizza pestelli o macchine pneumatiche per garantire un riempimento uniforme.

Passaggio 4: rimuovere il motivo

Sollevare con cautela il modello dalla sabbia, lasciando una cavità perfetta nella forma del pezzo.

Fase 5: creare cancelli e alzate

Tagliare dei canali (cancelli) per far fluire il metallo nello stampo e dei tubi verticali (montanti) che consentono all'aria di fuoriuscire.

Fase 6: Versare il metallo fuso

Riscalda il metallo fino a renderlo completamente liquido, quindi versalo gradualmente nello stampo attraverso le apposite aperture.

Fase 7: Lasciare raffreddare e solidificare

Lasciare raffreddare il metallo naturalmente finché non è completamente solido, il che può richiedere minuti per i pezzi piccoli o ore per le fusioni di grandi dimensioni.

Fase 8: Rompere lo stampo e rimuovere il getto

Rompete lo stampo di sabbia per scoprire il vostro pezzo fuso. La sabbia può essere riciclata per la fusione successiva dopo aver rimosso eventuali particelle metalliche.

Fase 9: Pulizia e finitura

Rimuovere il metallo in eccesso da cancelli e alzate utilizzando seghe o smerigliatrici, quindi carteggiare o lavorare la superficie fino a ottenere la finitura desiderata. Alcune parti necessitano di un trattamento termico per migliorarne le proprietà meccaniche.

Attrezzatura comune utilizzata nella fusione in sabbia verde

Le attrezzature per la fusione in sabbia verde spaziano da semplici utensili manuali a sofisticati sistemi automatizzati:

• Stampi per stampi – Telai in metallo o legno che trattengono la sabbia durante la realizzazione degli stampi. Sono composti da due parti: la parte superiore e quella inferiore.
• Attrezzatura per modelli – I modelli stessi, più piastre modello, scatole porta-anima e piastre di abbinamento per la produzione ad alto volume.
• Miscelatori di sabbia (muller) – Macchine che miscelano sabbia, argilla e acqua per ottenere la consistenza perfetta. Le molazze industriali possono lavorare tonnellate di sabbia all'ora.
• Strumenti di speronamento – Costipatori manuali per piccoli lavori o costipatori pneumatici per una compattazione uniforme in ambienti di produzione.
• Forni e crogioli – Per la fusione dei metalli, dai piccoli forni a propano per hobbisti ai grandi forni elettrici a induzione nelle fabbriche.
• Mestoli per versare – Contenitori per il trasferimento del metallo fuso dal forno allo stampo, con capacità che vanno da poche libbre a diverse tonnellate.
• Attrezzatura per prove sulla sabbia – Dispositivi per misurare il contenuto di umidità, la permeabilità e la resistenza alla compressione della miscela di sabbia.
• Attrezzatura di scuotimento – Tavoli o tamburi vibranti che separano i getti dalla sabbia dopo il raffreddamento.
• Strumenti di finitura – Smerigliatrici, levigatrici e granigliatrici per la pulizia e la levigatura delle superfici in ghisa.

Materiali utilizzati negli stampi in sabbia verde

Il verde sabbia per fusione la miscela contiene solo pochi ingredienti chiave, ma le loro proporzioni sono estremamente importanti:

• Sabbia silicea (85-95%) – Il componente strutturale principale, solitamente con maglie da 50 a 100, per il giusto equilibrio tra resistenza e permeabilità.
• Argilla bentonitica (4-10%) – Agisce come legante, gonfiandosi quando è bagnato per tenere insieme i granelli di sabbia. La bentonite occidentale funziona meglio di quella meridionale grazie al maggiore contenuto di montmorillonite.
• Acqua (2-4%) – Attiva il legante dell'argilla e fornisce la resistenza "a verde". Troppa acqua crea difetti di vapore durante la fusione.
• Polvere di carbone o carbone marino (2-5%) – Additivo opzionale che migliora finitura superficiale creando un'atmosfera riducente all'interfaccia metallo-stampo.
• Farina di legno (0.5-2%) – Aumenta la comprimibilità, facilitando la rimozione dei getti dallo stampo.
• Farina di mais o cereali (0.25-2%) – Migliora la resistenza iniziale e riduce i difetti di dilatazione nelle fusioni di ghisa.
• Ossido di ferro (1-3%) – A volte aggiunto per migliorare la resistenza a caldo durante la fusione di acciaio o ferro a temperature molto elevate.

Vantaggi della fusione in sabbia verde

• Low Cost – La sabbia e l'argilla sono incredibilmente economiche e, con piccole aggiunte, è possibile riutilizzare la maggior parte della sabbia all'infinito.
• Versatilità – Funziona con quasi tutte le leghe metalliche, dall'alluminio all'acciaio fino alle superleghe più esotiche.
• Nessun limite di dimensione – Utilizzando lo stesso procedimento di base è possibile fondere piccoli gioielli o enormi eliche di navi.
• Produzione veloce – Non dovendo aspettare che gli stampi si asciughino o si cuociano, è possibile passare dal modello alla fusione finita in poche ore.
• Environmentally Friendly – La sabbia è riutilizzabile e non contiene sostanze chimiche tossiche, rendendo semplice lo smaltimento quando necessario.
• Buona precisione dimensionale – Gli stampi in sabbia verde realizzati correttamente possono mantenere tolleranze di ±0.030 pollici per la maggior parte delle applicazioni.
• Ottimo per i prototipi – Perfetto per pezzi unici o piccole serie poiché non sono necessari costosi stampi permanenti.
• Processo di perdono – Piccole variazioni nella miscela di sabbia o nella tecnica raramente rovinano completamente il lancio.

Svantaggi della fusione in sabbia verde

Nonostante la sua popolarità, la fusione in sabbia verde presenta alcune limitazioni notevoli:

• Finitura superficiale scadente – La consistenza della sabbia si trasferisce alla fusione, rendendo necessaria un'ulteriore lavorazione per ottenere superfici lisce.
• Dettagli limitati – Le caratteristiche fini più piccole di 1/16 di pollice spesso non vengono riprodotte bene a causa della dimensione dei granelli di sabbia.
• Difetti legati all'umidità – Un eccesso di umidità provoca la formazione di buchi, mentre un eccesso di umidità provoca lo sgretolamento della muffa.
• Alta intensità di manodopera – La realizzazione degli stampi a mano richiede manodopera specializzata e un notevole sforzo fisico.
• Variazione dimensionale – Gli stampi in sabbia possono spostarsi o deformarsi leggermente, rendendo difficile raggiungere tolleranze molto strette.
• Non ideale per pareti sottili – Le pareti più sottili di 1/8 di pollice sono difficili da realizzare perché il metallo si raffredda troppo rapidamente a contatto con la sabbia umida.
• Problemi di archiviazione – Gli stampi di sabbia verde non possono essere conservati a lungo perché si seccano e perdono resistenza.
• Usura del modello – I modelli in legno si consumano gradualmente a causa dell’uso ripetuto nella sabbia abrasiva.

La fusione in sabbia verde è migliore della fusione in sabbia?

La fusione in sabbia a verde è un tipo di fusione in sabbia, ed è di gran lunga la più comune. Quando si parla di "fusione in sabbia", di solito si intende la fusione in sabbia a verde, senza rendersene conto. La confusione deriva dal fatto che esistono diversi metodi di fusione in sabbia, ognuno dei quali utilizza leganti o tecniche diverse.

Altri metodi di fusione in sabbia includono la fusione in sabbia resinosa (che utilizza leganti chimici), la fusione in sabbia a secco (in cui gli stampi vengono cotti) e la fusione in sabbia oleosa (che utilizza l'olio come legante). Ognuna di esse presenta vantaggi specifici, ma la fusione in sabbia verde è la migliore per le fusioni di uso generale.

La fusione in sabbia verde supera gli altri metodi di fusione in sabbia in termini di costi e velocità per la maggior parte delle applicazioni. Non sono necessari forni per la polimerizzazione degli stampi o prodotti chimici costosi che richiedono una manipolazione speciale. Il processo funziona a temperatura ambiente con materiali che potresti letteralmente estrarre dal terreno.

Per lavori di alta precisione o finitura superficiale superiore, resina fusione in sabbia o a cera persa potrebbero essere scelte migliori. Ma quando servono pezzi di buona qualità in tempi rapidi ed economici (il che riguarda il 70% di tutte le fusioni metalliche prodotte in tutto il mondo), la sabbia verde rimane imbattibile.

Domande frequenti

Quanto dura la sabbia verde prima di dover essere sostituita?

La sabbia verde può essere riutilizzata dalle 20 alle 50 volte prima di dover essere sostituita. La maggior parte delle fonderie sostituisce solo il 5-10% della sabbia per ciclo, aggiungendo materiali freschi per mantenere il giusto contenuto di argilla e i giusti livelli di umidità.

Quali metalli sono più adatti alla fusione in sabbia verde?

Alluminio, ottone e bronzo sono particolarmente adatti alla fusione grazie ai loro punti di fusione più bassi. Anche ferro e acciaio si fondono con successo, ma richiedono una preparazione della sabbia più accurata per resistere alle temperature più elevate senza creare difetti.

È possibile produrre sabbia verde in casa?

Sì, mescola l'89% di sabbia silicea fine, il 10% di argilla bentonitica (da fornitori di ceramiche) e l'1% di acqua in peso. Regola il contenuto d'acqua finché la miscela non mantiene la sua forma quando viene compressa, ma si rompe nettamente quando viene tirata.