Turnare fontă este un proces de fabricație în care aliajul de fier topit – care conține 2–4% carbon și 1–3% siliciu – este turnat într-o cavitate a matriței, de obicei făcută din nisip, și lăsat să se solidifice într-o formă aproape finală de componentă. Cea mai comună metodă folosită la nivel mondial este turnarea cu nisip, care reprezintă majoritatea pieselor din fontă produse la nivel global, datorită costului scăzut al sculelor și flexibilității, atât pentru producția de serie, cât și pentru producția de masă. Procesul este favorizat pentru producerea de componente cu geometrii complexe, prelucrabilitate bună, rezistență ridicată la compresiune și amortizare excelentă a vibrațiilor - proprietăți care fac din fontă materialul de alegere pentru blocurile motoare, fitingurile de țevi, bazele mașinii și carcasele pompelor.
Pe scurt: turnarea fontei combină un material ieftin, ușor de modelat, cu un proces de formare versatil, făcându-l una dintre cele mai economice căi de a produce componente metalice durabile la scară.
Turnarea cu nisip rămâne tehnica dominantă pentru producția de fontă, deoarece poate găzdui atât geometrii simple, cât și foarte complexe ale pieselor la un cost relativ scăzut. Procesul urmează o succesiune consecventă de etape.
Un model - de obicei realizat din lemn, metal sau rășină - este produs în forma exactă a piesei finale, dar ușor supradimensionat pentru a ține seama de contracția în timpul răcirii. Fierul cenușiu se micșorează de obicei cu 1,0-1,2% în timpul solidificării , iar această alocație trebuie inclusă în dimensiunile modelului.
Nisipul amestecat cu un liant (de obicei argilă bentonită sau rășină) este împachetat în jurul modelului pentru a forma cavitatea matriței. Pentru piesele cu cavități interioare, cum ar fi fitingurile de țevi sau blocurile de motor, se realizează miezuri separate de nisip și se plasează în interiorul matriței înainte de închidere.
Fierul este topit într-un cuptor cu cupola sau într-un cuptor cu inducție la temperaturi între 1.350°C și 1.450°C , apoi turnat în matriță printr-un sistem de blocare conceput pentru a controla debitul și a minimiza turbulențele, ceea ce ajută la reducerea captării și incluziunilor de gaz.
Turnarea este lăsată să se solidifice și să se răcească în interiorul matriței - timpul de răcire depinde de grosimea peretelui, variind de la mai puțin de o oră pentru secțiuni subțiri până la câteva ore pentru piese turnate grele. Odată răcit, mucegaiul de nisip este rupt într-un proces numit shakeout.
Porțile, coloanele și blițul sunt îndepărtate, iar suprafața este curățată prin sablare. Prelucrarea este apoi aplicată dimensiunilor critice și suprafețelor de îmbinare pentru a îndeplini toleranțele finale.
Alegerea calității potrivite este una dintre cele mai importante decizii într-un proiect de turnare, deoarece proprietățile mecanice variază semnificativ între tipurile de fontă.
Cel mai utilizat grad, caracterizat prin structură de grafit în fulgi. Fierul cenușiu oferă rezistență la tracțiune de la 150 la 400 MPa în funcție de clasă, împreună cu prelucrabilitate excelentă și amortizare a vibrațiilor, făcându-l ideal pentru bazele și carcasele mașinii.
Conține noduli de grafit sferoidal în loc de fulgi, oferindu-i rezistență la tracțiune și alungire semnificativ mai mari. Fonta ductilă de calitate 65-45-12 oferă o rezistență minimă la tracțiune de 65.000 psi (450 MPa) cu 12% alungire , făcându-l potrivit pentru țevi de presiune, arbori cotiți și angrenaje.
Produs prin răcire rapidă care suprimă formarea grafitului, rezultând o structură de carbură dură și fragilă. Duritatea sa extremă (de obicei 450–650 HB) îl face potrivit pentru aplicații rezistente la uzură, cum ar fi bile de măcinat și căptușeli pentru pompe de șlam, deși este dificil de prelucrat.
| Nota | Rezistența la tracțiune | Aplicație tipică |
|---|---|---|
| Fier gri clasa 30 | 210 MPa | Baze de mașină, console |
| Fontă ductilă 65-45-12 | 450 MPa | Fitinguri pentru țevi, arbori cotiți |
| Fier alb | 200–400 MPa | Purtați căptușeli, medii de șlefuit |
Calitatea constantă în turnarea fontei depinde de controlul atât a procesului de topire, cât și a produsului finit. Turnatorii de renume aplică o combinație a următoarelor verificări.
Spectrometrele sunt folosite pentru a verifica conținutul de carbon, siliciu, mangan și oligoelemente înainte de turnare. O abatere de doar 0,2% în echivalentul de carbon poate schimba proprietățile mecanice suficient pentru a eșua o specificație , astfel încât analiza topiturii în timp real este o practică standard în turnătorii axate pe calitate.
Metodele comune includ:
Exemple de cupoane turnate împreună cu piesele de producție sunt testate pentru rezistența la tracțiune, duritatea (de obicei prin testarea Brinell) și, pentru componentele critice, rezistența la impact - asigurându-se că fiecare lot îndeplinește cerințele specificate de grad.
Mașinile de măsurat coordonate (CMM) sau scanarea 3D verifică dacă dimensiunile critice se încadrează în toleranță, de obicei ±0,5 mm până la ±1,5 mm în funcție de dimensiunea piesei și metoda de turnare, conform standardelor precum ISO 8062.
Înțelegerea defectelor tipice ajută cumpărătorii și inginerii să identifice din timp problemele de calitate și să lucreze cu turnătorii pentru a corecta cauzele fundamentale.
Atunci când evaluează o turnătorie pentru turnarea fontei, cumpărătorii ar trebui să privească dincolo de preț și să evalueze capacitatea procesului și certificarea.
Turnătoriile cu control documentat al procesului raportează de obicei rate de deșeuri sub 5% , în comparație cu 10–15% sau mai mult la unitățile fără sisteme riguroase de calitate - o diferență care afectează direct atât costul, cât și fiabilitatea livrării.
Turnarea fontei, în special prin turnarea cu nisip, rămâne una dintre cele mai rentabile și versatile metode de producere a componentelor metalice durabile în toate industriile. Succesul depinde de selectarea calității adecvate pentru aplicație, în urma unui proces controlat de turnare cu nisip și de aplicarea unui control riguros al calității în fiecare etapă - de la chimia topiturii până la inspecția dimensională finală. Cumpărătorii care înțeleg aceste elemente fundamentale sunt mai bine pregătiți pentru a specifica corect piesele și pentru a selecta parteneri de turnătorie capabili să livreze piese turnate consecvente, fără defecte.
