Appunti sulla fonderia

Consiste nel preparare una cavità, detta forma, che è composta dal negativo del pezzo che si vuole

ottenere con l'aggiunta di alcune parti:

- il metallo (o la lega metallica) fuso scelti per la realizzazione del pezzo viene poi colato all'interno

della forma e lasciato solidificare;

- una volta solidificato, la forma viene distrutta.

→ Il Modello:

- Riproduce la geometria completa delle superfici esterne del pezzo con alcune modifiche e aggiunte

richieste dalla tecnologia fusoria: - Dimensioni maggiorate (compensazione del ritiro), Raccordi,

Sovrametallo di lavorazione... *Aggiunte: canale di colata, canali di alimentazione, materozze, filtri. *

Assenti: Cavità interne, particolari di piccole dimensioni;

→ Materiali per modelli:

- Legno: materiale facile da lavorare, ma si deforma;

- Metallo: più costoso da realizzare (dura di più);

- Plastica: compromesso tra legno e metallo;

→ Tipi di modello:

-Solido;

- Diviso in più parti;

- Placche modello;

→ Le Anime:

- Riproduce la geometria completa delle superfici interne del pezzo con alcune modifiche e aggiunte

richieste dalla tecnologia fusoria...

- Aggiunte: Portate d'anima;

(L'anima viene inserita nella cavità prima della colata, le anime sono mantenute in posizione dalle

portate d'anima, Il metallo fuso scorre e solidifica tra la cavità dello stampo e l'anima per formare le

superfici esterne ed interne del getto, le anime vengono sgretolate assieme alla forma durante

l'estrazione del getto.)

→ Progettazione della Forma di colata:

[Durante il passaggio dalla Temperatura di colata alla Temperatura Ambiente, il materiale subisce

una contrazione volumetrica che provoca alcuni fenomeni che influenzano la qualità e le

caratteristiche del getto: Riduzione delle dimensioni, Cavità da ritiro, Tensioni da ritiro, Cricche a

caldo].

- Inoltre, deve essere assicurata l'estraibilità del modello dalla terra: Angoli di spoglia, Raccordi

(angoli e spigoli), Presenza di Fori e Sottosquadri.

- Infine, è necessario aggiungere materiale necessario per le lavorazioni successive di asportazione: •

Sovrametallo di lavorazione;

→ Contrazione Volumetrica:

La contrazione avviene in 3 fasi distinte a cui sono associate specifiche difettosità (e relative

soluzioni tecnologiche):

1. Fase Liquida → Ritiro dimensionale

2. Solidificazione → Cavità da ritiro

3. Fase Solida Metallo puro → Ritiro dimensionale Tensioni da ritiro Cricche a caldo;

→ Cavità da ritiro:

Il passaggio di fase liquido-solido non è simultaneo in tutte le zone della cavità

-Le aree che si raffreddano più velocemente sono le prime a solidificarsi;

-La contrazione del volume è discontinua tra stato liquido e solido (gap di volume);

- Il Gap di volume si accumula e nelle aree che si solidificano per ultime:

Queste aree prendono il nome di Baricentri Termici (BT) [Le cavità di ritiro si formano in

corrispondenza del/dei BT].

→ Le Materozze:

Per evitare la formazione di cavità da ritiro nel getto, le ultime parti che solidificano (ovvero i BT)

devono essere spostati all'esterno della parte:

-Questo è possibile grazie all'utilizzo di Materozze;

-Funzionano come dei serbatoi di materiale liquido durante la solidificazione che alimentano la

forma;

Esistono 2 tipi di materozze: 1) A cielo aperto (open risers);

2) Cieche (blind risers).

→ La regola di Chvorinov:

-Chvorinov(1940) ha dimostrato che, nel caso di una piastra che si raffredda, il tempo di

solidificazione (t ) può essere espresso come:

TS

-M = Modulo Termico (cm)

-V = Volume del pezzo (cm3)

-S = superficie di raffreddamento (cm2): quella a contatto con la terra/stampo;

-C = parametro (s/cm3): che dipende da materiale colato, materiale dello stampo

➢Scelti

È importante sottolineare che: i materiali di pezzo e forma:

-C = costante

-maggiore è M, maggiore è t ;

TS

*Per evitare cavità da ritiro è necessario usare una o più materozze;

Posizionare le materozze vicino ai baricentri termici (BT) e dimensionare:

-volume alimentabile;

-raggio di influenza;

-collare di attacco della materozza;

→ Metodo di Caine (o metodo del modulo termico):

Se per i moduli termici di due zone adiacenti del getto vale la relazione:

allora, la zona (i+1) -esima del getto può alimentare la zona i-esima con materiale fuso fino alla sua

completa solidificazione;

(In altre parole, la zona (i+1) -esima solidifica dopo la i-esima.)

-Procedendo in questo modo, è possibile identificare una o più direzioni di solidificazione.

- I BT sono posizionati nelle ultime zone isolate del pezzo e vanno protetti con una materozza il cui

modulo rispetti la relazione:

*Per posizionare le materozze nel caso di forme complesse:

-dividere la forma in parti dalla geometria più semplice;

-l’uso del FEM può aiutare nella verifica dei BT; (FEM= Finite Element Method, per costruire un

modello simulato e prevedere la solidificazione).

→ Metodo di Heuvers(o metodo dei cerchi inscritti):

L'idea è simile a quella del metodo del Modulo Termico...

Anziché stimare M, si può operare per via grafica:

-Vengono disegnati dei cerchi inscritti all'interno della sezione della forma

-Maggiore è il raggio del cerchio, maggiore è il tempo di solidificazione;

*Vantaggi/svantaggi •più rapido •Meno preciso;

(-è un metodo 2D, non considera ad esempio la profondità della forma).

→ Modifica della direzione di solidificazione:

Quando la resa della materozza (campo d'azione, volume alimentabile) non è sufficiente o non è

possibile posizionarla dove richiesto, si può intervenire per modificare il modulo termico locale e

quindi la direzione di solidificazione.

→ Dimensionamento della Materozza:

- Volume alimentabile:

Si supponga di aver scelto una materozza:

• a cielo aperto

• Modulo termico M=32mm

• geometria cilindrica con H = 1.5 D (per contenerne l’ingombro in altezza)

- È necessario conoscere la contrazione (%) del materiale in fase liquida dalle tabelle in funzione di:

T

• Materiale; • colata; • Altri parametri (es. % C).

➢Dai valori tabulati (es. ASSOFOND) si possono ricavare i dati di progettazione:

-Geometria della materozza;

-Massimo volume del getto alimentabile;

-Alternativamente, si può stimare il volume massimo attraverso la formula:

→ Ritiro dimensionale (allo stato solido):

Il ritiro dimensionale avviene sia allo stato liquido che quello solido:

- Il ritiro allo stato liquido, viene compensato direttamente dalle materozze;

- Il ritiro allo stato solido, deve essere compensato sulla geometria della forma;

Ogni materiale quando riscaldato (o raffreddato) subisce una espansione (o contrazione) delle sue

➢

dimensioni. Una barra di metallo di lunghezza L0 che subisce una variazione di temperatura ΔT,

subirà una variazione di lunghezza ΔL proporzionale che può essere stimata come:

→ Tensioni da Ritiro:

Le porzioni del getto che hanno modulo termico (M) differente, hanno in generale diverse velocità di

raffreddamento.

- Perciò la contrazione avverrà più rapidamente in alcune porzioni che altre.

Essendo vincolate le une alle altre, non sono libere di contrarsi e portano così alla formazione di

Tensioni interne

→ Le differenze di Temperatura e Velocità di raffreddamento sono dovute a:

- Minore è M e minore sarà la Temperatura nel tempo (come nel caso di A);

- Maggiore è la differenza di temperatura tra il metallo e forma, maggiore è la velocità di

raffreddamento (come nella fase di raffreddamento iniziale)

→ Le Tensioni da Ritiro causano:

- Stress residui nel pezzo;

-Distorsioni della geometria;

- Formazione di Cricche a caldo;

Anche la forma può ostacolare la contrazione e causare tensioni.

La presenza di spigoli vivi nella forma (ovvero, negli angoli del pezzo) porta a:

-Concentrazione delle tensioni e formazione di cricche a caldo;

-Interrompono le isoterme portando a discontinuità nel raffreddamento;

L'uso di ampi raggi di raccordo negli angoli del pezzo permette di:

-distribuire i carichi su superfici più ampie riducendo le sollecitazioni e preservando il pezzo;

-Garantisce la continuità delle isoterme;

Sovrametallo

Ritiri, distorsioni, disallineamenti nella forma o finitura della forma possono non garantire tutte le

tolleranze geometriche richieste al pezzo:

- La precisione del pezzo viene recuperata attraverso lavorazioni successive (dette di asportazione di

truciolo) che permettono di ottenere precisioni più elevate;

Bisogna prevedere perciò del sovrametallo sulle superfici da lavorare:

- Il sovrametallo viene aggiunto alle superfici del pezzo;

(Solo dove è richiesta la lavorazione, le dimensioni dovranno quindi essere modificate)

-La quantità di sovrametallo è funzione delle dimensioni locali e di ingombro del pezzo

(rispettivamente dimensioni nominali e massime);

→ Angoli di Spoglia:

L’estrazione del modello dalla terra deve essere effettuata senza compromettere la forma

- Le superfici parallele alla direzione di estrazione devono essere sempre inclinate.

(Il valore dell'angolo di spoglia dipende dalla profondità dell'impronta e dal materiale del modello.)

→ Raggi di Raccordo:

Angoli e spigoli della forma (e quindi del pezzo) devono essere raggiati

*Angoli della forma (spigoli del pezzo):

- I raccordi aiutano l'estrazione del modello;

- Tipicamente, il raggio (r) è posto uguale al sovrametallo.

*Spigoli della forma (angoli del pezzo):

- I raccordi riducono le tensioni locali, uniformano il raffreddamento e aiutano l'estrazione del

modello;

-Tipicamente, il raggio (R) viene scelto in base all'esperienza e alla pratica industriale;

→ Le Anime:

La necessità di estrarre il disegno senza compromettere la forma, non consente di realizzare alcuni

dettagli geometrici: Come riconoscere un

sottosquadro:

-Le anime vengono utilizzate anche per i fori con asse orientato in verticale;

-Le anime sono ottenute in un reparto dedicato o addirittura date a terzisti ed immagazzinate fino al

momento di impiegarle;

- L’ottenimento è realizzato tramite le casse d’anima (stampi permanenti) nelle quali viene inserita

una terra apposita (terra per anime);

→ Canale di colata:

Questo tipo di colata si definisce colata in gravità perché il riempimento della forma è garantito dal

solo peso del metallo liquido.

Il profilo è tronco-conico per compensare l’aumento