Appunti di Tecnologia meccanica

I PROCESSI TECNOLOGICI CON CONSERVAZIONE DELLA MASSA

TECNICHE DI FUSIONE IN FORME PERMANENTI

pistone in terra in sintetica in verde o in sabbia o infossa- Chimico: in questo caso i componenti della forma si attivano per temperatura o per reazionechimica, processi come a CO , a sabbia-cemento o cold box2- Termico: viene cotta la forma per indurirla processi come: shell molding o la microfusione

Le forme possono essere:

• Scomponibile: utilizza il modello in legno verniciato che imprime la forma della cavità nella terra da fonderia. Può essere utilizzato in due modi:
  1. prima posiziono la terra e poi faccio lavorare il modello, tecnica a semiforme contemporanee
  2. Tecnica della piastra-modello in metallo: realizzo le due semiforme separatamente
  Il campo di forze è quello gravitazionale, bisogna fare attenzione a forze elevate che danneggiano la forma.
• Non scomponibile: Il modello è in cera, plastica, plastilina o polistirolo e viene utilizzato per modellare la sabbia (silicia molto fine). Si dovrà poi valutare il metodo più corretto per

sciogliere il modello. Il caso più noto è quello della microfusione.

Una volta deciso il tipo di forma si deve valutare il processo per fornire calore ed effettuare la fusione più corretto.

FORNI E DISPOSITIVI

2- Bruciatore che fornisce calore all'interno della camera in cui vengono posti i rottami di ferro. Raggiunto lo stato liquido, il metallo fuso viene colato nelle forme.

4- Bruciatore costituito da elettrodi lunghi 4-5 m con diametro di 300 mm. Si generano degli archi voltaici che attraverso il rottame in ferro ne provocano la fusione per effetto Joule.

Il processo di fusione avviene senza sbalzi di temperatura che danneggerebbero il materiale refrattario.

Per effettuare una colata bisogna considerare dei dispositivi fondamentali: la forma, il modello, le anime per generare le cavità necessarie senza soqquadro, il sistema di colata e materozze (coibentate o riscaldate) che tengano in considerazione dei potenziali ritiri del getto in fase liquida.

PROGETTAZIONE,

SFORMATURA E MODELLI

In fase di progettazione bisogna definire il Piano di Divisione della forma per poter procedere all'estrazione del modello o del getto dalla stessa. Parti in sottosquadro: sono le parti di modello o di getto che in fase di estrazione potrebbero rovinare la forma. Esistono infinite soluzioni tante quante i possibili piani di divisione del modello che risolvono il problema del sottosquadro senza variare il progetto. Se questo non fosse possibile si ricorre a diversi metodi:

• Metodo a tasselli

Si usano dei tasselli preparati separatamente. I tasselli consistono in anime montate a sbalzo nella forma e inseriti nelle cavità ottenute prevedendo idonee portate d'anima sul modello. È il metodo più usato quando non si può eliminare il sottosquadro con una diversa scelta del piano di divisione.

• Modello scomponibile

Questo metodo consiste nel realizzare la parte in sottosquadro del modello. Si opera in modo che durante la sformatura la seconda

parte del modello viene estratta normalmente, mentre la prima, rimasta dentro la forma, viene estratta con un’operazione delicata e costosa.

- Lavorazioni successive

Si procede ad ottenere il pezzo finito dopo lavorazioni per asportazione di truciolo. Si deve considerare il sovrametallo per fornire materiale da eliminare.

L’estrazione del getto si definisce sformatura, si cerca di evitare superfici piane perpendicolari a piano di divisione e si fanno degli angoli di sformo per facilitare l’operazione. Bisogna fare attenzione agli spigoli vivi poiché in quel punto si concentrano le tensioni e in quel punto possono. In base a come è posizionata l’anima si devono avere alcuni accorgimenti:

- Anime orizzontali

Prive di spigoli vivi e lunghezza tale da non generare deformazione sul pezzo a causa delle spinte metallo-statiche

- Anime a sbalzo

Portate d’anima devono essere più lunghe e il baricentro dell’anima deve trovarsi all’interno

delsupporto che la sorregge- Anime verticaliPortate d'anima sono troco-coniche e elevato angolo di sformo per agevolare il loro posizionamentonella forma

LA SOLIDIFICAZIONE

Per studiare il fenomeno si fa Hp di metallo puro con T di solidificazione costante, inoltre si considera ilprocesso come isotermo tranne quando si hanno due elementi miscelati. È possibile definire il calore scambiato con la forma con la seguente relazione:

Q scambiato con la forma = H + Q dovuto a (T - T ) + Q dovuto a (T - T )f COL SOLID SOLID AMBOra andiamo a valutare lo spessore che si solidifica nel tempo:Definiamo prima alcuni parametri:

γ' = peso specifico del metallo solidificatod = spessore del metallo solidificato nel tempo tQ = calore latente di solidificazione specificofλ = conducibilità termica del metallo liquido c = calore specificoT = temperatura della forma iniziale e dell'ambiente T1 = temperatura di solidificazione0α = diffusività termica del

metallo liquido = λ/γ c q=cost di solidificazione

Si vede che lo spessore d è direttamente proporzionale a (T1 -T0) e alla conducibilità λ ed inversamente proporzionale a Q , γ’ e alla radice quadrata di α (diffusibilità termica del metallo liquido). Inoltre d cresce con la radice quadrata di t tramite un fattore di proporzionalità q che tiene conto delle caratteristiche del sistema.

Si può anche scrivere che:

Allora il tempo è prop. al quadrato dello spessore, quindi per raddoppiare d si deve quadruplicare t.

CONSIDERO UNA LASTRA PIANA

V: volume di solidificato

S: la superficie di scambio termico

Definiamo quindi la LEGGE DI CHVORINOV:

In alternativa si può integrare l’equazione di Fourier mediante metodi grafici.

Conoscendo il tempo di solidificazione si può procedere alla colata (tempo di colata) in sicurezza senza che il fronte di solidificazione interrompa la colata stessa. Questi valori sono

1. importanti per poi valutare il posizionamento delle materozze, le quali compensano l'eventuale ritiro metallico.

DIMENSIONAMENTO E POSIZIONAMENTO DELLE MATEROZZE

GENERALITA'

Il canale di colata. È conico verso il basso con un bacino per eliminare vortici, turbolenze e consente un flusso laminare in colata. Inoltre può essere presente un filtro per trattenere le scorie. Posso essere di 3 tipi:

1. A sorgente dal basso
2. Dal basso tangenziale
3. A pettine

Le materozze servono per alimentare il sistema di colata, ne esistono di due tipi:

1. Cieca: Chiusa nella sommità, l'aria calda intrappolata spinge il fluido verso il basso grazie all'aumento di pressione
2. A cielo aperto: Sfrutta il principio dei vasi comunicanti e permette l'eliminazione dei gas che si generano durante la colata

La scelta è dettata dalla posizione della materozza, per espellere i gas inoltre la forma viene forata con degli spilli creando dei forellini. Nel getto il passaggio

• Liquido-liquido (1/1.5 %)
• Liquido-solido (3/4 %)
• Solido-solido (6 %)

DIMENSIONAMENTO E POSIZIONAMENTO

1. Stabilire una logica direzionale di solidificazione (da spessore minore a spessore maggiore).
2. Inserire la materozza in modo da spostare in essa il baricentro termico. La solidificazione richiede un gradiente termico che, senza interruzioni, deve portare la solidificazione delle parti con modulo termico più basso così da terminare nella materozza.

materozza non è l'ultimo elemento a solidificare il cono di ritiriro potrebbe entrare nel getto.

Le dimensioni delle materozze vanno scelte anche in base al costo:

• Materozze troppo grandi impiegano più tempo per solidificare.
• Si possono mettere materozze più piccole ma riscaldate o coibentate.

MODULO TERMICO è colui che ci permette di valutare cosa solidifica prima nel getto, nello specifico la capacità di una forma araffreddarsi più lentamente:

• Volume
• Superficie di scambio del getto con la forma

La solidificazione procede dal modulo termico minore al modulo termico maggiore.

Il getto se a spessore cost. ha un unico modulo termico, se questo invece ha spessore variabile lo si deve divide frazionare in moduli. Inoltre la direzione di solidificazione deve essere considerata per evitare difetti come le inclusioni o le segregazioni.