Appunti di Tecnologia dei processi produttivi

Geometria del pezzo e del materiale

596061aY ¸ + bX ¡ cV mY = = f (geometriadelpezzo; geometriadelmateriale)V gM mX = = f (geometriadelpezzo; geometriadelmateriale)M g

Esempio di raffreddamento

Ad esempio, in figura vediamo due zone a e b, che all’istante iniziale t1 si trovano alla stessa temperatura di fine solidificazione. Sottraendo calore notiamo che la zona a si raffredda più lentamente rispetto alla zona b, pertanto al tempo t2, se le due zone non fossero vincolate l’una all’altra, dato che la contrazione è proporzionale al raffreddamento mediante il coefficiente di dilatazione termica α, avremmo che a sarebbe più lunga di b. Dal momento che le due zone appartengono allo stesso getto, vale la congruenza a deformazione, quindi al tempo t2 avremo che le due zone avranno entrambe lunghezza pari a l2 e la zona a, che vorrebbe essere più lunga, sarà sollecitata a compressione, mentre la zona b, che vorrebbe essere più corta, sarà sollecitata a trazione.

Comportamento della sabbia nel processo di fusione

La sabbia che andiamo ad inserire, essendo un materiale solido che si comporta come un liquido, va a riempire tutto il volume a disposizione, ovvero lo spazio scavato all'interno della cassa d'anima.

Sollecitazioni e resistenza della sabbia

Le forze verticali e dirette verso l'alto agenti sull'anima generano un momento flettente, quindi sollecitazioni meccaniche e deformazioni. Se le sollecitazioni sono superiori al carico di rottura, l’anima si rompe. Dal momento che la sabbia di fonderia ha una resistenza abbastanza buona a compressione, ma scarsa a trazione e a taglio, è sicuramente più probabile che la sollecitazione superi quella di rottura dalla parte delle bre tese (quella superiore dell’anima), oppure che si superi a causa della sollecitazione di taglio a cui l’anima è sottoposta. Per ridurre le sollecitazioni meccaniche e le deformazioni a cui le anime sono sottoposte, dobbiamo realizzare delle anime non troppo sottili. Pertanto si deve costruire un’anima tanto più robusta quanto più essa è lunga, cioè deve avere una sezione abbastanza grande, tale da rendere quanto minore possibile il rapporto L/D (lunghezza/diametro) e quindi smorzare l’azione delle forze flettenti S e P.

Dimensionamento delle anime

Per dimensionare l’anima sono state fatte delle valutazioni di tipo empirico, che hanno portato alle due tabelle bianche, nelle quali si mette in relazione la snellezza dell’anima allo spessore del metallo liquido che la circonda. Ad esempio, dalla 3ª riga della tabella vediamo che se l’anima è snella, ovvero il limite superiore del rapporto L/D è elevato, allora il diametro dovrà essere molto maggiore dello spessore che circonda l’anima. Dalla 1ª riga della tabella si vede che se l’anima è tozza, allora il diametro può anche essere più vicino allo spessore del liquido. Vediamo inoltre che le condizioni per i fori ciechi sono più critiche. Tali deduzioni, essendo di tipo empirico, non devono essere rispettate esattamente, infatti le dimensioni dell’anima possono deviare leggermente da tali condizioni.

Sollecitazioni termiche

Per quanto riguarda le sollecitazioni termiche, queste devono essere limitate perché le anime sono fatte di sabbia di fonderia e legante; pertanto il calore proveniente dal metallo liquido provoca una sovra-cottura dell’anima. La sovra-cottura rende l’anima più compatta, robusta e meno friabile, perciò aumenta il rischio di non riuscire a distruggerla e rimuoverla. Per evitare ciò, dobbiamo ridurre la quantità di calore che viene ceduto all’anima, ossia dobbiamo ridurre lo spessore di metallo liquido che la circonda.

Preparazione del modello

Il modello che realizzeremo dovrà essere:

• Per la parte esterna — dovrà contemplare il ritiro, cioè dovrà essere più grande di quello che vogliamo ottenere.
• Per la parte interna — il foro sarà uguale, perché l’anima si oppone al ritiro.

Dobbiamo realizzare due tubi (cilindri cavi). Un tubo di diametro D1 e di lunghezza L1. Un tubo un po’ schiacciato di altezza L2 limitata e un diametro D2. Nel 1º caso L2/D2 >> 1 e quindi l’asse di simmetria del cilindro è orizzontale. Nota Bene: Rispetto al cilindro che voglio realizzare, che è un cilindro a facce parallele, il modello ha le facce parallele alla direzione d’estrazione (ovvero perpendicolari al piano di separazione) inclinate — angoli di sformo. Nel 2º caso L2/D2 << 1 quindi l’altezza è piccola rispetto al diametro, allora posiziono il cilindro ad asse verticale. Tale posizione minimizza il movimento d’estrazione del modello durante la fase di estrazione. La direzione di estrazione, sempre perpendicolare al piano di separazione, coinvolge questi angoli di sformo, che fanno sì che le facce (basi) siano ancora piane e parallele, ma non sono parallele le generatrici (di pochi gradi).

Lavorazione del modello

• Nel 1º caso dobbiamo lavorare le basi del cilindro.
• Nel 2º caso dobbiamo lavorare le generatrici del cilindro.

Fasi di preparazione del modello

Innanzitutto, dobbiamo preparare il modello, di cui la cavità sarà il negativo; è necessario che il modello sia diviso in due parti, dato che ognuna delle due parti si farà carico della realizzazione di metà della forma. Avremo quindi una serie di fasi (vedi figura):

• Semimodello con i fori di riferimento appoggiato su un piano - Si posiziona la staffa inferiore (ribaltata) su un piano di appoggio e si pone il semi-modello al suo interno; la staffa sarà caratterizzata da dimensioni maggiori del modello sia in altezza che in larghezza, in modo tale da ottenere una certa robustezza della forma.
• Riempimento - Il semi-modello all’interno della staffa viene ricoperto di sabbia di fonderia, ancora allo stato granulare, ovvero prima dell’indurimento.
• Compressione - Si effettua un’operazione meccanica di compressione della sabbia, in modo tale da compattarla ed aumentare la sua robustezza meccanica; successivamente, o mediante trattamenti chimico-fisici a temperatura ambiente o a caldo, la sabbia di fonderia viene indurita insieme al legante per aumentare ulteriormente la robustezza della forma.
• Eliminazione terra in eccesso - Si elimina la terra di fonderia in eccesso.
• Realizzazione tirate d’aria - Si realizzano le tirate d’aria, ovvero vengono fatti dei fori con degli spilloni che permettono l’espulsione dei gas all’interno della forma, ossia aumentano la sua permeabilità. In questo modo possiamo utilizzare, senza problemi di permeabilità, anche la sabbia di fonderia costituita da grani grossi e grani piccoli, che si vanno a posizionare nei vuoti fra i grani più grossi, più robusta ma meno permeabile di quella costituita da soli grani grossi. Inoltre, i fori che vengono fatti sono capillari, e quindi il metallo liquido, essendo molto fluido, non può passare attraverso questi fori.