exe01_eserciziario-fonderia

POLITECNICO DI BARI Corso di Tecnologia Meccanica Ing gestionale (corso B)

Esercitazioni FONDERIA

AA 2009-2010 Ing. Palumbo

Pagina 1 di 8

DIMENSIONAMENTO DEL MODELLO Sovrametalli di lavorazione

Valori del sovrammetallo (mm) per getti

in acciaio colati in terra Valori del sovrammetallo (mm) per getti

in ghisa colati in terra Angoli di sformo

Permettono la corretta estrazione del modello. Nella seguente tabella sono proposti i valori dellangolo di sformo (in gradi e come conicit) per modelli METALLICI e in LEGNO.




Pagina 2 di 8

Raggi di raccordo

Sono utilizzati per ridurre erosione della forma durante la colata, ridurre rischi di rottura durante la solidificazione, ridurre concentrazioni di tensioni durante luso. buona regola assumere in corrispondenza degli spigoli un raggio di raccordo pari al sovrametallo.

Ritiro Il metallo, in fase solida, si ritira in modo dipendente dalla configurazione geometrica e dai vincoli (esercitati per esempio dalle anime); si possono fare valutazioni approssimate dellentit dei ritiri utilizzando i seguenti valori lineari medi in tabella.

Valori del ritiro lineare medio in fase di solidificazione

DIMENSIONI STAFFE UNIFICATE




Pagina 3 di 8

DIMENSIONAMENTO SISTEMA DI ALIMENTAZIONE Calcolo delle dimensioni e del numero delle materozze

Le dimensioni ed il numero delle materozze da utilizzare va stabilito attraverso il soddisfacimento delle seguenti due condizioni: C1. Il modulo di raffreddamento della materozza deve essere il maggiore se confrontato con

quello di qualsiasi altra zona del getto C2. Il volume della materozza deve essere in grado di compensare la variazione dimensionale

dellintero getto dovuta alla contrazione in fase di raffreddamento.

La prima condizione pu essere espressa tramite la relazione seguente:

Mm f(D,H) = 1.2 x Mn dove Mm indica il modulo della materozza ed Mn rappresenta il modulo della porzione n-esima del getto con cui a contatto la materozza. Il calcolo di Mm presuppone la conoscenza di una relazione tra i parametri geometrici che definiscono la forma della materozza (per esempio, nel caso di una materozza cilindrica, tra laltezza H ed il diametro D). Per semplificare il calcolo del modulo di raffreddamento relativo alla materozza, si possono ipotizzare tutte le sue superfici scambianti, senza preliminarmente considerare la effettiva posizione della materozza sia rispetto al getto che alla forma (affiorante o meno). In questo modo la materozza viene dimensionata in sicurezza, ovvero il modulo calcolato , a parit di volume della materozza, il pi piccolo. In una eventuale successiva fase di affinamento della soluzione si pu prevedere il calcolo del modulo di raffreddamento della materozza tenendo conto della sua effettiva posizione (a contatto con il getto o meno). Il valore del modulo della materozza deve risultare maggiore del 20% rispetto alla zona del getto cui adiacente, dal momento che il modulo della materozza conterr il cono di ritiro, che determina sia una riduzione del volume che un aumento della superficie rispetto ai valori geometrici. Dunque il valore del modulo della materozza (Mm) deve non solo essere maggiore per assicurare la solidificazione direzionale, ma opportunamente ingrandito per tenere conto del fatto che calcolandolo usando le sole informazioni geometriche si sovrastimerebbe il suo valore. La seconda condizione pu essere espressa imponendo che il volume del cono di ritiro eguagli la riduzione di volume Vg dellintero getto (visto come somma di Vpezzo e di Vmaterozza). La relazione che ne consegue :

MMAX Vb

bKV = con ( )M

Hr

VV

K M8.0= essendo Vr il volume che il cono di ritiro assume quando ha raggiunto una altezza pari all80% di quella della materozza, Vm il volume della materozza, VMAX il volume massimo alimentabile e b il coefficiente di ritiro volumetrico.

La porzione di superficie della materozza a contatto con il getto si pu ritenere NON-SCAMBIANTE rispetto alla porzione a contatto con la forma entro cui colato il materiale, in quanto non vi gradiente termico tra le regioni separate dalla superficie di contatto. E bene evidenziare che anche la superficie della materozza che a contatto con latmosfera pu ritenersi non-scambiante a causa del coefficiente di scambio termico che la caratterizza, di gran lunga pi piccolo di quello delle pareti a contato con la forma; tuttavia, al fine di un dimensionamento in sicurezza, si pu assumere uno scambio termico anche attraverso la superficie a contatto con latmosfera.




Pagina 4 di 8

Il valore di K dipende dal tipo di materozza (per es. K=20% per materozze emisferiche e sferiche; K=14% per materozze cilindriche ed ovali, ecc.) e comunque in genere un dato del problema. I valori del ritiro volumetrico possono essere desunti, per alcuni materiali, dalla tabella che segue:

Metallo o lega Coefficiente di contrazione del volume (b%) Metallo o lega Coefficiente di contrazione

del volume (b%) Alluminio 6.6 70%Cu30%Zn 4.5 Al4.5%Cu 6.3 90%Cu10%Al 4 Al12%Si 3.8 Ghisa Grigia Espansione fino a 2.5 Acciaio (C1%) 4 Ghisa Bianca 45.5 Rame 4.9 Zinco 6.5

bene notare che le due condizioni devono essere verificate entrambe, ed una non esclude laltra. Questo significa che una materozza potrebbe soddisfare la prima condizione e dunque realizzare una solidificazione direzionale, ma il suo volume potrebbe essere insufficiente al fine di alimentare lintero getto e dunque non essere in grado di evitare la formazione di un cono di ritiro che interessa il getto. Dunque, dopo aver calcolato le dimensioni della materozza con la C1, si deve verificare la C2. Se tale condizione non risulta verificata si pu:

a. aumentare le dimensioni della materozza, ricavandole questa volta dalla relazione del volume massimo alimentabile; in tal caso la C1 sar sicuramente soddisfatta con le nuove dimensioni.

b. aumentare il numero delle materozze, ricavandolo dalla relazione C2 (e lasciando dunque inalterate le dimensioni precedentemente calcolate)




Pagina 5 di 8

DIMENSIONAMENTO SISTEMA DI COLATA

SC : sezione del canale di colata

SD: sezione del canale di distribuzione

SA: sezione degli attacchi di colata

Il tempo tc in cui avviene la colata deve soddisfare alla duplice condizione di essere inferiore:

a. Al tempo limite dopo il quale la forma comincia a danneggiarsi per irraggiamento o erosione (tcrit); tale tempo critico pu essere stimato allincirca pari a 60 sec nel caso di forme transitorie che utilizzino leganti sintetici, e compreso tra 4 e 25 sec nel caso di forme che utilizzino leganti naturali.

b. Al tempo di inizio solidificazione (ts), valutabile attraverso una delle due relazioni seguenti:

ts= KM M1.71 [sec]

ts= KS S1.71 [sec]

essendo S ed M rispettivamente lo spessore ed il modulo critico (1) del getto espressi in cm, mentre KM e KS coefficienti ricavabili dalla tabella seguente.

1 Per spessore critico si intende il pi piccolo spessore del getto, da cui si ottiene il valore pi piccolo del tempo di solidificazione; discorso analogo per il modulo critico

bacino di colata




Pagina 6 di 8

1. Si deve realizzare per fusione il

componente in figura 1 (quote in mm). Il materiale da adoperare ghisa bianca (coefficiente medio di contrazione lineare pari al 2%). 9 Supponendo di assumere un

sovrammetallo costante su tutte le superfici, si esegua il disegno quotato del modello (materiale: legno) da utilizzare per la realizzazione della forma.

2. Si deve realizzare per fusione il pezzo illustrato in figura 2 (dimensioni in mm) utilizzando una forma transitoria a verde ed una materozza cilindrica a cielo aperto. Il materiale da adoperare Acciaio (coefficiente di contrazione lineare pari a 1.8%). 9 Si valuti il p.d.s. pi opportuno. 9 Si determinino le dimensioni del

modello, trascurando la presenza di angoli di sformo e raggi di raccordo.

3. In figura 3 riportato il disegno di un componente in alluminio (coefficiente medio di contrazione lineare pari a 1.2%) realizzato per fusione in forma transitoria. Il modello deve essere realizzato in legno. 9 Valutare la posizione pi

opportuna del piano di divisione delle staffe motivandola;

9 Ipotizzando di adottare un sovrammetallo pari a 5 mm, disegnare il modello da utilizzare trascurando la presenza di angoli di sformo e di raggi di raccordo.

4. Le dimensioni di un volano a temperatura ambiente (T0=25C) sono: spessore pari a 50mm, diametro esterno paria 408mm e diametro interno pari a 38mm. Si intende realizzare il volano in ghisa grigia utilizzando come tecnologia di lavorazione quella della formatura in staffa. La ghisa colata nella cavit alla temperatura di C1250 ; la ghisa solidifica alla temperatura di C1150 ed ha un coefficiente di contrazione durante il raffreddamento in fase solida di

Cmmmmx = /1012 6 . Trascurando le variazioni di forma dovute agli angoli di sformo ed ai raggi di raccordo, dimensionare il modello e lanima, prevedendo un sovrametallo su tutte le superfici di mm5 .

Figura. 1

Figura. 2

Dext=100 mm

Dflangia=200 mm

L=200 mm

Lflangia=50 mm

al =27.6 N/dm3 terra =17.5 N/dm3

Figura. 3




Pagina 7 di 8

5. Si devono realizzare per fonderia tre pezzi in lega di alluminio ( =2.7 kg/dm3) di forma rispettivamente sferica, cubica e cilindrica (H/D = 1.5). Essi sono caratterizzati da un identico volume pari a 9 m3. 9 Calcolare i tempi di solidificazione utilizzando la relazione:

ts= 12 M1.71 (con M modulo espresso in cm)

6. Si consideri il grezzo di fusione da ottenere con il modello definito nellesercizio 1. Si decide di adottare, come modello di materozza, un cilindro con rapporto H/D=1.5; inoltre le staffe da adoperare per la realizzazione della forma sono di altezza H=125mm. 9 Determinare la posizione pi opportuna della (delle) materozza motivando la scelta; Calcolare il numero e le dimensioni della (delle) materozza sapendo che il coefficiente di contrazione volumica pari a 4.5%.

7. Si devono realizzare due getti in Alluminio di ugual peso; uno di essi una piastra quadrata di spessore 50mm, laltro un cilindro (rapporto D/H=4) di altezza pure 50mm. 9 Si valuti lopportunit di economizzare sulla realizzazione dei modelli per le materozze

impiegando lo stesso modello per entrambe le forme. 9 Si determinino le dimensioni ed il numero di materozze nel caso si adoperi una materozza

cieca (Km=20%) costituita da un corpo cilindrico (Hm/Dm=1) sormontato da una calotta emisferica.

9 Si determinino le dimensioni ed il numero di materozze nel caso si adoperi una materozza affiorante (Km=14%) di forma cilindrica (Hm/Dm =1).

8. Un disco in acciaio di 200 mm di diametro e 50 mm di spessore ottenuto con un processo di fusione in staffa (vedi figura 4). Il materiale un coefficiente di ritiro volumetrico del 6%. La materozza cilindrica (Hm/Dm=1.5) disposta come indicato in figura. 9 Determinare le dimensioni della

materozza. 9 Determinare il massimo volume

alimentabile Vmax senza rischio di imperfezioni nel pezzo. 9 Calcolare la resa del getto.

9. Si deve realizzare per fusione una piastra in lega Cu-Zn di dimensioni (mm) 25x100x200. Il coefficiente di contrazione volumica della lega (b) pari a 4.5%. Si prevede inoltre di disporre la materozza dalla parte del lato corto della piastra ed il canale di alimentazione dalla parte opposta, con due attacchi di colata lungo i lati lunghi della piastra (vedi figura 5). 9 Dimensionare la materozza (cilindrica,

con Hm/Dm =1.5). 9 Ipotizzando un tempo di colata (tC) di 10

sec, dimensionare il sistema di alimentazione schematizzato in figura 5 (divergente, 1:2:3)

Figura. 4

Figura. 5




Pagina 8 di 8

10. Si consideri il componente in figura 1 (esercizio 1). Si realizza la colata del metallo liquido in un tempo tC di 15 sec. 9 Calcolare la velocit di ingresso del metallo liquido allinterno della forma. 9 Dimensionare il sistema di colata ipotizzando che esso sia di tipo pressurizzato (4:3:2). 9 Disegnare la forma evidenziando la posizione della materozza, gli elementi del sistema di

alimentazione ed il p.d.s.

11. Il sistema di alimentazione del disco in acciaio di figura 4 riportato in figura 6. Si valutato il tempo di riempimento in 15 s. 9 Calcolare la velocit di ingresso del

metallo liquido allinterno della forma. 9 Calcolare la portata di materiale colato. 9 Calcolare le sezioni del canale di colata,

di un distributore e di un attacco di colata, nellipotesi di rapporto di colata pari a 1:3:5.

12. Il materiale di cui costituito il disco dellesercizio precedente ha una densit pari a 6.92*10-6 kg/mm3. 9 Si calcoli la spinta metallostatica agente sulla staffa superiore.

13. Si consideri il componente in figura 1 (esercizio 1). Il peso specifico della Ghisa Bianca pari a 73 N/dm3, mentre quella della terra da fonderia utilizzata per realizzare lanima 16 N/dm3. 9 Calcolare il peso da applicare (kg) sulla staffa superiore per evitare che la forma si apra.

14. Il componente in figura 7 (unione di un parallelepipedo e di una mezza sfera) realizzato tramite colata in forma transitoria; il lato di base (a) misura 500 mm, mentre il valore di h 300mm. il piano di divisione delle staffe posizionato ad una distanza pari a di h dalla base del getto. Il materiale adoperato alluminio (= 2.75 kg/dm3). La resa del getto pari a 0.6. La colata viene effettuata in 55 secondi, utilizzando un sistema di colata caratterizzato da un canale cilindrico fino al piano di divisione delle staffe e da quattro attacchi di colata, disposti due per lato, su due lati opposti (assumere la sezione dei distributori e degli attacchi di tipo quadrato). Sapendo che il sistema di alimentazione deve essere di tipo pressurizzato e che il valore del ritiro volumetrico pari a al 6%, calcolare: 9 il volume complessivo di materiale da utilizzare 9 la velocit di ingresso del metallo liquido allinterno della forma; 9 le dimensioni del canale di colata, dei distributori e degli attacchi.

15. Si consideri il componente in figura 2 (esercizio 2). Per la formatura si devono utilizzare delle staffe di cui si dispone (rettangolari di altezza pari a 100mm). Calcolare la spinta metallostatica nelle 3 condizioni seguenti: 9 pezzo disposto con il foro in direzione verticale e pds passante per H/2; 9 pezzo disposto con il foro in direzione verticale e contenuto entro ununica staffa; 9 pezzo disposto con il foro in direzione orizzontale e pds passante per lasse di simmetria.

Figura. 6

Figura. 7

exe01_eserciziario-fonderia

Documents