La fusione di precisione (fusione a cera persa) è un processo di fusione ad alta precisione il cui costo è influenzato da una serie di fattori. I clienti si trovano di fronte a diverse opzioni nella produzione dei componenti. La scelta del processo dipende in genere dalle capacità produttive, dalla fattibilità del prodotto e dai costi. Nel valutare il costo della fusione di precisione, i costi possono variare da un cliente all’altro a causa delle loro specifiche esigenze produttive (ad esempio, il numero di pezzi richiesti). Tuttavia, nella scelta della tecnologia di produzione è necessario tenere conto di diversi fattori chiave che determinano i costi.

Di seguito vengono analizzati i principali fattori che determinano i costi dal punto di vista dei materiali, della progettazione, dei processi e delle attrezzature, e vengono proposte alcune linee guida per l'ottimizzazione dei costi:

 

1. Scelta dei materiali

Il metallo scelto è un fattore determinante per i costi nella fusione di precisione. I materiali di base e le leghe variano in termini di qualità. Pertanto, anche utilizzando lo stesso metallo, una lega di maggiore purezza risulterà più costosa rispetto a una di minore purezza. In genere, i clienti devono acquistare una quantità di metallo superiore a quella effettivamente necessaria per realizzare i pezzi. Altri fattori che incidono sui costi sono la scarsità e la disponibilità. I metalli difficili da estrarre e lavorare limitano la loro offerta, aumentando così i costi.

Di seguito sono riportati i costi specifici dei materiali:

 

1.1 Materiali per modelli in cera

Tipologie e prezzi:

Tra i materiali comunemente utilizzati per i modelli in cera figurano la cera a base di paraffina e acido stearico (a basso costo), i materiali per modelli in cera a media temperatura (ad es. la cera di polietilene, ad alta precisione ma 2-3 volte più costosa) e i materiali per modelli in cera ad alta temperatura (ad es. i materiali ceramici per modelli in cera, utilizzati per strutture complesse, dal costo più elevato).

I materiali importati per la realizzazione di modelli in cera ad alte prestazioni possono costare da 1,5 a 2 volte di più rispetto a quelli nazionali.

Tasso di perdita: la riparazione dei modelli in cera e il riciclaggio della cera comportano una perdita di materiale pari a 5%-15%, con perdite maggiori nel caso di fusioni di precisione complesse.

 

1.2 Materiali del guscio

Materiali refrattari:

I materiali di rivestimento (ad esempio, sabbia di zirconio e corindone) costano da 3 a 5 volte di più rispetto ai materiali di supporto (ad esempio, sabbia silicea). Acciaio altamente legato i pezzi fusi richiedono materiali speciali come l'ossido di ittrio, con un conseguente aumento significativo dei costi.

Leganti (ad es. vetro solubile, sol di silice): il sol di silice presenta un’elevata resistenza, ma è 4-6 volte più costoso del vetro solubile e ha tempi di essiccazione lunghi, il che incide sull’efficienza.

Consumo di materiale: il consumo di materiale per i gusci multistrato (in genere 5-10 strati) aumenta con le dimensioni e la complessità del pezzo fuso. I costi del materiale dei gusci per i pezzi di grandi dimensioni possono rappresentare il 20%-30% del costo totale.

 

1.3 Materiali metallici

Tipi di leghe:

Acciaio inossidabile e le leghe resistenti alle alte temperature (come le leghe a base di nichel) costano da 3 a 10 volte di più rispetto al normale acciaio al carbonio, mentre i metalli preziosi (come le leghe di titanio e quelle di cobalto-cromo) sono ancora più costosi.

Perdite di fusione:

La resa di fusione nella fusione di precisione è di circa 70%-85%, con perdite significative per le leghe rare.

 

2. Complessità del progetto

La progettazione dei pezzi è un fattore cruciale che influenza il costo della fusione di precisione. Progetti semplici, privi di canali interni, fori o altre caratteristiche, contribuiscono a ridurre i costi per il cliente. Tuttavia, quando le geometrie dei pezzi sono più complesse e richiedono progetti di anime articolati, tali caratteristiche impongono che il sistema di colata garantisca che il metallo fuso raggiunga tutte le aree necessarie per ottenere prodotti di alta qualità e privi di difetti. Queste fasi aggiuntive possono aumentare i costi di produzione.

Anche i componenti complessi e i pezzi di grandi dimensioni possono richiedere l'aggiunta di nuclei supplementari. Questi nuclei supplementari possono rinforzare pareti già fragili (come fori allungati o fessure). A causa dei nuclei supplementari e della complessità del progetto, il processo di essiccazione potrebbe richiedere più tempo, rallentando la produzione. Tutti questi fattori aumentano i costi del progetto.

3. Processo di produzione, trattamento termico, finitura superficiale e requisiti di collaudo

 

3.1. Sviluppo dello stampo

Complessità della muffa:

La produzione di pezzi singoli o in piccoli lotti richiede modelli in cera intagliati a mano, che sono economici ma inefficienti; la produzione di massa richiede stampi in metallo (ad esempio, stampi in alluminio o in acciaio), con costi di sviluppo che vanno da decine di migliaia a centinaia di migliaia di yuan, rappresentando il 30%-50% del costo iniziale.

Durata della muffa:

Gli stampi in lega di alluminio consentono di produrre circa 500-1000 pezzi, mentre quelli in acciaio ne consentono la produzione di decine di migliaia. I frequenti cambi di stampo aumentano i costi condivisi.

 

3.2 Complessità del processo

Realizzazione di modelli in cera:

I pezzi fusi complessi (ad esempio, pale di aeromobili e giranti di turbine) richiedono modelli in cera a più moduli. L'assemblaggio manuale richiede molto tempo e incide per il 15%-25% sui costi di manodopera.

Preparazione del materiale del guscio:

I materiali con rivestimento a base di sol di silice richiedono più strati di rivestimento e cicli di essiccazione (ogni strato richiede 12-24 ore di essiccazione), con un ciclo che dura 5-7 giorni. Questo processo è ad alto consumo energetico (ad esempio, richiede un laboratorio a temperatura e umidità costanti) e comporta anche costi di manodopera elevati.

Rimozione della cera e cottura:

La deparaffinazione a vapore consuma circa 500-800 kJ per chilogrammo di cera, mentre i forni elettrici possono raggiungere potenze dell'ordine di centinaia di kilowatt, con costi energetici che incidono per circa il 10%-15%.

 

3.3 Post-elaborazione

Sabbiatura e trattamento delle superfici:

I processi di pulizia con acqua ad alta pressione e di sabbiatura aumentano i tempi di lavorazione; i componenti di precisione richiedono una lucidatura chimica o elettrolitica, che comporta costi elevati in termini di materiali e attrezzature.

Costi di ispezione:

I costi relativi ai controlli non distruttivi (NDT), quali i controlli con liquidi penetranti, le ispezioni a raggi X e l’utilizzo di macchine di misura a coordinate (CMM), rappresentano in genere il 5%-10% del costo totale e risultano ancora più elevati in settori ad alta domanda come quello aerospaziale.

Ogni produttore dispone di processi e tecnologie di produzione propri, specifici per soddisfare le proprie esigenze operative e di assistenza. I prezzi variano a seconda delle capacità di ciascuno. Inoltre, possono offrire determinate tecnologie per aiutare i clienti a creare soluzioni convenienti.

I servizi di prototipazione rapida, il trattamento termico, i trattamenti superficiali e le varie esigenze di collaudo incidono tutti sull’aumento dei costi dei componenti. Questi servizi opzionali possono migliorare la qualità dei componenti e garantire che questi ultimi soddisfino i requisiti applicativi. Molti clienti scelgono questi servizi di trattamento superficiale perché sanno che il ritorno a lungo termine sull’investimento iniziale è vantaggioso.

Ningbo Suijin Machinery Technology Co. è specializzata nella produzione di vari pezzi fusi di precisione e componenti lavorati, tra cui acciaio al carbonio, acciaio legato e acciaio inossidabile, ed è in grado di eseguire lavorazioni su materiali compositi in base ai disegni forniti.