Acciaio inossidabile colata di investimento Crea componenti metallici precisi versando acciaio inossidabile fuso in stampi ceramici realizzati attorno a modelli in cera. Questa antica tecnica, chiamata anche fusione a cera persa, produce componenti con forme complesse e finiture superficiali eccezionali, che sarebbero impossibili o estremamente costosi da realizzare tramite lavorazione meccanica.
Questo metodo eccelle in particolare con le leghe di acciaio inossidabile perché gestisce le loro elevate temperature di fusione (circa 1500 °C) preservando al contempo la resistenza alla corrosione e la robustezza del materiale. I pezzi vengono realizzati con tolleranze ristrette fino a ±0.005 pollici e finiture superficiali di circa 125 micro-pollici, eliminando spesso la necessità di lavorazioni meccaniche aggiuntive.
Gli operai iniettano cera fusa in stampi metallici lavorati con precisione per creare duplicati esatti della parte finale. Ogni modello in cera include tutti i dettagli intricati, le geometrie e le caratteristiche del componente finito.
Le strutture moderne utilizzano anche la stampa 3D per creare modelli per progetti complessi o produzioni in piccoli volumi. Cera solubile oppure è possibile inserire nuclei ceramici per formare caratteristiche interne come fori o cavità.
Diversi modelli in cera vengono fissati a un canale di colata centrale utilizzando utensili riscaldati, creando una struttura ad "albero". Questo assemblaggio consente di fondere decine di pezzi contemporaneamente in un unico lotto.
La materozza e i canali di collegamento creano percorsi che consentono al metallo fuso di fluire in ogni cavità del pezzo durante la colata. Un posizionamento accurato garantisce un flusso ottimale del metallo e riduce al minimo i difetti.
L'albero di cera viene ripetutamente immerso in una miscela di ceramica e rivestito con sabbia refrattaria o "stucco". Ogni strato deve asciugarsi completamente prima di applicare lo strato successivo.
Il primo strato utilizza particelle ultrafini per catturare i dettagli superficiali più complessi. Gli strati successivi utilizzano materiali progressivamente più grossolani per garantire maggiore resistenza, raggiungendo uno spessore del guscio di 5-15 mm in 5-10 cicli di rivestimento.
L'insieme rivestito in ceramica viene inserito in un'autoclave o in un forno dove il vapore o il calore sciolgono la cera. La cera fuoriesce attraverso le aperture del canale di colata, lasciando uno stampo in ceramica cavo.
Questa fase richiede un attento controllo della temperatura per evitare che la cera in espansione rompa il guscio ceramico. La maggior parte degli impianti recupera e ricicla la cera fusa per un utilizzo futuro.
I gusci ceramici vuoti vengono cotti a 870-1095 °C per bruciare la cera residua e rinforzare il materiale ceramico attraverso la sinterizzazione. Questo trattamento ad alta temperatura garantisce che lo stampo possa resistere allo shock termico del metallo fuso.
Poco prima della colata, gli stampi vengono preriscaldati per migliorare il flusso del metallo e ridurre il raffreddamento rapido che potrebbe causare difetti.
L'acciaio inossidabile viene fuso in forni a induzione o ad arco per raggiungere temperature di colata intorno ai 1500 °C o superiori. I gusci ceramici preriscaldati vengono posizionati verticalmente, spesso sostenuti da letti di sabbia.
Il metallo fuso fuoriesce dall'apertura del canale di colata, riempiendo tutte le cavità per gravità. Alcune operazioni utilizzano il vuoto o l'assistenza centrifuga per sezioni a pareti sottili.
Il metallo colato si raffredda e solidifica all'interno degli stampi ceramici a velocità controllate. Un raffreddamento adeguato previene difetti e garantisce la precisione dimensionale.
Una volta solido, il metallo forma un albero completo di getti in acciaio inossidabile collegati tramite la materozza e i canali di colata solidificati.
Vibrazioni meccaniche, martellamenti o getti d'acqua rompono il guscio ceramico, esponendo i getti metallici. La lisciviazione chimica può aiutare a rimuovere la ceramica dalle aree difficili da raggiungere.
L'albero metallico rivelato mostra più getti finiti ancora attaccati al sistema di colata centrale.
Le seghe a nastro o le troncatrici separano i singoli componenti dall'albero di colata. Il canale di colata e le guide di colata rimanenti vengono riciclati come rottami metallici.
Tagliare le aree in cui le parti collegate ai cancelli devono essere rettificate per ottenere superfici lisce.
Molti getti in acciaio inossidabile vengono sottoposti a trattamenti termici specifici per ottimizzarne le proprietà meccaniche. I gradi austenitici come il 304 e il 316 possono essere sottoposti a un trattamento di ricottura in soluzione.
Le operazioni finali includono la rimozione dei segni di iniezione, la sabbiatura o il decapaggio per migliorare l'aspetto estetico e la lavorazione di qualsiasi caratteristica critica che richieda tolleranze estremamente strette. La maggior parte delle fusioni a cera persa richiede una finitura minima grazie alla loro superficie liscia, pari a 125 micro-pollici o superiore.
| Aspetto | Casting di investimento | Fusione di sabbia | Die Casting | Lavorazione CNC |
|---|---|---|---|---|
| Materiali | Tutti i metalli, compresi acciaio inossidabile e superleghe | Tutti i metalli, compreso l'acciaio inossidabile | Limitato ad alluminio, zinco, magnesio | Tutti i metalli lavorabili |
| Le tolleranze | ±0.005″ tipico | ±0.030″ tipico | ±0.005″ tipico | ±0.001″ o migliore |
| Finitura di superficie | 125 micro-pollici | 250-500 micro-pollici | 50-100 micro-pollici | 32 micro-pollici o meglio |
| Complessità delle parti | Eccellente – possibili sottosquadri, pareti sottili | Limitato – richiede angoli di sformo | Buono – limitato dal design dello stampo | Limitato dall'accesso allo strumento |
| Gamma di dimensioni delle parti | Da pochi grammi a più di 50 libbre | Once a tonnellate | Da pochi grammi a 30 libbre (non ferrosi) | Qualsiasi dimensione lavorabile |
| Costo dell'attrezzatura | Medio ($ 5,000-50,000) | Basso ($500-5,000) | Alto ($ 25,000-250,000+) | Nessuno (solo programmazione) |
| Costo per parte | Medio | Basso | Molto basso ad alto volume | Alto per parti complesse |
| Volume ideale | 100-10,000 parti | 1-1,000 parti | Oltre 10,000 parti | 1-100 parti |
| Tempi Di Consegna | settimane 4-8 | settimane 2-4 | settimane 8-16 | Giorni a settimane |
| Rifiuti materiali | Basso (10-30%) | Basso (20-40%) | Molto basso (<10%) | Alta (50-90%) |
