Turnarea a fost folosită de mult timp și, ca atare, au fost dezvoltate un număr mare de variante. Ruta de producție a turnării constă din șapte evenimente critice, toate critice pentru cost, randamentul procesului și productivitatea. Aceste șapte evenimente sunt:
Casting has been used for a long time, and as such a great number of variants have been developed. The casting manufacturing route consists of seven critical events all critical to cost, process yield, and productivity. These seven events are:

• Proiectarea componentelor turnate
• Dispunerea și fabricarea matriței/formei
• Topirea metalului și condiționarea metalurgică a topiturii
• Umplerea cavității matriței
• Solidificarea topiturii în matriță/formă
• Scoaterea/ îndepărtarea pieselor
• Lustruirea și tratamente post-turnare a piesei
• Cast component design
• Mold/die layout and manufacturing
• Melting of the metal and metallurgical conditioning of the melt
• Filling of the die cavity
• Solidification of the melt in the die/mold
• Shakeout/part removal
• Fettling and part post-casting treatments

Proiectare componente turnate

Fundamentul unei piese de succes realizate prin traseul de fabricare a turnării se bazează pe câteva concepte simple. Prin realizarea unui design solid, o componentă foarte eficientă din punct de vedere al costurilor nu numai că va oferi valoare utilizării finale, ci va permite și randamente ridicate în procesul de fabricație și, prin urmare, va fi, de asemenea, eficientă din punct de vedere al resurselor, potrivită într-un mediu de producție durabil.
Cast Component Design

The foundation of a successful component made through the casting manufacturing route is based on some simple concepts. By making a sound design, a highly cost effective component will not only provide value to the end use but also enable high yields in the manufacturing process and will thus also be resource efficient well suited in a sustainable manufacturing environment.

Fabricarea matrițelor/formelorMold/Die Manufacturing

Sarcina matriței/formei este de a modela topitura și de a îndepărta căldura, astfel încât topitura să se solidifice la forma dorită. Important pentru alegerea procesului de turnare este funcția matriței/formei, deoarece diferitele tipuri de matrițe/forme vor crea diferite constrângeri asupra designului componentelor și a capacității de a gestiona diferite dimensiuni de serie. Există metode capabile de la fabricarea unei singure piese până la milioane de piese pe lună. Înțelegerea acestor constrângeri este, prin urmare, o parte a alegerii corecte a procesului. Principalul factor de discriminare pentru alegerea materialului matriței/formei este totuși determinat de punctul de topire al metalului de turnat. Aliajele de topire la temperatură înaltă, cum ar fi oțelul și fonta, sunt de obicei turnate folosind nisip sau matrițe ceramice. Aliajele de topire la temperatură joasă, cum ar fi aliajele de zinc, aluminiu și magneziu, sunt turnate în matrițe metalice. Cuprul și alama pot fi turnate în procesele de turnare sub presiune folosind matrițe permanente, dar aceste aliaje reprezintă o limită superioară pentru utilizarea matrițelor metalice. Trebuie remarcat faptul că turnarea sub presiune nepresurizată a oțelului este utilizată, dar numai pentru forme moderat complicate și dimensiuni limitate. Matrița/forma poate fi clasificată în următoarele trei principii principale (vezi și Tabelul 1):
The task of the die/mold is to shape the melt and to remove the heat so that the melt solidifies to the desired shape. Important to the choice of casting process is the function of the mold/die as different types of molds/dies will create different constraints on the component design and the ability to handle different sizes of series. There are methods capable from single piece manufacturing up to millions of parts per month. Understanding these constraints is thus a part of making the right choice of process. The main discriminator for the choice of mold/die material is however determined by the melting point of the metal to be cast. High-temperature melting alloys such as steel and cast irons are commonly cast using sand or ceramic molds. Low-temperature melting alloys such as zinc, aluminum, and magnesium alloys are cast in metallic molds. Copper and brass can be cast in pressure die casting processes using permanent molds, but these alloys represent an upper limit for the use of metal molds. It should be noted that un-pressurized die casting of steel is used but only for moderately complicated shapes and limited sizes. The die/mold can be classified into the following three main principles (see also Table 1):
• Tipul matriței/formei
• Matriță permanentă
• Formă de unică folosință
• Model
• Model permanent
• Model de unică folosință
• Principiu de umplere
• Gravitație
• Presiune joasă
• Presiune ridicată
• Type of mold/die
• Permanent die
• Disposable mold
• Model
• Permanent model
• Disposable model
• Filling principle
• Gravitation
• Low pressure
• High pressure

Principiul 1

Matrița este realizată dintr-un material solid, cel mai frecvent oțel pentru lucru la cald, cum ar fi H13. Există o serie de calități furnizate de principalii producători de oțel pentru scule din lume, cum ar fi Hitachi, Uddeholm Tooling și Daido. Nu este necesar un model fizic pentru cavitatea matriței, deoarece cavitatea matriței este prelucrată prin frezare mecanică și prelucrare prin electrodescărcare (EDM), urmată de șlefuire și lustruire. Din punct de vedere al designului, o linie de despărțire în sculă este necesară pentru extragerea pieselor din cavitatea matriței și, în general, ar trebui evitate decupările. Miezurile glisante sau miezurile pe bază de sare, în unele cazuri, sunt posibile de utilizat, dar adaugă costuri la fabricație. Gradul de automatizare este ridicat și este necesară o serie de dimensiuni mari pentru o soluție profitabilă.
The die is made from a solid material, most commonly hot-work steel such as H13. There are a number of grades supplied by the main tool steel makers in the world such as Hitachi, Uddeholm Tooling, and Daido. A physical model for the die cavity is not necessary as the die cavity is machined out by mechanical milling and electro-discharge machining (EDM) followed by grinding and polishing. From a design perspective, a parting line in the tool is necessary for part extraction from the die cavity, and undercuts should in general be avoided. Slider cores or salt-based cores in some cases are possible to use, but add cost to the manufacturing. The degree of automation is high and a sizeable series is necessary for a profitable solution.

Principiul 2

O matriță de unică folosință este de obicei realizată din nisip sau ceramică, chiar dacă există forme de plastic, folosind un model permanent. Deoarece modelul trebuie extras din cavitatea matriței în timpul fabricării matriței, este necesară o linie de despărțire. După extragerea modelului, cele două jumătăți de matriță sunt puse împreună și matrița este gata de utilizare. Folosirea miezurilor ​​pentru a crea caracteristici interioare și decupări este obișnuită. Gradul de automatizare variază, dar este posibil prin echipamente de fabricare a matrițelor de la furnizori precum DISA și Hunter. Flexibilitatea este mare și, în funcție de dimensiunea seriei, pot fi utilizate diferite tipuri de modele. Cele mai simple pentru serii mai scurte sunt realizate din lemn lăcuit, iar cele mai rezistente ar fi din metal.
A disposable mold is commonly made from sand or ceramics, even though plastic molds exist, using a permanent model. As the model needs to be extracted from the mold cavity during mold making, a parting line is necessary. After model extraction, the two mold halves are put together and the mold is ready for use. The use of cores to create inner features and undercuts is common. The degree of automation varies, but is possible through mold-making equipment from suppliers such as DISA and Hunter. Flexibility is high, and depending on series size, different types of models can be used. The simplest ones for shorter series are made from lacquered wood, and the most durable would be made from metal.

Principiul 3

Utilizarea unei matrițe de unică folosință și a unui model de unică folosință crește libertatea de proiectare, deoarece nu este necesară o linie de despărțire. Matrița este modelată în jurul modelului. Modelul este îndepărtat și matrița este ulterior sinterizată. Excepția aici este procesarea spumei pierdute, în care materialul de spumă din plastic este evaporat în timpul umplerii matriței.
The use of a disposable mold and a disposable model increases the design freedom as there is no parting line needed. The mold is shaped around the model. The model is removed and the mold is subsequently sintered. The exception here is lost foam processing where the plastic foam material is evaporated during mold filling.

Topirea metalului și condiționarea metalurgică a topiturii

Topitura este obținută în mod obișnuit fie din retopirea unui aliaj gata preparat, fie din procesarea pe bază de resturi. Turnătoriile reciclează, de asemenea, sistemele de rulare și de închidere utilizate pentru a umple matrița/forma în interior. În cuptorul de topire, condiționarea principală a topiturii este realizată pentru a obține compoziția de aliaj potrivită. În plus, tratamente speciale, cum ar fi inocularea pentru a controla microstructura piesei produse, sunt utilizate în mod obișnuit pentru a controla dimensiunea granulelor în aliajele de aluminiu și forma grafitului în fontă. Alte tratamente includ tratamente cu stronțiu pentru modificarea siliciului din aliajele de aluminiu pentru controlul proprietăților mecanice. Problema principală în componentele turnate este porozitatea. În procesul de realizare a unei componente solide, este esențial de a avea o topitură de înaltă calitate.
Melting of the Metal and Metallurgical Conditioning of the Melt

The melt is commonly made either from remelting a ready-made alloy or from scrap-based processing. Foundries also recycle runner and gating systems used to fill the mold/die in-house. In the melting furnace, the main melt conditioning is made to achieve the right alloy composition. Furthermore, special treatments, such as inoculation to control the microstructure of the part produced, are commonly used to control grain size in aluminum alloys and graphite shape in cast irons. Other treatments include strontium treatments to modify silicon in aluminum alloys for mechanical properties control. The main issue in cast components is porosity. In the process of making a sound component, having a high-quality melt is essential.

Turnare/Curgere

În etapa de turnare/curgere, cavitatea matriței este umplută. Viteza de umplere este foarte importantă în toate procesele de turnare, iar turbulența minimă este scopul principal. În procesele ajutate de gravitație, acest lucru se realizează prin designul pâlniei de turnare, al canalului și al închiderii în combinație cu abilitățile operatorului din atelier. Într-un proces asistat de presiune, acest lucru este hotărât de către sistemul de rulare și închidere, împreună cu sistemul de injecție controlat de computer.
Casting/Pouring

In the casting/pouring step, the die cavity is filled. The rate of filling is very important in all casting processes, and minimal turbulence is the main aim. In gravity-assisted processes, this is achieved by the sprue, runner, and gating design in combination with the shop floor operator skill. In a pressure-assisted process, this is decided by the runner and gating system together with the computer-controlled injection system.

Solidificarea

Solidificarea este determinată în primul rând de modelul piesei și, ca atare, de toate defectele, dar există o relație puternică între ceea ce este posibil și alegerea procesului. Problema principală este formarea porozității și acumularea de tensiuni/crăpare împreună cu distorsiunea piesei și lipsa toleranțelor.
Solidification is primarily determined by the part design and as such also all defects, but there is a strong relation between what is possible and the choice of process. The main issue is porosity formation and stress buildup/cracking together with part distortion and lack of tolerances.

Scuturare/Înlăturarea pieselor

Odată ce piesa este solidificată, aceasta trebuie îndepărtată din cavitatea matriței/formei. Acest pas modifică viteza de răcire și restricțiile de contracție și afectează toleranțele și tensiunile reziduale. Momentul de scuturare sau de ejectare/înlăturare a pieselor este un control important al procesului.
Once the part is solidified, it is to be removed from the mold/die cavity. This step changes the cooling rate and restrictions in shrinkage and affects the tolerances and residual stresses. The timing of shakeout or ejection/part removal is an important process control.

Fettling și tratamente post-turnare

După extracția pieselor, fettling-ul este început cu îndepărtarea sistemului de rulare și de închidere. Aici trebuie remarcat faptul că, pentru turnarea sub presiune la înaltă presiune, este obișnuit să se folosească cea mai mare poartă posibilă. Uneori, procesul de fettling este cel care limitează acest lucru, deoarece există o limitare practică a forței în etapa de degajare. În această singură operație, aprinderea poate fi, de asemenea, scoasă. În urma acestei prelucrări, se poate face acoperirea suprafeței și tratamentul termic. Diferențele dintre acești pași și configurarea echipamentului generează capacități diferite ale proceselor de a turna diferite materiale. O comparație între diferite procese și capacitatea lor de aliaj este prezentată în Tabelul 2.
Fettling and Part Post-Casting Treatments

Subsequent to part extraction fettling is started with the removal of the runner and gating system. It should here be noted that for high-pressure die casting, it is common that the largest possible gate is to be used. Sometimes it is the fettling process that limits this as there is a practical force limitation in the de-gating step. In this single operation, the flash can also be removed. Following this machining, surface coating and heat treatment can be done. The differences in these steps and equipment setup generate different capabilities of the processes to cast different materials. A comparison between different processes and their alloy capability is shown in Table 2.