La sabbia è il mezzo ideale per fondere il metallo liquido nella forma desiderata. Innanzitutto, la sabbia adatta al materiale da processare viene miscelata con un legante (ad esempio resine) e pressata nella forma desiderata da una macchina. Questo nucleo di sabbia definisce la struttura del pezzo futuro (Fig. 2). Il metallo liquido viene colato nello stampo e dopo che il pezzo è completamente indurito, viene rilasciato dalla sabbia. Rimuovendo i resti del legante, la sabbia può essere riciclata e utilizzata per nuovi stampi. Per questa applicazione, è necessario utilizzare una sabbia di alta qualità, ovvero quarzo quasi puro (SiO2) per evitare reazioni tra lo stampo ed il metallo liquido.
Inoltre, la sabbia deve avere una buona permeabilità ai gas e una bassa compressibilità. La dimensione del grano viene attentamente monitorata poiché influenza la struttura superficiale del pezzo fuso, la quale sarà troppo ruvida se la dimensione delle particelle sarà troppo grande. Le sabbie modellanti hanno solitamente una distribuzione dimensionale da 0,1 mm a 0,8 mm con una dimensione media compresa tra 0,2 mm e 0,45 mm. Un parametro standard per esprimere la dimensione delle sabbie di stampaggio è il numero di finezza AFS (AFS = American Foundry Society). Questo numero è calcolato dalla distribuzione delle dimensioni, che è determinata dai setacci ASTM standard. Ogni frazione viene moltiplicata per un fattore di ponderazione, i risultati vengono sommati e divisi per 100. Si noti che il numero AFS risultante aumenta al diminuire della dimensione media. Il numero AFS è considerato proporzionale al numero di grani per unità di peso.
Calcolo del numero AFS. Si noti che il numero AFS può essere calcolato solo se sono state utilizzate le classi di dimensioni corrette. I setacci selezionati devono essere un sottoinsieme contiguo della serie di setacci a rete ASTM.
Terra di formatura, anima di sabbia e pezzo fuso
L'analizzatore granulometrico a tecnologia di Analisi dell'Immagine Dinamica (Dynamic Image Analysis DIA) CAMSIZER P4 determina la dimensione e la forma delle particelle in un intervallo da 20 μm a 30 mm ed è quindi ideale per l'analisi di routine delle sabbie modellanti. Le particelle in esame vengono convogliate da uno scivolo vibrante nella zona di misura dove, in caduta libera, attraversano una sorgente luminosa. Ciò consente la misurazione simultanea di diversi parametri di dimensione e forma come larghezza, lunghezza, diametro dell'area, proporzioni, rotondità, compattezza e molti altri. L'enorme vantaggio di questa disposizione è l'ingente quantità di campione che può essere elaborata in un tempo di analisi molto breve di soli pochi minuti.
Il CASMIZER P4 può valutare fino a 60 immagini al secondo e il tempo di analisi totale è solitamente inferiore a tre minuti. Poiché il CAMSIZER P4 non necessita di manutenzione, rappresenta un'alternativa più rapida e affidabile all'analisi del setaccio tradizionale. Il CAMSIZER P4 ha un design robusto ed è insensibile alle vibrazioni e alla polvere. Lo strumento è quindi adatto ad un utilizzo sia in impianti industriali che nei laboratori.
In questo esempio presentiamo i risultati dell'analisi granulometrica con il CAMSIZER P4 tra terra di formatura nuova e sabbia riciclata. La Fig. 5 mostra la distribuzione q3 (distribuzione di frequenza) dei campioni. I tre diversi tipi di "terra di formatura nuova" mostrano tutte le distribuzioni molto strette, ad esempio le particelle di dimensioni molto simili. La sabbia utilizzata presenta un'ampia distribuzione con una significativa percentuale di dimensioni fini, che sono residui di combustione del legante. Questo materiale non può essere riutilizzato così com'è, poiché le particelle fini riducono la porosità e fanno sì che i fumi non possano fuoriuscire correttamente durante il successivo processo di fusione. Pertanto, la sabbia utilizzata viene riciclata, condizionata e miscelata con sabbia nuova. Ciò mantiene il consumo di nuova sabbia il più basso possibile. La setacciatura è il metodo tradizionale per determinare la distribuzione granulometrica della terra di formatura. È un metodo economico e facile, ma tuttavia ha una risoluzione limitata in quanto richiede tempo, richiede molta manodopera ed è soggetto a errori umani. Il CAMSIZER P4 fornisce misurazioni rapide e completamente automatizzate e si può ottenere una perfetta corrispondenza con il risultato della setacciatura tradizionale (Fig. 6). Naturalmente, il software calcolerà il numero AFS secondo la Fig.1.
CAMSIZER P4 analysis result of three different samples of new sand (blue), used sand (green) and recycled sand (red)
CAMSIZER P4 result of two sand samples (red/ blue) ascumulative distribution (Q3). The black asterisks represent the corresponding sieve analysis.
Il CAMSIZER P4 è ideale per la misurazione della terra di formatura. La nuova terra di formatura e la sabbia riciclata possono essere caratterizzate con la massima precisione e in pochi minuti. Ciò garantisce un'elevata produttività del campione, un carico di lavoro ridotto e tempi di risposta più rapidi. La concordanza dei risultati con la vagliatura tradizionale può essere facilmente stabilita in modo che tutte le specifiche del prodotto possano rimanere invariate. Il CAMSIZER P4 può anche essere dotato di un AutoSampler (Fig. 7) che permetterà l'analisi consecutiva fino a 12 campioni. L'AutoSampler può anche funzionare in modalità stand-by e avviare automaticamente una misurazione non appena viene introdotto un nuovo campione.
CAMSIZER P4 with AutoSampler