Download - Esercitazione fonderia (1)
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Tecnologia Meccanica Prof. Fabrizio Memola Capece Minutolo
EsercitazioneFonderia
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-Componente da finire alle macchine utensili-Materiale: Ghisa grigia (peso specifico g=73 N/dm3)-Processo di colata in terra a verde
PROPORZIONAMENTO DI UN GETTOIN TERRA VERDE
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1) Scelta del piano di divisione delle staffe
2) Disegno e quotatura del modello
STEP
3) Dimensionamento delle materozze
4) Dimensionamento del sistema di colata
5) Calcolo della spinta metallostatica Ftot
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SCELTA DEL PIANO DI DIVISIONE DELLE STAFFE
Possibili piani di divisione
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Dalla figura si evidenzia la scelta delPIANO ASSIALE che permette dievitare problemi di sottosquadro emantenere le superfici cilindriche, inparticolare quelle delle flange (sarebbestato pi difficile, oltre agli ovviproblemi di sottosquadro, lavorare le
SCELTA DEL PIANO DI DIVISIONE DELLE STAFFE
problemi di sottosquadro, lavorare lesuperfici cilindriche delle flange acausa di problemi di fissaggio).Una volta definito il piano di divisione delle staffe possibile disegnarequalitativamente il modello mettendone in evidenza:
-Fenomeno del ritiro-Angoli di spoglia-Sovrametallo
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FENOMENO DEL RITIROLe leghe utilizzate maggiormente in fonderia subiscono un ritirovolumetrico nellintervallo compreso tra la temperatura di colata e latemperatura finale di equilibrio, ovvero la temperatura ambiente. In fasedi progetto bisogna tener conto di questo fenomeno andando amaggiorare le dimensioni nominali tramite il coefficiente di ritirovolumetrico.
Materiale Ritiro (%) Materiale Ritiro (%)Acciai non legati 1,80 Ghise malleabili nere 0,50Acciai non legati 1,80 Ghise malleabili nere 0,50Acciai legati (esclusi quelli al Leghe Al (basso Si) 1,35Mn e inossid.) 1,80 Leghe Al (alto Si) 1,20Acciai al manganese 2,30 Leghe Cu-Sn 1,50Acciai inossidabili 2,00 Leghe Cu-Zn 1,20Ghise grigie 1,00 Leghe Cu-Sn-Zn 1,30Ghise sfer. perlitiche 1,20 Leghe Cu-Zn (Mn, Fe, Al) 2,00Ghise sfer. ferritiche 0,50 Leghe Cu-Al (Ni, Fe, Mn) 1,90Ghise austenitiche 2,00 Leghe di Zn 1,30Ghise bianche 2,00 Leghe antifrizione (metalliGhise malleabili bianche 1,60 bianchi) 0,50
Valori medi di ritiro lineare (UNI 473)
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ANGOLI DI SPOGLIAPer la scelta degli angoli di spoglia si fa invece riferimento alla seguentetabella in cui sono riportati, per modelli in legno e metallici, i valoriottimali di suddetti angoli. Si scelga un modello in legno.
Valori indicativi degli angoli di spoglia
Si decide di prendere un angolo di spoglia di 2per tutte le superfici cherisultano ortogonali al piano di divisione delle staffe.
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SOVRAMETALLOPer la scelta del sovrametallo si faccia riferimento alla seguente tabella:
Valori indicativi del sovrametallo per getti in ghisa realizzati mediante fusione in terra
Si adotta, per semplicit, per tutte le dimensioni del pezzo un valore delsovrametallo di 4 mm.
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Possiamo dunque quotare il modelloricordando che:
- Sovrametallo =4 mm- Ritiro =1%- Angoli di spoglia =2
QUOTATURA DEL MODELLO
Nella tabella seguente riportata laprocedura seguita per calcolare lequote del modello dimensionato eriportato di seguito: I raggi di raccordo discendono
dalle configurazioni geometriche.Sono pari a 4 mm sugli spigoli(pari al sovrametallo) e pari a 10mm sugli angoli.
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Alcune quote vanno necessariamente modificate per soddisfare le normedel disegno; occorre tenere conto degli angoli di spoglia e dellelunghezze del tratto conico:
Lunghezza del modello
QUOTATURA DEL MODELLO
Larghezza delle flange
mmtgLM 1865.185)2(2432002180 =+=
mmtgtgLF 335.32)2(299200)2(
24320028 =++=
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Poich il pezzo simmetrico rispetto ad un piano mediano, si puscegliere una soluzione con due materozze in corrispondenza delleflange:
DIMENSIONAMENTO DELLE MATEROZZE
Staffe allestite e posizionamento dellanima
Pezzo fuso con materozze e sistema di colata
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Considerando met pezzo si ricava:
Volume:
V=1310000 mm3
Sup. di raffreddamento:
DIMENSIONAMENTO DELLE MATEROZZE
S1+S2+S3+S4+S5=S=104500 mm2
Il modulo di solidificazione del getto risulta essere:
M=V/S=12,5 mm
Il modulo della materozza vale quindi:
MMAT=1,2M=15 mm
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Adottando una materozza a sez. rettangolarecon rapporto fra i lati pari a 2 e tenendo contodelle dimensioni della flangia:
b/a=2=110/55
La sua altezza deve essere tale da soddisfare la
DIMENSIONAMENTO DELLE MATEROZZE
La sua altezza deve essere tale da soddisfare larelazione MMAT=V/S=15 mm, quindi si ha:
h=85 mm
possibile definire laltezza H della staffasuperiore, funzione delle dimensioni dellamaterozza, secondo le norme UNI 6765-70:
H=200 mm
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NOTE
Le dimensioni calcolate per la materozza sono da intendersi come valoriminimi per evitare cavit di ritiro.
Come conseguenza dellaltezza della staffa, le materozze avrannounaltezza totale (compresi gli attacchi alle flange) di 100 mm.
DIMENSIONAMENTO DELLE MATEROZZE
unaltezza totale (compresi gli attacchi alle flange) di 100 mm.
La scelta di sistemare le materozze in corrispondenza della partesuperiore delle flange suggerita dal fatto che tale zona quella cheviene riempita per ultima dal metallo liquido; quindi anche lultima araffreddarsi.
Di conseguenza, proprio in questa zona che possono verificarsi cavitdi ritiro se non si provvede ad una corretta alimentazione mediantematerozze.
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Il dimensionamento dei vari canali dipende dal tempo di riempimentorichiesto per ottenere un getto sano:
tR < tS
tR < tC
DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA
tR = tempo di riempimento
tS = tempo di solidificazione (si supponga un surriscaldo di 100C)
tC = tempo critico (tempo di esposizione massimo allirraggiamento daparte della forma; dipende dalle caratteristiche della terra)
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Tempo di solidificazione(2 metodi di calcolo)
1) In base al modulo (in cm) disolidificazione:
tS = KMM1,71 = 161,251,71 = 23,4 s
DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA
2) In base allo spessore minimo (in cm)del getto (nel nostro caso, la flangia):
tS = KSS1,71 = 52,81,71 = 29 s
Tempo critico
tC = 10 stR = 8 s
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PORTATA MEDIA
Ricordando che: Qm = V/tR = 2620000/8 = 327500 mm3/s
VELOCITA DI RIEMPIMENTO
Avendo scelto lattacco in piano, la staffa inferiore risulta riempita
DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA
dallalto (colata diretta) e laltezza piezometrica coincide con laltezzaH della staffa superiore:
La staffa superiore risulta riempita in sorgente ed possibile ricavarelaltezza equivalente h e quindi la velocit di riempimento come segue:
smgHvi / 98.12.081.922 ===
smghvmhh
h sfi / 68.1145.081.922 145.0
21.02.0
2
22
====
+=
+=
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Assumiamo come velocit v di riempimento il valore medio tra vi e vs:
v = 1,83 m/s
Per tenere conto delle perdite di carico, riduciamo tale valore a:
v = 1 m/s = 1000 mm/s
DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA
v = 1 m/s = 1000 mm/s
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CALCOLO DELLE SEZIONI
Si supponga di adottare un sistema pressurizzato, ossia presentante lasezione del canale di colata maggiore di quella dellattacco, con:
S /S /S = 4/3/2
DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA
SC/SD/SA = 4/3/2
SC = Sezione del canale di colataSD = Sezione del distributoreSA = Sezione degli attacchi
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La sezione minima del flusso del metallo liquido si presenter incorrispondenza degli attacchi, quindi:
Sezione degli attacchi
SA=Qm/v=327500/1000=330 mm2 SA1=SA2=SA/2=330/2=165 mm2
DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA
Sezione del canale di distribuzione
SD=1,5SA=1,5330=495 mm2
Sezione del canale di colata
SC=2SA=2330=660 mm2
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Nota laltezza (H = 200 mm) della staffasuperiore, si pu valutare la forza chetende a sollevarla, trascurando ilcontributo della forza agente sullesuperfici inclinate dellangolo di spoglia.
Sulla superficie cilindrica di diametro 99
CALCOLO DELLA SPINTA METALLOSTATICAFtot
Sulla superficie cilindrica di diametro 99mm si ha:
Sulle due superfici cilindriche di diametro 200 mm si ha:
NLDHDF g 14222.1899.000.299.073
81=
=
=
pipi
NLDHDF g 10028.08200.200.2732
822 =
=
=
pipi
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La presenza dellanima (a = 16 N/dm3) causa una spinta:
CALCOLO DELLA SPINTA METALLOSTATICAFtot
( ) NVVF aag 1345.0286.143.047386.143.0422
3 =+==pipi
La forza totale che tende a sollevare la staffasuperiore:
Se la forza totale risulta maggiore del pesodella staffa superiore, necessarioappoggiare pesi adeguati sulla staffa stessa.
NFFFFtot 25513100142321 =++=++=