Tazze per caricatori automatici in metallo o ceramica: pro e contro
I vantaggi delle tazze per caricatori automatici lineari e rotativi in metallo sono il loro prezzo relativamente basso rispetto alla ceramica, la robustezza e quindi capacità di resistere agli urti e alle cadute e il fatto che sono (o erano?) più facili da fissare a robot o ai caricatori. Tuttavia queste tazze necessitano di un rivestimento per prevenire metallizzazioni, erosioni e impurità ferrose e il rivestimento va rifatto più volte in corso di produzione. Devono essere inoltre pre-riscaldate per ridurre lo shock termico e la perdita di calore della lega liquida.
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La conducibilità termica
I vantaggi delle tazze in ceramica sono principalmente questi:
Sono più leggere
Non necessitano di pre-riscaldamento
Hanno un’eccellente resistenza alla corrosione
Una lunghissima durata operativa (fino a 100.000 colpi)
Nessuna impurità ferrosa
Bassa bagnabilità con leghe di alluminio e quindi facile rimozione dei residui (di solito sono rivestite con nitruro di boro)
Tuttavia, vantaggi e svantaggi non sempre sono quantificabili e la domanda iniziale rischia di rimanere un po’ senza risposta. Ma c’è un punto che è molto importante e che si può misurare: la diversa conducibilità termica e cioè quanti gradi perde la lega mentre è nella tazza?
La conduttività termica di una tazza in metallo preriscaldata può arrivare all’incirca a 30 W/mK (Watt per metro Kelvin). Le tazze in ceramica proposte dalla Mambretti Metalli sono in ceramica composita SiO2-CaO ad elevata porosità (1600 kg/m3 , il materiale è schiumoso/poroso) e hanno una conduttività veramente bassa, 0,43 W/mK. Ma come si traduce questo in pratica?
Immaginiamo una situazione di questo tipo: una tazza in metallo contiene 6 Kg di alluminio, T=670 C, Conduttività termica tazza: k=30 W/mK, spessore tazza: L=0,02 m , area di contatto: A=0,033 mq, tempo: t=20s.
Diamo in pasto il problema all’AI e in pochi secondi abbiamo la soluzione: la perdita di temperatura della lega (solo conduzione, no convezione/radiazione) varia da 18° a 86° in funzione della temperatura della tazza dopo il preriscaldamento, della temperatura ambiente e della distanza della lega liquida dalla parete della tazza.
Lo stesso calcolo con la tazza in ceramica si traduce in una perdita di temperatura di 1–1,2 °C, cioè praticamente non c’è perdita di temperatura durante la fase di trasporto dal forno fino al versamento.
La minore (o assente) perdita di temperatura ha un duplice vantaggio: la temperatura nella tazza resta omogenea mentre con la tazza di metallo può essere molto disomogenea tra le zone vicino alle pareti e quelle centrali (di più, la lega comincia a solidificare lungo le pareti e si formano le dendriti dall’esterno verso l’interno); il forno di attesa può essere tenuto a temperatura più bassa e questo è un vantaggio facilmente quantificabile.
La risposta alla domanda iniziale è dunque quella di valutare con attenzione la scelta del materiale della tazza. Ci sono ancora senz’altro casi in cui la tazza in metallo può essere conveniente ma per getti di qualità e produzioni sostenibili il rapporto costo/beneficio potrebbe invertirsi a favore delle tazze in ceramica.