Colata di precisione sottovuoto

Nella maggior parte dei casi, il prodotto ottenuto attraverso un sistema VIM viene ulteriormente processato sottovuoto. Una di queste applicazioni è la colata di precisione sottovuoto presso fonderie di microfusione per la produzione di componenti avanzati realizzati con getti di alta qualità.

Sfruttando i principi del processo a cera persa, una forma ceramica viene preparata e preriscaldata prima della colata. Una quantità misurata di metallo pre-alligato viene quindi rapidamente rifusa e colata nella forma ceramica sottovuoto.

Il processo convenzionale produce getti con orientamento della struttura dei grani equiassiale o casuale. Tuttavia, i getti ottenuti per solidificazione direzionale e a singolo cristallo sono oggi più comunemente richiesti per la tecnologia delle turbine, poiché il progresso raggiunto dagli attuali impianti permette la produzione di getti di maggiori dimensioni con tali metodi.

Il moderno forno a induzione sottovuoto per colata di precisione incorpora i più recenti controlli PC/SCADA per monitorare accuratamente e gestire i parametri di fusione e colata, ottenendo costantemente, in questo modo, le proprietà metallurgiche ottimali del componente prodotto.

Per capacità fusorie comprese tra 15 e 200 kg, Consarc offre impianti con doppia camera orizzontale o verticale per funzionamento semicontinuo. Per sistemi di queste dimensioni sono disponibili funzionalità per la solidificazione controllata dei getti di tipo equiassiale (EQ), direzionale (DS) e a singolo cristallo (SC).

I sistemi a doppia camera prevedono una camera per fusione che contiene la bobina a induzione e la zona di preriscaldo della forma per le applicazioni di solidificazione controllata DS/SC. Una valvola di isolamento sottovuoto separa la camera di fusione dalla camera per la forma che include il meccanismo di trasferimento della stessa. Il sistema permette la fusione della carica prestabilita indipendentemente dalla movimentazione e dalle operazioni di trasferimento della forma ceramica.

Getti a solidificazione direzionale e a singolo cristallo

I getti a solidificazione direzionale (DS) e a singolo cristallo (SC) sono richiesti per impiego nel settore aerospaziale e nel campo delle turbine per le migliorate proprietà meccaniche a temperature estremamente elevate. I forni idonei a fondere questi componenti dispongono di caratteristiche tali da poter controllare il processo di solidificazione del getto. La camera di fusione superiore dispone di una zona dove, prima della colata, la forma viene riscaldata ad una temperatura superiore a quella della lega liquida. La zona di preriscaldo dello stampo è riscaldata a induzione per assicurare un controllo ottimale del gradiente termico all’interno della forma stessa.

Le forme sono collocate su una piastra dotata di dissipatore di calore raffreddato ad acqua e una zona di raffreddamento schermata, posizionata direttamente sotto la zona di riscaldo, crea le condizioni di elevato gradiente termico necessario alla solidificazione del getto. Un sistema elettromeccanico di precisione controlla il passaggio dello stampo dalla zona di riscaldo a quella di raffreddamento, in modo da assicurare il gradiente termico ottimale dal quale dipende l’orientamento del grano, o il singolo cristallo, dei getti prodotti.

Per produrre un getto a solidificazione controllata, la temperatura della forma deve essere superiore a quella della lega durante la sequenza iniziale di colata. Questa condizione è ottenuta dal passaggio della forma dalla zona riscaldata, progressivamente raffreddata in una direzione per avviare il processo di solidificazione, come illustrato nella figura sottostante.

Figura 1 - getto a solidificazione direzionale (DS)

DS casting

I getti a singolo cristallo sono prodotti in modo simile a quelli ottenuti per solidificazione controllata, con la differenza che viene aggiunto un selettore di grano alla base della forma stampo, come illustrato sotto.

SC casting

Nei forni verticali per applicazioni DS/SC il meccanismo di abbassamento/elevazione incorpora un sistema meccanico o oleodinamico controllato in base a precise specifiche. Tale livello di controllo è essenziale durante il passaggio dalla zona di riscaldo della forma per l’orientamento ottimale del grano nel getto prodotto. La Consarc può offrire zone di riscaldo per la forma sia riscaldate a induzione che a resistenza, con zona di controllo singola o multipla, in base all’applicazione e/o le preferenze del Cliente.

Sostituzione dello schermo termico DS/SC

Alla base del sistema di riscaldo della forma nei forni DS/SC, la presenza di uno schermo di isolamento termico concorre a creare un gradiente di raffreddamento preciso nella zona di solidificazione. Questo scudo termico è fondamentale per il processo. Esso viene normalmente posizionato durante la fase di impostazione del ciclo di riscaldo, a freddo e con forno aperto.

A richiesta, Consarc può fornire i mezzi necessari per collocare, rimuovere e sostituire con precisione lo schermo termico mentre la camera di fusione è sottovuoto, senza spegnere il sistema di riscaldo dello stampo. Questa opzione accresce in modo significativo la produttività del forno.

Forni sottovuoto di grandi dimensioni per colata di precisione di getti a solidificazione equiassiale

Per accrescere la propria offerta di forni sottovuoto per colata di precisione, la Consarc rende disponibile una serie di impianti per la colata di getti singoli o multipli di grandi dimensioni per l’industria delle turbine a gas ed altre applicazioni.

Con una configurazione orizzontale a doppia camera, questa serie di impianti di grandi dimensioni può produrre getti a solidificazione equiassiale a partire da una capacità fusoria di 150-500 kg.

Sistemi di potenza a induzione

L’energia necessaria alla fusione è fornita da una unità di potenza a induzione statica della Inductotherm. L’alimentazione è prelevata attraverso la camera sottovuoto e raggiunge la bobina del forno per mezzo di un passaggio coassiale sigillato rotante e raffreddato ad acqua, oppure attraverso uno speciale gruppo di collegamento.

Controlli

Tutti gli impianti Consarc dispongono di un sistema di controllo completamente integrato per un funzionamento efficiente del forno.

Oltre ai dispositivi di controllo locali e a distanza per l’operatore, i forni della Consarc sono tutti disponibili con sistema PLC e, in opzione, anche con PC/SCADA, in grado di accrescere l’automazione e di mantenere costanti le caratteristiche dei getti.

In modalità di controllo da computer, l’operatore ha la possibilità di selezionare i programmi precedentemente definiti o, in alternativa, di impostare un nuovo gruppo di parametri. Le funzionalità di autoapprendimento sono state sviluppate in modo tale da permettere che i cicli operativi effettuati manualmente con successo, come la regolazione della velocità di rovesciamento e posizionamento del crogiolo (v. sotto, Controllo del rovesciamento e della colata) e quello della forma, vengano salvati su computer per la successiva riproducibilità in modalità automatica.

L’opzione di analisi SPC prevede inoltre un’estesa funzionalità di acquisizione dei dati.

Controllo del rovesciamento e della colata

Il controllo delle operazioni di colata costituisce un fattore critico nelle applicazioni con forni sottovuoto per colata di precisione. Per soddisfare le esigenze più complesse, Consarc ha sviluppato una serie di gruppi di rovesciamento e di connessioni di potenza con movimento trasversale per una colata del metallo veloce e precisa, dal crogiolo a induzione alle forme. Il crogiolo può ruotare sul suo asse di rovesciamento e, contemporaneamente, traslare in modo da permettere il posizionamento del becco di colata quanto più vicino possibile alla forma.

Il controllo di entrambi i movimenti di rovesciamento e di traslazione della bobina a induzione è ottenuto automaticamente attraverso il sistema PC/PLC in base ad un programma predefinito, assicurando così caratteristiche costanti di ciascun getto, senza ricorrere a variazioni manuali da parte dell’operatore.

Cambio rapido delle bobine a induzione

Un unico sistema di collegamento, appositamente sviluppato da Consarc e Inductotherm, permette l’utilizzo di un’ampia serie di bobine per fusione a cambio rapido all’interno dello stesso forno, incrementando così la versatilità e le applicazioni del sistema.