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Tecnologia Meccanica
Fonderia 1
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Ottenimento di un componente nella sua forma ‘finale’attraverso la colata di metallo liquido in un ‘adeguato’ contenitore
--- lingotti
--- colata continua
--- in forma -- permanente-- transitoria
Fonderia
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 2
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Fusibilita’ Colabilita’
• fondere a temperature relativamente basse(MAX 1500-1600 °C)
• mantenere una sufficiente omogeneità
• fornire getti esenti da difetti
Attitudine dei materiali alla fabbricazione per fusione
riempire completamente la forma (fluidità / colabilità / scorrevolezza)
Influenza la tecnologia scelta, i parametri, il materiale e le caratteristiche della forma,la velocità di colata, etc
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 3
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
blocchi di metallo destinati a successive lavorazioni
150 - 800
b
h = 3 - 7 b
conicità inversa
1 - 2 °
lingottiera
paniera
sistema di colata - diretto- in sorgente- con bacino intermedio
conicità diretta
sivieraLingotti
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 4
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 5
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 6
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 7
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
- gocce fredde- doppia pelle- tacconi- riprese di colata- lesioni superficiali
Spruzzi e formazione della doppia pelle
Formazione della ripresa di colata
Distacco del lingotto dalla lingottiera con pericolo di rottura e traboccamento del metallo (formazione di tacconi)
La tendenza a formare cricche è valutabile dal rapporto: velocità di aumento pressione / velocità di asportazione del calore = portata/sezione / perimetro/sezione = Q/S / P/S = Q/PQuindi, per ridurre il pericolo dei cretti si impiega una sezione ondulata (quadrangolare, ottagonale, ecc.).
Tipici difetti in un lingotto
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 8
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Colata continua
Ottenimento di semilavoratidestinati a successive lavorazioniper deformazione plastica
in alcuni casi anche prodotti finiti
Ottimizzazione della produzione:
+ produttivitàqualità dei prodotti
- costi di impianti
lingottiera mobile
acqua
torcia da taglio
metallo fuso
metallo solidificato
rulli estrattori
paniera
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 9
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Colata in terra (forma transitoria)
Elementi costitutivi di una forma in terra
Colata in forma (transitoria o meno)
Si ottengono getti finiti a meno di-- trattamenti termici-- lavorazioni di finitura
Getto estratto una forma in terra
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 10
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
DISEGNO DEL FINITO
• SCELTA DEL PIANO DI DIVISIONE
• ELIMINAZIONE DEI FORI (piccoli)
• SOVRAMMETALLI
• ANGOLI DI SPOGLIA (del modello)
• RAGGI DI RACCORDO
• ANALISI DEGLI SPESSORI
DISEGNO DEL GREZZO
• COMPENSAZIONE DEL RITIRO
• PORTATE D’’ANIMA
DISEGNO DEL MODELLO
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 11
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Metalli puri Leghe
T
t
T
t
TsTis
Tfs
caso ideale (termodinamica e cinetica)
Solidificazione
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 12
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
caso reale
- nucleazione- accrescimento- scambi termici- variazioni di volume- sottrazione di calore attraverso una parete
forma metallo
T
Ta
Tc
Ts
t=t3t=t2t=t1t=0
t=0t=t1t=t2t=t3
distanza dalla parete
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 13
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
T TΔ
PPROBABILITA' DIFORMAZIONE DEIGERMI
DISTRUZIONE DEIGERMI
PROBABILITA' DI
VELOCITA' DIFORMAZIONE DEIGERMI
Tf
SOTTORAFREDDAMENTO SOTTORAFFREDAMENTO
VELOCITÀ DI ACCRESCIMENTO DEI GERMI SOLIDIFICATI
ΔT
Nucleazione ed accrescimento
TEMPERATURA
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 14
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
solidoliquido
t = t1
alta differenza di temperatura--> grosso sottoraffreddamento--> molti grani piccoli
----> buone caratteristiche meccanichecrosta dura che può dare problemi nellelavorazioni meccaniche successive
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 15
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
liquidosolidot = t2
la solidificazione interessauna zona maggiore del gettoe quindi aumenta il valore (assoluto)della contrazione di volume
--> distacco di getto dalla forma--> strato di aria interposto
(bassa conducibilità)--> velocità di raffreddamento piccola
con direzione preferenziale disottrazione del calore
----> grani allungati, anisotropia,segregazione
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 16
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
t = t3
basse differenze di temperaturebassa conducibilitàsenza particolare direzione di sottrazione del calore
----> grani grossi, equiorientati
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Fonderia 17
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Tipica struttura finaledi un lingotto
- elevata velocità di raffreddamento- spessori ridotti- aggiunta di elementi nucleanti (nucleazione eterogenea)- rugosità della forma “ “
È auspicabile avere:
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 18
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Con diverse composizionichimiche è comunque possibileinfluenzare la struttura microcristallina e quindi ilcomportamento macroscopico
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 19
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Solidificazione di leghe
dendriti dovute a -- diverse temperature di solidificazione dei componenti
-- direzione preferenziale diasportazione di calore
-- velocità di raffreddamento
problemi -- porosità interdendritica-- disomogeneità-- anisotropia-- inneschi a frattura
trattamenti termici -- ricottura-- normalizzazione
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 20
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Il ritiro
Se ne tiene conto con:-- aumento dimensioni
forma-- alimentatori (materozze)
isoterme
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 21
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
-- evita la formazione del conodi ritiro all’interno del getto
-- compensa contrazione di volumenel raffreddamento in fase liquidae nel passaggio liquido / solido
-- concentra impurezze bassofondentiall’esterno del getto
modificazione della distribuzione di temperaturadovuta alla presenza della materozza
Materozza
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 22
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Solidificazione direzionale
tempo di solidificazione
formula empirica di Chorinov:
ts = k ( V / S ) n n = 1.5 - 2k = 0.8 - 1.1
V / S = M ( modulo termico )
suddividere il getto in partia modulo termico crescente verso lamaterozza
Regola empirica:
Mi+1 = 1.1-1.2 Mi
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 23
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
alcuni esempi:
V 4 / 3 π (D/2)3 D3 π (D/2)2 D
S 4 π (D/2)2 6 D2 2 π (D/2)2 + π D*D
M D / 6 D / 6 D / 6
V 0.5 1 0.8
D
D D D
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 24
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
ancora:
D3
D1 D2 D3
V 1 1 1
Di 1.2 1 1.1
S 4.5 6 5.5
M 0.22 0.16 0.18
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 25
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
un altro esempio:
C
BA
Va = Vb = Vc = L3
Sa = 4 L2 Sb = 3 L2 Sc = 2 L2
Ma = L / 4 Mb = L / 3 Mc = L / 2
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 26
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Dimensionamento del sistema di alimentazione
Volume degli alimentatori:
si usa il diagramma di Caine (sperimentale)
Mmx = ------- tempo di solidificazione relativo
Mg
Vmy = ------- volume relativo
Vg
x
y
pezzi buoni
pezzi non buoni
Diagramma di Caine
c
b
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 27
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
a analiticamente: y ≥ ------ + b b = ritiro in fase liquida
x - c rappresenta il minimo valoredi y quando x -> ∞
a oppure x ≥ ------ + c c = costante che dipende dalle
y - b condizioni relative dismaltimento di calorefra getto e materozza (=1 se uguali)
a = costante sperimentaledipendente dal materialeda colare ( ≈ 0.1 )
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Fonderia 28
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Esempio:
18
182
D
H
V 1M = ----- = ------------------------ = 0.82
S 1 1 1 2 ( --- + --- + ---)
2 18 18
fissiamo un valore di tentativoX = 1.8
(lontani dal ginocchio della curva)
otteniamo un valore Y = 0.2
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 29
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Quindi:
I modo II modo
Vm = 0.2 Vg H / D ∈ [ 0.5 - 1.5]
Vm---- = 1.8 MgSm
obiettivo
Y = f ( X ) Y = Vm / Vg X = Mm / Mg
in funzione - di geometria di materozza- proporzionamento materozza- getto
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 30
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Caso della materozza cilindrica
Vm = π D2 H / 4 H DMm = --------------
Sm = π D2 / 4 + π D H D + 4 H
δposto δ = H / D Mm = D --------------
1 + 4 δ
π D2 H π H π ( 1 + 4 δ )3Y = Vm / Vg = ------------- = ----- ---- D3 = ------- δ ---------------- Mm3 =
4 Vg 4 Vg D 4 Vg δ3
π Mg3 ( 1 + 4 δ )3
= ---- ----- ------------- X3 Y = K X34 Vg δ2
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Fonderia 31
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
x
y
x
y
δ
x
y
x1 x2 x3
y1
y2
y3
δ1δ2
δ3
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Fonderia 32
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Metodo di Bishop - Pellini
Valuta l’efficienza di una materozzain funzione del fattore di forma del getto
L + W ----------
T
- dal diagramma (a) si può calcolare Y- conoscendo Vg si può calcolare Vm- dal diagramma (b), fissato δ, si puòricavare H e D
(a)
(b)
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Fonderia 33
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Raggio d’azione delle materozze
Meccanismo di solidificazione dendritica
Nel caso delle piastre, o in getti conparete sottile, può portare a chiusuradel collegamento fra la zona che stasolidificando e la materozza, con conseguente formazione di cavità all’interno del getto
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 34
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Solidificazione di una piastra con effetto di estremità e materozza
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 35
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
zona di influenza materozza
acciaio 3 - 5 sghisa 4 - 5 sbronzo 6 - 8 sleghe leggere 5 - 7 s
effetto di bordo 2.5 s
raffreddatori 50 mm
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 36
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
PIASTRE BARRE
4.5 T
T
4.5 T
2 T 2.5 T
T
4 T
2 T 2 T
T
4.5 T + 2 in
T
9 T + 4 in
4.5 T + 2 in 4.5 T + 2 in
RAFFREDDATORE
RAFFREDDATORE
T
6 T
T
da T a 4T
T
T
RAFFREDDATORE
RAFFREDDATORE
6 T
Contributo materozza: da 5T a 2TContributo effetto di estremità
da 1.5T a 2T
6 T + TD =6 T + T
12 T + 2T
MASSIMA DISTANZA DI ALIMENTAZIONE
D DN L
T NNT
MASSIMA DISTANZA DI ALIMENTAZIONE
TT
T
HM
L
D D DH N L
DH = ( TH - TM ) + 4.5 in
DN = ( TH - TL ) * 3.5
DL = 3.5 TM
DN = TN - TL ) + 4.5 in
DL = 3.5 TN
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 37
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Esempio
18
182
D
H
δ = 1 ---> D = 5.5
5.5
9
6.25
Amax = 4.5 T = 9 > 6.25
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 38
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Altro esempio
φ = 400
T = 30
progetto:
Dm = 50 8 materozze
Amax = 50/2 + 4 x 30 = 145 π 400 / 8 = 158
π 400 / 145 = 8.6 ---> 9 158 = D / 2 + 4 x 30 ---> D = 76
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Fonderia 39
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Collare di attacco delle materozze
- non strozzatura per evitare solidificazione prematura
- piccola sezione per facilitare asportazione
- superfici piane piuttosto che curve- in corrispondenza a zone da lavorare successivamente
d Lacciaio 0.4 D 0.16 Dghisa 0.66 D 0.16 Drame 0.66 D 0.35 Dleghe leggere 0.75 D 0.49 D
MATEROZZA
COLLARE
GETTO1
2
3ORDINE DI SOLIDIFICAZIONE
1 2 3
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 40
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Metodi per ridurre le dimensioni delle materozze
Raffreddatori Coibentatori
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 41
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 42
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Raffreddatori interni
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 43
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
esterni
Raffreddatori esterni
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 44
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Raffreddatori
Posizionamento raffreddatori
Cricche a caldo dovute alla formanon corretta dei raffreddatori
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 45
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Durante il raffreddamento di un gettosi generano necessariamente gradientitermici che porterebbero zone contiguead avere, allo stesso tempo, lunghezze diverse. Ciò non è possibile per la congruenza alla deformazione e quindi, per mantenere la stessa lunghezza in ogni istantequeste zone del materiale devono essereassoggettate a sollecitazioni, di compressioneo di trazione a seconda del gradiente di temperatura. Dal momento che la resistenzaalla deformazione dei materiali è modesta,ad alta temperatura, allora si possono averedeformazioni permanenti ed anche rotture.
ab
ab
ab
t1
t2
t2
l1
l2
t2 ab
σa
σb
Tensioni termiche di ritiro e residue
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 46
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
L’elementino a si raffredda piùvelocemente dell’elementino b e quindisi vorrebbe contrarre maggiormente, ama ciò non e’ possibile e quindi viene bsollecitato a trazione per mantenere in ogni istante una lunghezza uguale (congruente) con la parte b
La zona esterna si raffredda piùvelocemente dell’interno e quindisi vorrebbe contrarre, ma ciò none’ possibile e quindi viene sollecitata a trazione per mantenere in ogniistante una lunghezza uguale (congruente) con la parte interna
Esempio 1
Esempio 2
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 47
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Esempio 3 A
giogo B giogo
A
L
a
b
a
a
La quantità di calore smaltita è l’abbassamento di temperatura è
Q ∝ S ( T - Tambiente) Δt ΔT ∝ ΔQ ∝ S ( T - Tambiente) ΔtρV V
ma S = 1 / M V
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 48
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
2 (2a) L 4Nel nostro caso: SA / VA = ------------ = -----
a2 L a
e
2 (a + b) L 2 (a + b)SB / VB = --------------- = --------------
a b L a b
MB 2quindi ------- = ----------
MA a/b + 1
MB per b >> a ------- = 2 la parte A si raffredda molto più velocemente
MA
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Fonderia 49
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
quindi, considerando le condizioni al contorno:
T
Ts
Ta
t* t
All’inizio A ai raffredda più di Bma poiché verso la fine delraffreddamento il ΔT di A èmolto piccolo, da un punto in poi (tempo t*) B si raffredda più velocemente, pur avendo modulo maggiore.In quel momento le velocitàdi raffreddamento sono uguali.Alla fine del raffreddamentola due parti devono avere la stessa T.
B
A
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 50
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Si può impostare analiticamente il problemae trovare il t* e la max ΔT
- dT / dt = k(T) 1/M ( T- Ta ) se k(T) è costante allora
|T-dT / (T-Ta) = k / M dt ---> ∫ -dT / (T-Ta) = k / M ∫ dt ---> ln (T-Ta )| = - k / M t
|Ts
(T-Ta) / (Ts - Ta) = e -t k/M ---> TA = Ta + (Ts -Ta) e -t k/MATB = Ta + (Ts -Ta) e -t k/MB temperature
dTA / dt = - (Ts - Ta ) k / MA e -t k/MAdTB / dt = - (Ts - Ta ) k / MB e -t k/MB velocità
le velocità di raffreddamento sono uguali e la differenza di temperatura è massima quando
ln (MB / MA) t* = -----------------------
k ( 1/MA - 1 / MB)
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 51
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
In un generico istante: A
B
Δl’B
ΔlAΔl’A
ΔlB
L
ΔlA = α L ( Ts - TA) e ΔlB = α L ( Ts - TB)
ΔlA - ΔlB = Δl’A + Δl’B (1)
poichéΔl’A = σA L / E e Δl’B = σB L / E
la (1) diventaα L ( TB - TA) = L / E ( σA + σB )
per l’equilibrio delle forze 2 σA ZA = σB ZB ( ZA e ZB sezioni)
le sollecitazioni sonoZB 2 ZA
σA = -------------- E α ( TB - TA) σB = -------------- E α ( TB - TA) ZB + 2 ZA ZB + 2 ZA
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 52
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
T
Ts
Ta
t* t
B
A
σA
t
σΒ
Le temperatureTA e TB vanno secondo curve esponenziali
Le tensioni σA e σB vannosecondo le curve accanto(circa)
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 53
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
essendo ZA = a2 e ZB = a b si haσA / σB = ZB / 2 ZA = b / 2 a
per b / a > 2 si ha σA / σB > 1
e ricordando: TB / TA > 1
si può avere cedimento di A più freddo ma più sollecitatooppure il cedimento di B, più caldo e meno sollecitato
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 54
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Supponiamo che alle temperature rispettive, si superi il carico di snervanento in una barra,ad esempio A (in trazione)
si possono avere due casi: -- σA > σr-- σr > σA > σs
nel primo caso……….
nel secondo caso, la lunghezza di A al t*è maggiore del previsto, quindi, aspettandosi ancora un certo ΔT fino alla Ta e quindi un corrispondente Δl, a Ta la barra A sarà più lunga del previsto. Ciò non e’ possibile per la presenza dei gioghi e quindi necessariamente A saràsollecitata a compressione. Per l’equilibrio, corrispondentemente, B sarà sollecitata a trazione. Ovviamente, σAr ≠ σBr
σA
t
σΒ
σsA σBr
σAr
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 55
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Metodi per ridurre le tensioni di ritiro e residue
- progettazione del prodotto
- processo- sistema di formatura- raffreddatori- coibenti
- trattamenti termici
raccordisezionimoduli termici
controllo velocità diraffreddamento e quindi dei gradientidi temperatura
ricotturanormalizzazione
- design for casting
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 56
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Necessari per avere possibilità di lavorare meccanicamente per successive asportazioni di truciolo superfici con particolari requisiti di tolleranza / finitura superficiale
Sovrametalli di lavorazione
Dimensione nominale
(mm)
Massimadimensione del
getto grezzofino a 80
mm
oltre 80fino a180
oltre 180fino a315
oltre 315fino a500
oltre 500fino a800
oltre 800fino a1250
oltre1250fino a1600
oltre1600fino a2500
(mm) A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B Cfino a 120 6 4 3 7 5 4 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
oltre 120 fino a 500 7 5 4 8 5 5 10 6 6 14 8 7 - - - - - - - - - - - -oltre 500 fino a 250 8 5 5 9 6 6 11 7 7 15 9 8 18 11 9 20 13 - - - - - - -oltre 1250 fino 2500 9 6 6 10 7 7 12 8 8 16 10 9 20 12 10 22 14 11 25 15 - 30 17 -
Tolleranze dimensionali ottenibili( mm)
E se è richiesta una qualità migliore (= tolleranze più spinte)?
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 57
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Sovrammetalli nominali Sn in mm
Nella tabella UNI 6225-73 sono precisate le tolleranze dimensionali e i sovrammetali per la lavorazione meccanica dei gettidi acciaio non legato (UNI 3150-68), colati in sabbia. Le tolleranze dimensionali sono riferite alle dimensioni lineari nominalidei getti grezzi (per le quali non siano precisate nel disegno le tolleranze); per le superfici da sottoporre a lavorazionemeccanica sono indicati i sovrammetalli. Agli effetti delle tolleranze dimensionali e dei sovrammetalli, si distinguono 3 gradidi precisione, detti A (tolleranza ampia, getti singoli), B (tolleranza media, getti ripetuti), C (tolleranza stretta, getti diserie). Le tolleranze sono disposte a cavallo della linea dello zero; si tratta cioe' di tolleranze bilaterali. Nelle tabelle cheseguono sono riportate, per i tre gradi A, B, C, le tolleranze dimensionali e i sovrammetalli di precisione, limitatamente aigetti con massima dimensione nominale di 2500 mm.
Dimensione nominale
(mm)
Massimadimensione del
getto grezzofino a 80
mm
oltre 80fino a180
oltre 180fino a315
oltre 315fino a500
oltre 500fino a800
oltre 800fino a1250
oltre1250fino a1600
oltre1600fino a2500(mm)
A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B Cfino a 120 6 3 4 7 5 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
oltre 120 fino a 500 6 4 5 7 5 5 8 6 6 10 7 7 - - - - - - - - - - - -oltre 500 fino a 250 7 5 5 8 6 6 9 7 7 11 8 8 12 9 8 13 10 - - - - - - -oltre 1250 fino 2500 8 7 6 9 7 7 10 9 8 12 10 9 13 10 19 14 12 10 15 13 - 17 14 -
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 58
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Quota Tolleranza Caso 1 Caso 2 Caso 1 con Caso 2 connominale intrinseca sovrametallo sovrametallodel grezzo del processo
Effetto dimensioni massime Effetto della dimensione da lavorare
errore = 1° di inclinazione errore = 1% sul ritiro
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 59
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Sovrametallo (considerazioni )
sovrammetallo
- all'aumentare delle dimensioni- all’aumentare della precisione richiesta
- fusioni di serie
aumenta
diminuisce
costante
variabile - per semplificare l' anima- favorire la solidificazione direzionale
SOPRAMMETALLO VARIABILE
SOPRAMMETALLO COSTANTE
MATEROZZA
SOVRAMETALLO
VARIABILE
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 60
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Diverse condizioni per angoli e spigoli
GETTOANGOLO
SPIGOLO
R
r
per ridurre erosione della formadurante la colata
per ridurre rischi di rotturadurante la solidificazione
per ridurre concentrazionidi tensioni durante l’uso
Raggi di raccordo
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 61
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
VALORI DELLO SFORMO s in mm e in %dell' ANGOLO di SFORMO β
ALTEZZA delMODELLO
(mm)SFORMO Angolo di sformo
βs (mm) (%)
fino a 40 0.5 1.25 1'30''40 - 59 0.75 1.8 - 1.2 1'60 - 119 1 1.7 - 0.8 40''120 - 159 1.5 1.7 - 0.8 40''160 - 199 1.75 1.1 - 0.9 40''200 - 249 2 1.0 - 0.8 30''250 - 299 2.5 1.0 - 0.8 30''300 - 399 3 1.0 - 0.75 30''400 - 499 3.5 0.9 - 0.8 30''>= 500 4
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 62
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Tfs Ta Lf = Li ( 1 - α Δ T )
La forma ha modificato le sue dimensioni
Il metallo si ritira in modo dipendente anchedalla configurazione geometrica
Le anime funzionanoda vincoli
Ritiri lineari per getti colati in sabbia (valori indicativi)
MATERIALI RITIRO (%) Getti piccoli Getti medi Getti grandi
GHISE GRIGIE 1 0.85 0.7GHISE MALLEABILI 1.4 1 0.75GHISE LEGATE 1.3 1.05 0.35ACCIAIO 2 1.5 1.2ALLUMINIO e LEGHE 1.6 1.4 1.3BRONZI 1.4 1.2 1.2OTTONI 1.8 1.6 1.4LEGHE diMAGNESIO
1.4 1.3 1.1
Ritiro
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 63
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Realizzazione di fori ciechi o passantiper mezzo di occupazione di una partedel getto con materiale di formatura
portata d’anima
staffa
terra di formatura
animagetto
requisiti delle anime- maggiore refrattarietà- elevata resistenza meccanica fino al termine della solidificazione- friabilità
Anime
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 64
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
realizzazione delle anime
cassa d’anima soffiaggio delle anime
armatura armature semplici tirate d’aria interneall’anima
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 65
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
dimensionamento delle anime
In funzione di - diametro- lunghezza- spessore dellaparete del getto
fori passanti fori ciechi
S D S S D1 S
D < 2 S se L ≤ D se L1 ≤ D1 / 2
2S ≤ D ≤ 3S se L ≤ 3D se L1 ≤ 2D1
3S ≤ D se L ≤ 5D se L ≤ 3D
L1L
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 66
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
gravità centrifuga sotto pressione
sfrutta la pressione dovuta forma messa in pompe alternativeal peso del metallo liquido rotazione, si genera
forza centrifuga sulmetallo
grande versatilità pezzi relativamente semplici pezzi complicati
tolleranze generalmente scadenti buone finiture / tolleranze ottime finiture
forme transitorie conchiglie metalliche conchiglie metallichepermanenti permanenti, costose
costi di impiantoautomazione
Sistema di colata
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 67
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Sistema di colata per fonderia in terra
Sistema principale - bacino di colata
- canale di colata
- canale orizzontale
- attacco di colata
Altri elementi - filtri- pozzetti- sfiati- trappole
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 68
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Sistemi di colata
DIRETTA SUL PIANO DI SEPARAZIONE IN SORGENTE
Danni alla forma
Gocce freddeFacile da realizzare Forma in 3 parti
Maggiore tempo riempimento
Maggiore boccame
Gradiente termico sfavorevole
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 69
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Altri sistemi di colata
DALL’ALTO A PIOGGIA DAL BASSO A STELLA A PETTINE
A ZEPPA VERTICALE CON ALIMENTATORE CIECO
IN DUE TEMPI
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 70
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Dimensionamento sistema di colata
As
Ar Ag
H
Circuito idraulico in cui circola un fluido perfetto in condizioni stazionarie
Astr = sezione di strozzatura = conversione energia potenzialein energia cinetica
vstr = SQR(2 g H / k ) k ∈ [ 1 - 4 ]
Q = Astr * vstr
la portata non è un parametro libero ma va scelta in funzione di - volume del getto
- tempo di riempimento
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 71
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Tempo di riempimento t r Vg Tempo di irraggiamento tiVg + accessoriforma del getto (??)
se è piccolo --> portate eccessive e resa bassa maggiore di trse è grande --> difetti - prematura solidificazione
- collasso della forma per irraggiamento ( t i )
formatura a verde sinteticafine (AFS > 100) grossa (AFS < 100)
t i 3 - 5 5 - 12 20 - 60
1formule empiriche t r = ------------------------ ( ghisa grigia )(attenzione alle unità di misura) 0.045 + 1.64 / Vg
t r = 6.4 s SQR ( Pg ) t r = SQR ( Vg ) ( formula di Dietert per acciai)
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 72
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Nota la portata posso calcolare la sezione Astr
VgAstr = ---------------
t r vstrVerificare che: vstr ≈ 1 m / s
t r ≤ t i
Posizionamento Astr sistemi pressurizzati Astr = Ag riduzione boccamevelocità elevateportate uniformi
sistemi non pressurizzati Astr = As velocità basseportate disuniformiconsigliati se c’èpresenza di ossidi
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 73
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Sistemi pressurizzati As : Ar : Ag ≡ Astr4 : 8 : 3 1 : 2 : 1 2 : 2 : 1
Sistemi non pressurizzati As ≡ Astr : Ar : Ag 4 : SQR ( H ) : SQR ( H ) [ H ] dm1 : SQR ( H / 2) : SQR ( H / 2)
Attacchi di colata (sezione rettangolare) b ≥ 4 aL ≈ b
L
a
b
altre sezioni ……
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 74
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
T Tr d
T Tr' d
T Tr d
T Tr d
V 2
T r' = tempo di riempimento diV 2
Meccanismi di danneggiamentodella forma per irraggiamento
Riempimento di gettidi forma particolare
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 75
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Per un liquido perfetto si ha: p = γ h
γ = peso specifico
esempio 1: parete orizzontale affondata
F = p S = γ h AB AC
h
Z
F hA B
C D
Spinte metallostatiche
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 76
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
esempio 2: parete verticale affiorante
h H
dhp daF = ∫s p da = γ ∫s h da =
= γ b ∫sab ≡ h h dh = 1/2 γ b H2
F = 1/2 γ b ( h12 - h22 )
esempio 3: parete verticale non affiorante
h1h2
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 77
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
esempio 4: parete inclinata affiorante
h H
dh
dl = dhsin α
αFperpendicolare alla superficie = ∫s p da = γ ∫s h da =
= γ ∫s b h dl = γ b ∫oH h dh = 1 γ b H2sin α 2 sin α
componente verticale = Fv = 1 γ b H22 tan α
componente orizzontale = Fo = 1 γ b H22
F
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 78
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
esempio 5: parete circolare affiorante
H
F
componente verticale = Fv = π γ b r24
componente orizzontale = Fo = 1 γ b H22
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 79
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
esempio 6: superficie qualsiasi
.. .. . .. . ,. : ; : ,. ,. ,: ; ., . . , ., -.’- . , . . . . :. ,. ,. ‘ “ . .. . . .. . .,’
II° metodo:La superficie di separazione frail liquido e la terra di fonderia“sostiene” tutta la colonna di liquidofino al pelo libero, su tutta la sua estensione
---> F = γmetallo Vsabbia sopra il getto
I° metodo: integrazione lungo lasuperficie delle forze
Fverticale = ∫s γ hs cos αs da
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 80
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Spinte metallostatiche sulle anime
Le anime sono completamente circondatedal metallo liquido, tranne le loro portate,e quindi sono assoggettate alla spinta di Archimede:
F = γmetallo ( Vanima - Vportate )
Nel calcolo della resistenza allo scoperchiamentodella staffa, a questo valore bisogna sottrarreil peso dell’anima stessa
Panima = γanima Vanima
NB: le anime verticali non hanno liquidosulla loro superficie inferiore e quindi nonsono soggette a spinte a meno che nonabbiano sotto-squadri.
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 81
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
realizzazione della cavità all’interno della formanella quale verrà colato il metallo liquido
transitorio
transitoria modello
forma permanente
permanente
forme transitorie - possono essere distrutte dopo la colata materiale: terra di fonderia- devono permettere l’estrazione del modello piano di separazione
forme permanenti - devono essere resistenti e durature materiale metallico- devono permettere estrazione del pezzo angoli di sformo
Formatura
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 82
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
COSTRUZIONEMODELLO
PREPARAZIONE FORMA PREPARAZIONE METALLO LIQUIDO
PREPARAZIONEMATERIALI FORMATURA
SPECIFICHECOMPONENTE
(fusione)
COLATA
SOLIDIFICAZIONE
RAFFREDDAMENTO
FINITURA
CONTROLLI
TRATTAMENTI TERMICI
APERTURA FORMA / DISTAFFATURA
Ciclo di formatura in terra
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 83
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Forma e modello
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 84
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Scelta del piano di separazione
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 85
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Eliminazione sottosquadri
problema soluzioni
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 86
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
5. Realizzazione tirate d’aria
Fasi della formatura
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 87
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 88
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Caratteristiche richieste1 plasticita' (scorrevolezza)2 coesione 3 refrattarieta'4 permeabilita'5 sgretolabilita'
R
% argilla
R
% acqua
• Sabbia silicea (SiO2)
• argilla (soprattutto bentonite)
• acqua (ha il compito di conferire potere legante all’argilla)
Materiali per la formatura in terra
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 89
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
sabbia indice AFSmolto grossa < 18grossa 18-35media 35-60fina 50-150finissima >150
forma del grano+ finitura superficiale
distribuzione granulometrica
ANALISI GRANULOMETRICA DI SABBIANumero Maglia
(mm)Fattore
αTrattenuto
(g) (%)Prodotto
6 3.36 3 0 0 012 1.68 5 0 0 020 0.84 10 0.5 1 1030 0.59 20 1.8 3.6 7240 0.42 30 8 16 48050 0.297 40 17 34 136070 0.210 50 11 22 1100
100 0.149 70 3.5 7 490140 0.105 100 1 2 200200 0.074 140 0.3 0.6 84270 0.053 200 0 0 0
fondo - 300 0.5 1 300
Totale 43.6 87.2 4096
Argilloide 6.4 12.8
50.0 100
Indice di finezza 4096 / 87.2 ≈ 47
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 90
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Influenza dell’evaporazione dell’acqua superficiale e condensazione negli strati piùprofondi
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 91
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Legante
naturaleargilla o bentonite
forti 16%semigrasse 6-16% materiale di colatamagre 5-8% peso del gettosilicee
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 92
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
ariaTa CO2
Na2O . x SiO2 + CO2 -> Na2CO2 + SiO2indurimento
fornocampi alta frequenza
a caldo aria caldautensili caldiradiazione infrarossa
breve (sec)tempi medio (min)
lungo (ore)
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 93
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Lavorazione delle terre
terra usata sabbia nuova
rottura zolle essiccazioneseparazione parti metallichesetacciaturaseparazione delle polveri acqua
agglomerantenero minerale
dosaturamolazzaturadisintegrazione
formatura
Molazza
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 94
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Prove sulle terre
1. determinazione del tenore di argillasi effettua lavando la sabbia e valutando la differenza in peso
(strumento : “levigatore”)
2. indice di finezzasetaccio in colonna in serie decrescente
3. contenuto di umidita’strumento che impiega carburo di calcio CaC2 che reagisce con
l’acqua provocando un aumento di pressione.
4. Prove meccaniche5. COESIONE A VERDE / SECCO
Compressione statica e dinamica mediante “coesimetri”
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 95
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Pezzo con una superficie piana
Pezzo forato
Esempi di forme allestite
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 96
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
L / D >> 1
L / D
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 97
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
SCOSSA COMPRESSIONE SFORMATURA
PIATTO DI COMPRESSIONESTAFFAPLACCA MODELLOTAVOLACANDELE PER LA SFORMATURAPISTONE DI SCOSSAPISTONE DI COMPRESSIONE
1
2
5
76
3
4
1234567
TRAMOGGIA
PALETTA ROTANTE
TESTA DI LANCIO
FORMATURA A LANCIO CENTRIFUGO
ENTRATA TERRA
FORMATURA DALL' ALTO
FORMATURA DAL BASSO
Macchine per formatura
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 98
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Shell Molding o processo Crowning- sabbia di quarzo a grani tondi prerivestita
- resina termoindurente(es. fenolica)
Vantaggi
- buone tolleranze- buona finitura
- spessori sottili ( min 2.5 - 1.5 mm)(Il guscio presenta > isolamento termico rispetto alla forma in terra)
- impiegato anche per la fabbricazione delle anime- applicazioni in medie e grandi serie
Limitazioni- getti di limitate dimensioni ( < 20 kg )
Formatura in guscio
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 99
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Modello transitorioForma transitoria
Precisione dimensionale molto buonaFinitura superficiale molto buona Spessori minimi 1.5 mmPezzi piccoli Produzione di piccola media serie
I modelli possono essere comunque complessi,non essendoci problemi di estrazione. Ovviamentela conchiglia per fare i modelli diventa molto costosa
Microfusione
Formatura in modello perso
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 100
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Colata in forma ottenuta con polistirene espansoVantaggi:
- forma in un’unica staffa- assenza di bave- parti in sottosquadro - assenza di anime- assenza di angoli di spoglia- riciclo totale della sabbia
Pezzo
Preparazione modello
• stampaggio ad iniezione
• incollaggio delle diverse parti
• verniciatura con polvere di
quarzo/allumina
Svantaggi:
- possibile porosità-finitura superficiale modesta
Polycastmetallo fuso
gas
pse
sabb
ia
sabb
ia
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 101
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Altri sistemi di formatura
Formatura in fossaGetti di grandi dimensioni, formatura manuale, impiego di sagome nel caso di pezzi assialsimmetrici.
Formatura in sabbia cementoAdatta per getti di grosse dimensioni (gnrl di materiali ferrosi). L’indurimento avviene per formazione di prodotti di idratazione cristallini (es. Ca(OH)2).Generalmente si impiega cemento Portland (7%-12%) + acqua (3%-10%). Si ottiene un impasto fluido che ricopia perfettamente il modello senza richiedere compressione. La sabbia può essere parzialmente recuparata (70-80%)Vantaggi- non necessita di compattazione (modello anche in polistirolo)- resistenza meccanica elevata (getti da 1 tonn a 600 (Spurr), es. gabbie di laminatoi)- ridotta produzione di polveriSvantaggi- difficoltà di distaffatura- lungo tempo di presa ed indurimento del cemento (24-48 h)
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 102
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Formatura alla CO2Si utilizza come legante il silicato sodico (vetro solubile). Realizzata la forma fa passare nel suo interno una corrente di CO2 che dà luogo alla reazione:Na2O.ySiO3 + CO2 -> Na2CO3 + SiO2(gel)La silice gelatinosa forma ponti di collegamento tra i grani di sabbia.- adatto sia per anime che per forme- impiegare additivi per facilitare la disgregazione delle forme/anime dopo la colata- pezzi fino a 100 tonn- elevata produttività- parziale recupero (40% max (Giusti, 169)
Processo hot-boxSabbia e resina termoindurente con catalizzatore.La polimerizzazione avviene a 180 - 250 °C.Costo dell’energia, sostanze nocive.
Processo cold-boxSabbia e resina termoindurente. Si impiega un catalizzatore gassoso che promuove la polimerizzazionea temperatura ambiente.
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 103
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
• Processi a solidificazione direzionale (Metals Handbook):
- Processo DS (Directional Solidification)- Processo SC (Single Crystal) Il metallo viene colato in una forma a guscio, di materiale eramico, posta in un
forno a temperatura superiore a quella di fusione del metallo. La solidificazione
avviene facendo traslare lentamente il guscio verso un ambiente a temperatura più
bassa. Si possono ottenere strutture cristalline a grani allungati (lungo la direzione
del flusso del calore), compositi metallici eutettici e componenti costituiti da un
singolo cristallo.
Es. palette di turbine a gas.
• Processi CLA, CLV,CV (Metals Handbook): impiegano una forma a guscio e un sistema di riempimento per aspirazione
• Counter-gravity Low-Pressure of Air-meleted alloy• Counter-gravity Low-Pressure of low-Vacuum-meleted alloy• Check Valve casting
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 104
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
•Formatura magnetica (Mazzoleni 1, 146)
Modello di polistirene. Il materiale di formatura,
polvere di ferro [eventualmente miscelata con
magnetite (Fe3O4)] viene addensato mediante
vibrazione e tenuto insieme dalle forze generate
da un campo magnetico
•Formatura in vuoto (applicabile a tutte le leghe,
• precisione, recupero sabbia)
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 105
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Conchiglie metalliche
leghe leggerestruttura fina dei grani finitura superficiale e tolleranze buone
gas disciolti fluidità del metallo liquido estraibilità del gettocolata veloce per evitare prematuresolidificazioni in parti sottili ( 4 mm)
in gravità
Colata in conchiglia permanente
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 106
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
DISEGNO DEL FINITO
• SCELTA DEL PIANO DI DIVISIONE
• ELIMINAZIONE DEI FORI (piccoli)
• SOVRAMMETALLI
• ANGOLI DI SPOGLIA (del grezzo)
• RAGGI DI RACCORDO
• ANALISI DEGLI SPESSORI
DISEGNO DEL GREZZO
• COMPENSAZIONE DEL RITIRO
•TASSELLI
DISEGNO DELLA CONCHIGLIA
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 107
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Colata sotto pressione
Costi di impiantoCosto delle conchiglie
acciaio al W / Crdurate anche 100.000 pezzi
Anime metallicheGrandi serieOttime finiture / tolleranze
Pezzi piccoliSpessori 2.5 mmForme semplici(anime metalliche )
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 108
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Conchiglia parziale: ruota per veicolo ferroviario
Conchiglia parziale: cilindro di laminatoio
Anche in forme parzialmente metalliche
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 109
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
1. Camera di pressione CALDA: INIETTOFUSIONE
Materiali (leghe)Piombo / Stagno 250 - 300 °CZinco 500 - 600 °CMagnesio 600 - 700 °C
CompressioneGas in pressione 2 - 6 MPaPistone tuffante 4 -15 MPa
2. Camera di pressione FREDDA: PRESSOFUSIONE
Materiali (leghe)Alluminio 650 - 700 °CRame 1000 - 1100 °C
Compressione: cilindro-stantuffo 150 Mpa
Il metallo viene introdotto nella camera di pressione ad una temperatura compresa nell’intervallo di fusione.
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 110
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
macchina a camera oscillante:
• riempimento
• compressione
• estrazione1
2 3
Iniettofusione
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 111
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
macchina a pistone tuffante
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 112
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Macchina a camera orizzontale
Pressofusione
Macchina a camera verticale
compressione
estrazione
riempimento
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 113
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Struttura macchine
camera calda
camera fredda
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 114
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 115
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Colata centrifuga
Getti semplici e complicati
buone caratteristiche meccaniche buone finiture / tolleranze
velocità di rotazione:
ω = 2 π n / 60 a = ω2 r
---> n = 60 / 2 π SQR ( a / r )
a ∈ [ 70 - 200] g
difetto di formain colata verticale
relazione sperimentale
n = 42 SQR [ h ( r21 - r22 ) ]
r1
r2
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 116
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
CONCHIGLIA RAFFREDDATA
ω
Colata centrifuga orizzontale Colata centrifuga verticale
Colata semicentrifuga di una ruota colata con centrifugazione
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 117
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
A combustilie- solido- liquido- gassoso
Elettrici- a resistenza- ad arco
• indiretto (radiante)• diretto
- ad induzione• bassa frequenza• alta frequenza
Forni
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 118
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Carica: strati alterni di
- coke
- fondente
- metallo
Cubilotto
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 119
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Impiegato per la rifusione di ghise comuni e speciali.Temperatura: Tf della ghisa 1150 - 1350 °C + max 200 °C di surriscaldamento.
Rivestimento:- acido (mattoni siliciosi a base SiO2, 90%) : il più usato, economico, ottima resistenza agli sbalzi
termici ;- basico (dolomite calcinata: ossidi CaO e MgO): favorisce la desolforazione
FeS + CaO -> FeO + CaSFeO + C -> Fe + CO
basicità della scoria: (CaO%+MgO%)/SiO2%- neutro (a base di magnesite calcinata (MgO 85-90% + … ) e cromite (FeO.Cr2O3)- grafite : zona del rivestimento al disotto degli ugelli
Carica del cubilotto (dote):- carbon coke: pezzatura d = 120 mm, buona resistenza meccanica, quantità: 10% della carica metallica
- ghisa: pani e rottami (pani di I fusione: titolati, pani di II fusione: composizione più incerta)- fondente: 20-30 % del peso del coke
* calcare (CaCO3), dolomite (CaCO3.MgCO3), magnesite (MgCO3)* fuorite (CaF2), cenere di soda (Na2CO3)
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 120
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Portata d' aria (all’incirca 1 tonn d' aria per la fusione di 1 tonn di ghisa), dipende anche dalla pezzatura del coke edalla sua porosità.
Rendimento: occorre limitare la temperatura dei gas in uscita (150 - 300 °C) η = 45-50%
Temperatura Aumenta col preriscaldamento dell’aria (alimentazione a “vento caldo”).Presenta un massimo con la portata d' aria: una portata eccessiva determina ossidazione, > perdite di Mn e Si ed una riduzione della temperatura; una portata bassa determina una bassa velocità di fusione, aumento di carbonio ed erosione del refrattario.
Inoculazione (per l’affinamento della struttura della ghisa): impiego di ferro-leghe es. Fe-Si 85 % + Al.
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 121
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
STERRATURA
SABBIATURA
SMATEROZZAMENTO
SBAVATURA
⇒ elevata richiesta di manodopera
STERRATURA getti medio / grandi getti piccoli- griglie a scossa - contenitori rotanti- martelli pneumatici (buratti)- spazzole metalliche
SMATEROZZAMENTO: - urto- con mole- taglio ad arco
SBAVATURA: - mole- barilatura (pezzi piccoli)
Finitura dei getti
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 122
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Esempio: pistone in lega AL
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 123
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Classificazione in base all' origine
1. azioni che si verificano nella forma durante la colata2. gas3. contrazione di volume nel passaggio solido-liquido4. ritiro dopo la solidificazione5. segregazione
Parametri fondamentali del processo che influenzano i difetti1. temperatura di colata2. velocità di colata
PREVENZIONI / RIMEDI- modifiche del disegno- modifiche del processo- eliminazione errori accidentali durante la fabbricazione- riparazione del getto
Difetti nei getti
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 124
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Classificazione in base al tipo di difetto1. incompleto riempimento
- canali di colata troppo lontani dalla zona+ aggiungere altri attacchi/canali di colata+ aumentare il carico idrostatico (battente)+ aumentare la temp. di colata --> fluidit à
2. ripresa di fusione (crosta ossidata)- arresto temporaneo del riempimento- incontro di flussi provenienti da attacchi diversi+ aumentare la vel. di riempimento+ aumentare la temperatura di colata
3. incrinature (tensioni di trazione)- ispezione visiva+ cause che determinano le tensioni di ritiro+ impiego di terre/leganti collassabili* acciaio : riparazione mediante saldatura* ghisa : sono più rari (< temperatura di colata, < ritiro)
ma possono essere causa di scarto4. soffiature e porosità
- esame radiagrafico- tenuta stagna: prova idraulica
5. formazione di ghisa bianca (Fe 3C)- difetto grave se si prevedono lavorazioni alle MU- prova del cuneo+ minore velocità di raffreddamento (forme essiccate)+ maggiore temperatura di colata (effetto di preriscaldamento)
-
Tecnologia Meccanica
Fonderia 125
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6. inclusioni non metalliche: pressione dei gas, azione eroriva (trappole)7. difetti superficiali
- porosità (pin-holes)- escrescenze ( penetrazione), tacconi ( rotture)+ maggiore consistenza della terra (Fe 2O3, graniglia acciaio)+ sabbia più fine+ minore temperatura di colata
8. variazioni di spessore (dovuto allo spostamento delle anime)Reazioni del metallo liquido con la forma- ossidazione- penetrazione
1. per infiltrazione2. per scorificazione (es. il manganese nell' acciaio forma MnO con alto potere bagnante)
* tensione superficiale (influenza della temperatura)* viscosità (influenza della temperatura)* pressione idrostatica* colpo di pressione generato dai gas che si sprigionano (dipende dal tipo di legante,
acqua, segatura, …). Rimedio: riduzione della velocità di colata.* porosità della forma
- contrazione/espansione della ghisa
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 126
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L' assorbimento dei gas costituisce un importante problema in fonderia
Effetti: POROSITA' --> riduzione σr“ duttilità
Origine:- dissoluzione nel metallo liquido- reazione tra il metallo e la forma
Es.: la presenza di acqua nel materiale di formatura può dar luogo alle seguentireazioni:
1)
2) presenza di alluminio nella ghisa
H2O + C --> H2 + CO
2 Al + 3 H2O --> Al2O3 + H2
Gas disciolti
-
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Fonderia 127
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La SOLUBILITA' dei gas dipende:
- presenza di altri elementi (es. %C, %Si, ...)- temperatura- pressione
Dipendenza dalla temperatura
m
m
m
T Tsf
s
l
ls Durante la solidificazine si liberala quantità di gas:
m L- mS
Tf= temp. di fusione
Ts= temp. disurriscaldamento
(caso di un metallo puro)
m = massa di gas che si discioglie nel metallo a saturazione
-
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Fonderia 128
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Dipendenza dalla pressione
La dissoluzione è preceduta da dissociazione:
es. H 2 H + H
N 2 N + N
La reazione di dissociazione è regolata dalla legge di azione di massa
. Ad es., per la prima delle precedenti:
⇒
Per la legge di Henry, la quantità di gas disciolto nel metallo:
mgas
∝ ⇒
PH2------- = costPH PH
PH ∝ PH2 0.5
PH mgas∝ PH2 0.5
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Fonderia 129
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METODI PER RIDURRE LA PRESENZA DEI GAS
1. Non utilizzare materiali "inquinati"[es. da oli da taglio]
2. Protezione mediante flussi(gnrl. miscele di sali alcalini: NaCl, CaCl2, ...)
3. Limitare la temperatura di surriscaldamento ed il tempo di permanenza allo stato fuso
4. Degasaggio:- insufflazione di gas insolubili- con sali ⇒ decomposizione ⇒ gas insolubili
azione meccanica: es. Are/o " chimica: es. Cl
- trattamento sotto vuoto
5. Fusione sotto vuoto (ottimo ma costoso)
RIDUZIONE EFFETTI NOCIVI DEI GAS: colata sotto pressione
-
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Fonderia 130
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Incurvamento cricche schiacciamento staffa
Difetti di forma
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 131
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sollevamento staffa disallineamento forma disallineamento anima
120
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 132
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Rottura della forma, distacco di zolle
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Tecnologia Meccanica
Fonderia 133
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Fasi non metalliche o composti intermetallici (specialmente nelle leghe non ferrose)
Nelle leghe ferrose sono di solito: ossidi, solfuri, nitruri
Effetti:
- riduzione Rm⇒
- riduzione duttilità
naturaformaquantitàdistribuzioneorientazione
Metodi per l'eliminazione: FILTRI, TRAPPOLE
GSCORIE
F
C
T
G
Inclusioni non metalliche