Procés de fosa de metall

La fosa és un dels primers mètodes de conformació de metalls coneguts pels éssers humans. En general, significa abocar metall fos a un motlle refractari amb una cavitat de la forma que es vol fabricar i permetre que es solidifiqui. Quan
solidificat, l'objecte metàl·lic desitjat es treu del motlle refractari trencant el motlle o desmuntant-lo. L’objecte solidificat s’anomena càsting. Aquest procés també s’anomena fundació

1. Història del procés de fosa
El procés de colada es va descobrir probablement cap al 3500 aC a Mesopotàmia. En moltes parts del món durant aquest període, les destrals de coure i altres objectes plans es convertien en motlles oberts de pedra o cuits al forn
argila. Aquests motlles eren bàsicament d'una sola peça. Però en períodes posteriors, quan es requeria l'objecte rodó, es van dividir aquests motlles en dues o més parts per facilitar la retirada dels objectes rodons
L'edat del bronze (c 2000 aC) va aportar molt més refinament al procés de fosa. Potser per primera vegada, es va inventar un nucli per fer butxaques buides als objectes. Aquests nuclis eren de fang cuit.
A més, el procés de cera perduda o de cera perduda es va utilitzar àmpliament per fer adorns i treballs fins.

La tecnologia de colada ha estat molt millorada pels xinesos des de l'any 1500 aC. Abans d'això, no hi ha proves de cap activitat de càsting a la Xina. No semblen haver estat greatl
famillar amb el procés de cire perdue ni el va utilitzar àmpliament, sinó que es va especialitzar en motlles de diverses peces per fer treballs molt complicats. Van dedicar molt de temps a perfeccionar el motlle fins a l’últim detall de manera que difícilment
es requeria qualsevol treball d'acabat de la fosa feta a partir dels motlles. Probablement van fabricar motlles de peces que contenien peces acuradament ajustades, que en comptaven trenta o més. De fet, s’han desenterrat molts motlles d’aquest tipus
incitant excavacions arqueològiques a diverses parts de la Xina.

La civilització de la vall de l'Indus també és coneguda pel seu ús extensiu de la fosa de coure i bronze per a ornaments, armes, eines i estris. Però la tecnologia no va millorar molt. Del vari
Molts objectes i figuretes que van ser excavats als jaciments de la vall de l'Indus, sembla que estaven familiaritzats amb tots els mètodes de fosa coneguts, com ara el motlle obert, el motlle de peces i el procés de cire perdue

Tot i que a l'Índia se li podia atribuir la invenció de l'acer del gresol, no es va evidenciar gaire la fundació del ferro a l'Índia. Hi ha proves que la fundació del ferro havia començat cap al 1000 aC a Síria i Pèrsia. Sembla
que la tecnologia de colada de ferro a l'Índia s'ha utilitzat des dels temps de la invasió d'Alexandre el Gran, cap al 300 aC.

El famós pilar de ferro que es troba actualment a prop del minar Qutb a Delhi és un exemple de les habilitats metal·lúrgiques dels antics indis. Fa 7,2 m de longitud i està feta de ferro mal·leable pur. Es suposa que això és del
període de Chandragupta II (375-413 dC) de la dinastia Gupta. La velocitat d’oxidació d’aquest pilar, que queda a l’aire lliure, és pràcticament nul·la i fins i tot la porció enterrada s’oxida a un ritme extremadament lent. Això
primer s’ha d’haver colat i després martellat fins a la forma final.

2. Avantatges i limitacions
El procés de fosa s’utilitza àmpliament en la fabricació a causa dels seus nombrosos avantatges. El material fos flueix a qualsevol secció petita de la cavitat del motlle i, com a tal, a qualsevol forma intricada, interna
o extern: es pot fer amb el procés de fosa. És possible colar pràcticament qualsevol material, ja sigui ferrós o no ferrós. A més, les eines necessàries per a la fosa de motlles són molt senzilles i
econòmic. Com a resultat, per a la producció de prova o la producció d’un lot petit, és un mètode ideal. És possible en el procés de colada col·locar la quantitat de material allà on es requereixi exactament. Com a resultat
es pot aconseguir una reducció de pes en el disseny. Les peces de fosa generalment es refreden uniformement des de tots els laterals i, per tant, s’espera que no tinguin propietats direccionals. Hi ha certs metalls i molt
que només es pot processar per colada i no per cap altre procés com la forja a causa de les consideracions metal·lúrgiques. Es poden fer peces de fosa de qualsevol mida i pes, fins i tot de fins a 200 tones.

Tanmateix, la precisió dimensional i l'acabat superficial aconseguits pel procés normal de colada en sorra no serien adequats per a l'aplicació final en molts casos. Per tenir en compte aquests casos, alguns castins especials
s’han desenvolupat processos com el diecasting, els detalls dels quals es donen en capítols posteriors. A més, el procés de colada en sorra requereix una certa intensitat de mà d’obra i, per tant, hi ha moltes millores.
com el modelat de màquines i la mecanització de foneria. Amb alguns materials, sovint és difícil eliminar els defectes derivats de la humitat present en les peces de fosa de sorra

3. Termes de càsting
En els capítols següents es veurien els detalls de la colada en sorra, que representa el procés bàsic de la colada. Abans d’entrar en els detalls del procés, seria definir diverses paraules de vocabulari de càsting
adequat.

Matràs: un matràs de motlle és aquell que manté intacte el motlle de sorra. Depenent de la posició del matràs a l'estructura del motlle, es fa referència a diversos noms com ara arrossegament, afrontament i galta. Està format per fusta
per a aplicacions temporals o més generalment de metall per a ús a llarg termini.
Arrossegar - Matràs de motlle inferior
Cope - Matràs de motlle superior
Galta: matràs de modelat intermedi utilitzat en el modelat de tres peces.
Patró: el patró és una rèplica de l'objecte final que s'ha de fer amb algunes modificacions. La cavitat del motlle es fa amb l'ajut del patró.
Línia de separació: és la línia divisòria entre els dos matràss de motlle que conforma el motlle de sorra. En el patró dividit també és la línia divisòria entre les dues meitats del patró
Tauler inferior: es tracta d’un tauler normalment de fusta que s’utilitza a l’inici de la fabricació del motlle. El patró es manté primer al tauler inferior, s’hi escampa sorra i, a continuació, es realitza l’aparició amb arrossegament
Sorra de cara: la petita quantitat de material carbonós escampat a la superfície interna de la cavitat del modelat per donar un millor acabat superficial a les peces de fosa
Sorra de motllura: és el material refractari acabat de preparar que s’utilitza per fabricar la cavitat del motlle. És una barreja d’argila de sílice i humitat en proporcions adequades per obtenir els resultats desitjats i envolta el
patró mentre es fa el motlle.
Sorra de suport: és el que constitueix la major part del material refractari que es troba al motlle. Es compon de sorra usada i cremada.
Nucli: s’utilitza per fer cavitats buides en peces de fosa.
Conca d’abocament: una petita cavitat en forma d’embut a la part superior del motlle on s’aboca el metall fos.
Spure: el pas pel qual el metall fos de la conca d’abocament arriba a la cavitat del motlle. En molts casos controla el flux de metall cap al motlle.
Corredor: passadissos del pla de separació a través del qual es regula el flux de metall fos abans que arribin a la cavitat del motlle.
Porta: el punt d’entrada real per on entra el metall fos a la cavitat del motlle.

Capelleta: les capelletes s’utilitzen per suportar nuclis dins de la cavitat del motlle per tenir cura del seu propi pes i superar les forces metal·lostàtiques.
Refredament: els refredats són objectes metàl·lics que es col·loquen al motlle per augmentar la velocitat de refredament de les peces de fosa per proporcionar una velocitat de refredament uniforme o desitjada.
Riser: és un dipòsit de metall fos que es proporciona a la fosa perquè el metall calent pugui tornar a la cavitat del motlle quan es produeix una reducció del volum de metall a causa de la solidificació

4. Procediment de fabricació de motlles de sorra
El procediment per fabricar un motlle típic de sorra es descriu en els passos següents

En primer lloc, es col·loca un tauler inferior a la plataforma de modelat o al terra, fent que la superfície sigui uniforme. El matràs d'emmotllament per arrossegament es manté cap per avall al tauler inferior juntament amb la part d'arrossegament del
patró al centre del matràs al tauler. Entre el patró i les parets del matràs hi hauria d’haver un espai suficient que hauria de ser de l’ordre de 50 a 100 mm. S’escampa una sorra seca
el tauler i el patró per proporcionar una capa antiadherent. Ara s’aboca una sorra d’emmotllament acabada de preparar de la qualitat necessària a l’arrossegament i al patró amb un gruix de 30 a 50 mm. La resta del matràs d'arrossegament és
completament omplert amb la sorra de còpia de seguretat i uniforme per compactar la sorra. El cop d’arena s’ha de fer correctament per no compactar-la massa, cosa que dificulta l’escapament de gasos.
ni massa fluix, perquè el motlle no tingués prou força. Un cop finalitzada l’aparició, l’excés de sorra del matràs es raspa completament mitjançant una barra plana fins al nivell de les vores del matràs.

Ara, amb un filferro de ventilació, que és un filferro d’1 a 2 mm de diàmetre amb un extrem punxegut, es fan forats de ventilació a l’arrossegament fins a la profunditat completa del matràs i al patró per facilitar l’eliminació de gasos durant el càsting
solidificació. Això completa la preparació de l'arrossegament.

El matràs d’arrossegament acabat es fa enrotllar cap al tauler inferior deixant al descobert el patró tal com es mostra a la foto. Mitjançant una taca, es reparen les vores de sorra al voltant del patró i es col·loca la meitat del patró
el patró d'arrossegament, alineant-lo amb l'ajut de passadors. El matràs de la part superior de l'arrossegament es troba alineant de nou amb l'ajut dels passadors. La sorra seca de separació s’escampa per tota l’arrossegament i sobre el patró

Un passador per a fer el pas del raig es troba a una petita distància d'uns 50 mm del patró. A més, si escau, es conserva el passador d’elevació en un lloc adequat i una sorra de modelat acabada de preparar similar a la d’aquesta
de l’arrossegament junt amb la sorra de suport s’escampa. La sorra està ben picada, l'excés de sorra es ratlla i es fan forats de ventilació per tot arreu com per resistència.

El passador de pinça i el passador de sortida vertical es retiren acuradament del matràs. Més tard, es talla la pica d’abocament a prop de la part superior de la pica. El cope està separat de l'arrossegament i de qualsevol sorra solta a la interfície de cope i arrossegament
de l’arrossegament es dispara amb l’ajut de manxes. Ara, es retiren les meitats del patró d’arrossegament i arrossegament mitjançant l’ús de les puntes de dibuix i el rapat del voltant per ampliar lleugerament la cavitat del motlle de manera que
les parets del motlle no es fan malbé pel patró de retirada. Els corredors i les portes es tallen amb cura al motlle sense fer malbé el motlle. Es bufa qualsevol excés o sorra solta que es trobi als corredors i a la cavitat del motlle
amb la manxa. Ara, la sorra orientada en forma de pasta s’aplica a tota la cavitat del motlle i als corredors, cosa que donaria a la fosa acabada un bon acabat superficial.

Un nucli de sorra seca es prepara amb una caixa de nucli. Després de la cocció adequada, es col·loca a la cavitat del motlle tal com es mostra a la foto. El cope es reemplaça en arrossegament tenint cura de l'alineació dels dos mitjançant el
pins. Es manté un pes adequat a la capa per tenir cura de la força metalostàtica ascendent durant l’abocament de metall fos. Ara, com es mostra a la foto, el motlle està a punt per abocar-lo.