Appunti di Tecnologia dei processi produttivi

Sistema principale:

• Bacino di colata: ha la stessa funzione della paniera, ovvero permette al metallo liquido di avere una velocità costante quando entra nel canale.
• Canale di colata: (verticale) arriva fino al limite della staffa superiore e viene distribuito su uno o più attacchi di colata.
• Attacchi di colata: attraverso cui il metallo liquido entra nella cavità.

Altri elementi:

• Filtri: necessari per pulire il metallo liquido dalle scorie, che possono anche essere filtri attivi costituiti da sostanze che intrappolano le impurità.
• Pozzetti
• Sati
• Sifone: i sistemi a sifone servono sempre per eliminare le scorie e sono costituiti da pareti che intrappolano gli elementi leggeri galleggianti sulla superficie del metallo liquido; le scorie, infatti, costituite da ossidi e materiali basso-fondenti, hanno un peso specifico inferiore a quello del metallo liquido e galleggiano sulla sua superficie rimanendo intrappolate nel sifone.

Trappole: fermano le scorie sul canale distributore, che viene sagomato con dei denti di sega che bloccano le scorie analogamente ai sistemi a sifone. Dal momento che la colata avviene nell'aria, ci potrebbero essere delle infiltrazioni di gas o impurità nella materozza o peggio ancora nel getto, causa di difetti della struttura del materiale. Per ovviare a ciò si può intervenire: a) PRIMA della colata: creando un'atmosfera protettiva nella quale effettuare la colata; b) DURANTE la colata: con sistemi di filtraggio chimico-fisici come ad esempio il sistema A DOPPIO SIFONE (vedi poi); c) DOPO la colata: rimuovendo la materozza che, tendenzialmente, raccoglie la maggioranza degli ossidi formatisi, essendo questi leggeri e dunque concentrati nel pezzo che solidifica per ultimo. Questo sistema sfrutta il fatto che ossidi e impurità varie hanno generalmente peso specifico più basso di quello del metallo liquido, pertanto tendono a salire verso l'alto.

dove il doppio sifone li imprigiona.

Sullo stesso meccanismo si basa il canale distributivo a dente di sega 82

Il uido arriva dall’alto direttamente al getto dopo essere immesso nel bacino di colata, l’inconveniente di questo tipo di colata è che la velocità con cui il uido precipita all’interno della forma è piuttosto elevata generando schizzi e gocce fredde che possono danneggiare la sabbia e quindi il getto prodotto. La sabbia viene sgretolata dal uido ad alta energia cinetica.

Economico, ma può portare a problemi come le gocce fredde

Viene introdotto il piede di colata che è un piccolo bacino in corrispondenza del piano di separazione. L’energia cinetica del uido in arrivo è elevata poiché l’altezza di discesa è quella della staffa, il danneggiamento della forma in questo caso riguarda però solo il piede di colata, che quindi non interessa il getto, per cui la soluzione è più consona.

rispetto alla precedente per ottenere dei getti conformi alle specifiche che. Il piede di colata stesso può essere conformato per evitare la corrosione da parte del fluido. Vi sono due o più piani di separazione, il canale di colata è molto alto, termina in un piede di colata che poi alimenta dal basso il getto. In questo caso il getto è alimentato per sorgente, quindi la velocità di entrata del fluido nel getto è molto bassa (la sezione è molto grande) perciò il danneggiamento delle pareti della forma è minimo. Sono assenti moti turbolenti ed erosioni che danneggiano la forma. Il dimensionamento del sistema di colata si realizza a partire da: - La quantità di metallo liquido da colare, data dalla somma fra il volume del getto e quello della materozza; - Il tempo ammissibile di colata, che è vincolato alla produttività che si vuole ottenere e alla resistenza termica della forma, che si scalda mentre versiamo il.metallo liquido; • La velocità del fluido, dal momento che all'aumentare della velocità aumenta la sua energia cinetica, che si può estrinsecare sulla forma sottoforma di erosione, dovuta alla bassa resistenza a taglio che caratterizza la terra di fonderia. Per ottenere le sezioni dei canali di colata. In particolare, per quanto riguarda il tempo e la velocità di colata, vogliamo che il tempo ammissibile sia il più piccolo possibile, per aumentare la produttività, evitare che la forma si scaldi eccessivamente, e che il metallo liquido inizi a solidificare durante la colata, ma allo stesso tempo vogliamo che la velocità del fluido non sia elevata per evitare danneggiamenti. Dovremo quindi trovare un compromesso fra queste due condizioni. 83 La formatura in guscio è una delle tecnologie di formatura più innovative rispetto alla formatura in terra. Queste tecnologie sfruttano infatti un know-how più avanzato, che

permette di ottenere migliori risultati in termini di niture, tolleranze, produzione in serie, ma anche di costo della manodopera, che sarà minore in quantità, ma più specializzata.

Per la formatura in guscio o shell molding, l'uomo ha preso spunto dalla natura: le conchiglie, infatti, sono caratterizzate da un'elevata robustezza meccanica a trazione e a compressione, ma poco a flessione, che dipende dalla sua forma; inoltre, la parete interna è estremamente liscia. Queste caratteristiche delle conchiglie vengono riprese nella formatura in guscio, che dà vita ad una forma transitoria fatta di sabbia quarzifera indurita con della resina termoindurente (es. fenolica), che fa da legante fra i vari granelli di sabbia di quarzo. La robustezza dei grani tondi di quarzo ci permette di ottenere delle forme resistenti dal punto di vista meccanico e, allo stesso tempo, delle buone niture superficiali. Il materiale utilizzato per realizzare questi gusci è

abbastanza costoso, quindi si cerca di ottenere un guscio sottile ma molto robusto, proprio come una conchiglia. La formatura si compone di diverse fasi:

1. In una tramoggia è contenuto il materiale di formatura, ossia sabbiapre-rivestita di resine termoindurenti. Il semi-modello, indicato con m ingura, è metallico, quindi più difficile da realizzare, ma ci permette di ottenere dei migliori risultati rispetto a un modello in legno e il suo costo viene ammortizzato su molti più pezzi rispetto a quelli realizzati con un modello di legno. È necessario un modello metallico, perché deve essere robusto e perché viene preriscaldato da un sistema di riscaldamento (ammelle in figura), che lo porta a una temperatura di 200, 300 o 400°C, necessaria per polimerizzare la resina del legante.
2. La piastra su cui è appoggiato il semi-modello viene ribaltata sulla tramoggia mediante una coppia rotoidale.
3. La tramoggia viene ribaltata insieme al

modello così che la sabbia si appoggi sul modello e ne prenda la forma. Trovandoci in presenza di una sorgente di calore si avranno dei gradienti di temperatura sia sul modello che all'interno della sabbia che, essendo un materiale refrattario, presenterà dei gradienti più importanti. All'interno della sabbia, a breve distanza dalla sorgente termica la temperatura è elevata e ci permette di polimerizzare la resina e ottenere una struttura più robusta (più scura in figura), mentre a mano a mano che ci allontaniamo dal modello la temperatura si abbassa notevolmente (più chiara in figura).

4) Si toglie la tramoggia e la parte di sabbia con la resina polimerizzata rimane aderente al modello, mentre il resto rimane nella tramoggia.

5) Viene quindi fatto un post-curing, ossia un post-trattamento termico, tramite il quale si indurisce ulteriormente il guscio. Durante tutte le fasi descritte, viene mandata dell'aria (vedi freccia)

All'interno del cilindro, che mantiene in basso il pistone e lontane le colonne montanti.

Viene fatta entrare dell'aria dal basso, che spinge verso l'alto il pistone, fa avvicinare le colonne montanti e permette di sformare il modello che si stacca dal guscio.

A questo punto si realizza analogamente un altro guscio perfettamente simmetrico rispetto all'altro, i due gusci vengono affacciati e ricoperti di sabbia con caratteristiche meccaniche scadenti, ma con una buona refrattarietà; infatti, non serve avere intorno al guscio della sabbia robusta, perché l'interazione metallo liquido-forma avviene solo nella zona del guscio, con migliori caratteristiche meccaniche.

Tale tipo di formatura è caratterizzata da forma e modello transitori; la conchiglia, necessaria per la realizzazione del modello, è invece tipicamente metallica e permanente.

Essa sarà quindi robusta e costosa, ed il suo costo dovrà quindi essere ammortizzato su.

un gran numero di pezzi. All'interno della conchiglia è presente una cavità uguale al modello da realizzare, in cui viene iniettata la cera, materiale molto malleabile già a basse temperature (36°C) e per nulla abrasivo (non corrompe cioè la conchiglia, che dunque può essere usata per creare molti altri modelli). La conchiglia presenta un piano di separazione, in corrispondenza del quale essa viene aperta per estrarre il modello (esistono delle conchiglie scomponibili rispetto a diversi piani di separazione, che permettono di realizzare modelli in cera di forma anche molto complicata). Dopo l'estrazione dalla conchiglia, i modelli vengono uniti a formare un grappolo in cera di modelli tutti uguali, collegati da un tralcio sempre in cera. Questo grappolo viene posizionato all'interno di una singola staffa (vediamo in figura che la campitura non cambia), che viene riempita di terra di fonderia. Dato che la staffa è singola, non abbiamo il

piano di separazione e non possiamo estrarre ilmodello come avevamo visto negli altri tipi di formatura; quindi, per togliere i modelli si sfrutta lacaratteristica della cera di fondere a basse temperature.

Si riscalda quindi la forma a una temperatura noa 250°C, che permette di indurire la forma e difondere la cera, che fuoriesce facilmente dal tralcioche collegava i modelli;per far uscire la cera da tutte le scanalature dellacavità durante il riscaldamento si fa oscillare la forma.

Dopo questo primo indurimento ed estrazione dellacera, si fa un secondo trattamento termico atemperatura maggiore, no a 800°C, che conferiscealla sabbia delle migliori caratteristiche meccaniche(possono anche essere introdotti degli elementiindurenti). A questo punto la staffa viene ribaltatae si effettua la colata del metallo liquido, che vieneintrodotto nella forma attraverso lo stesso tralcio dacui è uscita la cera, il quale deve quindi esseredimensi