Analisi della sabbia
Sentire con la lingua…
Questa tecnica era utilizzata dai maestri modellatori esperti per determinare se il materiale di formatura utilizzato avesse la giusta consistenza. Nel frattempo la tecnica è leggermente migliorata, ma il problema rimane lo stesso: una delle caratteristiche più importanti di uno stampo per colata a umido è la sua resistenza, poiché ogni stampo è sottoposto a diverse sollecitazioni meccaniche durante il sollevamento dal modello, l’inserimento delle anime, la colata, ma anche durante le altre operazioni di manipolazione e deve comunque mantenere in modo affidabile la sua geometria stabile.
La sabbia da formatura legata con bentonite deve soddisfare questi requisiti: deve essere abbastanza umida (come una palla di neve) da essere modellabile, ma anche abbastanza asciutta da non attaccarsi al modello e non staccarsi. Deve essere abbastanza fine da creare una superficie uniforme, ma non così fine da non poter formare stabilmente grandi volumi di sabbia (“polvere di trave”) – questa forma una superficie bella e liscia (ed è spesso utilizzata nella fusione artistica), ma rende impossibile la produzione automatizzata di pezzi fusi formati a macchina.
La superficie della sabbia deve essere sufficientemente compatta da rimanere modellabile (contenuto di idrogeno), ma deve anche rimanere permeabile ai gas per consentire la fuoriuscita del gas intrappolato nel volume cavo durante il flusso del materiale fuso.
Per tenere sotto controllo queste proprietà diverse e spesso contrastanti, nel corso degli anni sono stati definiti una serie di parametri diversi che descrivono la resistenza alle diverse sollecitazioni mediante prove standardizzate con provini normalizzati.
Il nostro obiettivo attraverso l’analisi della sabbia
L’obiettivo di tutte le analisi è il controllo del materiale di formatura, ovvero la regolazione delle inevitabili variazioni nella composizione del materiale di formatura e quindi delle sue proprietà. Viene utilizzata una combinazione di circuiti di regolazione online (ad es. per il controllo del dosaggio dell’acqua) e analisi di laboratorio per il monitoraggio a lungo termine in confronto con i valori di misurazione a lungo termine dell’impianto. Tuttavia, questo da solo non consente ancora un controllo soddisfacente della qualità del materiale di formatura. È sempre necessario un controllo permanente dei parametri del materiale di formatura da parte del laboratorio della sabbia per compensare le fluttuazioni e mantenere a lungo termine la composizione desiderata del materiale di formatura.
Controllo costante dei parametri del materiale di formatura
Per compensare queste inevitabili fluttuazioni, è auspicabile una valutazione di ogni singolo lotto, ad esempio per determinare le quantità attuali di acqua, bentonite e agenti lucidanti da aggiungere durante la preparazione del materiale di formatura nel miscelatore.
Vengono prodotti campioni rotondi standardizzati (diametro 50 mm, compattati con tre colpi di battitore secondo la scheda tecnica VDG P 38), che vengono sottoposti a diversi test di prova.
Campioni rotondi standardizzati – 50 mm
- Per verificare la permeabilità al gas, il campione rimane in un tubo, dove viene misurata la quantità di aria che attraversa il materiale di formatura a una determinata pressione.
- Il contenuto d’acqua viene determinato dalla perdita di peso durante l’essiccazione di un campione in forno.
- La granulometria e la distribuzione granulometrica all’interno del materiale di formatura vengono determinate mediante analisi granulometrica.
- La resistenza alla compressione viene verificata con un dispositivo di percussione, mentre la resistenza al taglio, alla fessurazione e alla trazione a umido viene misurata nello stesso dispositivo con l’ausilio di piastre di supporto intercambiabili.
- La prova di resistenza alla deformazione viene eseguita come misurazione della forza senza spostamento. La forza misurata corrisponde alla resistenza alla penetrazione come misura della resistenza alla deformazione (simile alle misurazioni di durezza per i materiali metallici).
Solo l’insieme delle prove descritte fornisce un quadro affidabile del complesso sistema del materiale di formatura, la cui composizione cambia continuamente a seconda della quantità di sabbia di formatura “bruciata” che viene setacciata dalla zona dello strato marginale tra il pezzo fuso e lo stampo in sabbia umida dopo lo svuotamento dello stampo e della quantità di sabbia fresca che viene aggiunta attraverso i nuclei utilizzati.
La complessità è fondamentale
In questo caso il materiale fuso non è rilevante, indipendentemente dal fatto che si tratti di ghisa sferoidale o Ni-Resist, ma è fondamentale la complessità dei componenti: i corpi pompa apportano molta sabbia fresca per anime, mentre i ponti assali o anche le ruote non necessitano quasi di anime. Già la gamma di prodotti fusi o anche il mix di settori influisce quindi sul ciclo del materiale di formatura.
È fondamentale un sistema di qualità integrato
Anche questi esempi danno un’idea della problematica complessiva della qualità; quasi nessuno dei fattori influenti può essere considerato isolatamente. Tutti gli ingranaggi devono combaciare perfettamente: solo quando i controlli durante il processo e i controlli di qualità diretti continui sui singoli componenti (controlli non distruttivi o distruttivi) sono integrati tra loro, è possibile produrre con sicurezza componenti “buoni” in ghisa in un processo di formatura meccanica, perché la qualità è il nostro standard!