Risposte domande esame Tecnologia meccanica

L

=T di surriscaldamento. ci si cautela dalla

T Più è alta la T di surriscaldamento più

stato liquido e sur

solidificazione prematura, aumentano ritiro volumetrico costi si riduce

ma il fino alla T ambiente e i e

lapermanenza dell’ordine atomico a corto raggio riducendo il numero di siti di nucleazione durante la

solidificazione. Va inoltre riportato che l’espressione considerata è approssimata, infatti il calore specifico e

leghe

la densità variano con la temperatura e con lo stato fisico del materiale. Per le si può in prima

media pesata

approssimazione considerare che il calore totale da fornire si una dei calori da fornire ai suoi

costituenti considerati singolarmente. La variazione della temperature nelle leghe con composizione non

eutettica dipende dagli elementi e dalla composizione.

31) Elementi del sistema di colata e loro funzione. La colata del fuso nella forma avviene attraverso un

apposito sistema di colata costituito dal bacino di colata, dal canale di colata, dal canale di alimentazione e

veloce riempimento evitando forti

dagli attacchi di colata. Il sistema deve assicurare il della forma

abbassamenti di T, di forma e anime trascinamento di aria, impurità, inclusioni e ossidi.

l’erosione e il

32) bacino di colataaccoglie il fuso

Bacino di colata. Il versato dalla siviera nel sistema di colata ed è

sagomato in modo da assicurare un flusso tranquillo del fuso nel canale di colata. Presenta sistemi che

trattengono le scorie galleggianti in superficie (ossidi e impurità) e le inclusioni che si raccolgono sul fondo,

fermascorie o filtri.

si parla di

33) canale di colata trasforma l’energia potenziale del

Calcolo della velocità alla base del canale di colata. Il

fuso in energia cinetica e le su dimensioni si calcolano supponendo il fuso

incomprimibile. Dalla continuità e dall’incomprimibilitàA v =A v , mentre

1 1 3 3

+ + ℎ = + + ℎ + !,

dal teorema di Bernoulli con

f=energia persa per attrito con le pareti per unità di volume. Nel caso in cui

=p =p (processo non sotto pressione),

le pareti siano impermeabili e p

1 3 atm

ipotizzando che ρ e h siano costanti, trascurando le perdite e considerano

c

ℎ = " = =

$%&'

# (

v =0 (fuso in quiete) e h =0 si ottiene , pertanto

1 3

$%&'

) =velocità alla base di colata.

34) Tempo di riempimento della forma. Alla luce della velocità alla base di

- - - -

* = = = =

+, . . / /

tempo di riempimento della forma $01

colata calcolata prima, il è , con

V=volume della forma. Nell’ottenere tale formula si considera che nelle canalizzazioni orizzontali (canale di

alimentazione e attacchi di colata) la portata sia uguale a quella alla base del canale di colata e inoltre il

approssimato per difetto

tempo di riempimento della forma risulta (più breve che in realtà) poiché si

trascurano le perdite per attrito.

35) Problemi di aspirazione nel sistema di colata. Se il canale di colata è cilindrico A =A quindi v =v ,

2 3 2 3

pertanto l’energia cinetica è costante, di conseguenza poiché h >h deve valere ρgh <ρgh . Per Bernoulli

2 3 2 3

sezione 2 risulta essere in depressione se la

p =p -ρgh , quindi poiché p =p la rispetto all’ambiente e

2 3 2 3 atm

forma è transitoria porosa include aria sagomare

e quindi il fuso dall’esterno. Pertanto è necessario

opportunamente il canale di colata per evitare che si formino bolle nel fuso, che i gas disciolti si liberino poi

durante il raffreddamento e che fuso e aria reagiscano formando ossidi e scorie. Si vuole fare in modo che

01

+ ℎ = → 3 4 = 1 −

p =p =p , pertanto deve valere dal teorema di Bernoulli . Per la

2 3 atm 01

6 = 1 − 7 =

continuità v /v =A /A =R, quindi v =Rv e sostituendo si ottiene . Vale h =h -h e

2 3 3 2 2 3 2 t c

0(1 <1 ) ' B

6 = 1 − ? = =

$2ℎ @

; = A #

9 01 ' B rapporto tra

, quindi e di conseguenza . R rappresenta pertanto il

; ) %

le aree che permette di prevenire l’aspirazione nella sezione 2. Bisogna poi ripetere la procedura per tutte

canale a tronco di cono.

le sezioni comprese tra 2 e 3, ottenendo una forma del

36) canale di alimentazione

Canale di alimentazione e attacchi di colata. Il si trova alla base del canale di

distribuire il fuso nella cavità attraverso gli attacchi.

colata per Ha una sezione maggiore di quella del

rallenta e addolcisce il flusso del fuso.

canale di colata e spesso ha una forma che Se possibile ha

miglior

un’estremità che funge da trappola per le inclusioni oltre l’ultimo attacco. I vantaggi sono un

modello di distribuzione, minori turbolenze e minori riduzioni di T, trattenimento delle

nonché il

impurità. attacchi di colata collegano il canale di alimentazione alla cavità sezioni ridotte

Gli e presentano

agli attacchi con la cavità agevolare la separazione del getto solidificato strozzare il flusso

col fine di e di

del fuso. Di solito il sistema di colata prevede tutte le parti elencate finora, ma a volte mancano le

canalizzazioni orizzontali, pertanto il fuso entra nella forma direttamente dal canale di colata, ma ciò è

possibile solo per metalli poco ossidabili e che tendono poco a introdurre gas. Qualora fosse possibile si

avrebbero una riduzione dei costi e un aumento della produttività.

37) complessa T si riduce molto al contatto

Colata del fuso nella forma. Si tratta di un’operazione poiché

con le pareti e pertanto le proprietà variano nel tempo in uno stesso punto e da punto a punto nello stesso

caratteristiche fluidiche

istante di tempo, in particolare sono molto importanti le variazioni delle oltre a

quella della T, ovvero le variazioni di viscosità, tensione superficiale e fluidità.

38) fluidità del fuso a riempire completamente e correttamente la forma.

Fluidità. La è l’attitudine Si

dipende surriscaldamento composizione

tratta di una caratteristica complessa che dal grado di T -T , dalla

sur f

chimica forma Bassa fluidità

difetti riprese di



e dalla (geometria, materiale e temperatura). nel getto:

colata (o a caldo), ovvero in una zona il fuso solidifica prima che la cavità sia completamente riempita e il

mancanza di particolari

fuso ulteriormente giunto si salda formando una discontinuità=ripresa a caldo, e di fluidità,

per via dell’incompleto riempimento causato dalla solidificazione prematura. Si usa l’indice il

quale si ottiene misurando la lunghezza del canale percorso dal fluido in un sistema standardizzato (canale

T iniziale

a spirale) prima di solidificarsi (a volte si usa in alternativa un canale rettilineo). La è il fattore

predominante poiché determina il calore ceduto dal fuso prima di iniziare a solidificare, pertanto se la

aumenta fluidità aumenta,

temperatura inziale anche la così come l’indice di fluidità, tuttavia si perde

l’ordine atomico a corto raggio e con esso dei siti di nucleazione. Il discorso è valido per ogni metallo, ma

dipendono dallo specifico metallo

l’entità della fluidità e della sua variazione (composizione chimica). Per

forma

le soluzioni solide la fluidità è minore rispetto ai metalli puri e alle leghe eutettiche. La influenza la

materiale,

fluidità in base al materiale, alla temperatura e alla geometria. Per quanto riguarda il le terre da

forme transitorie

fonderia delle hanno una bassa conducibilità termica, pertanto il fuso trattiene

maggiore indice di fluidità, forme permanenti

maggiormente il calore e quindi ha un mentre i metalli delle

hanno un’alta conducibilità termica e assorbono dunque velocemente il calore del fuso, il quale si solidifica

minore indice di fluidità. T inziale della forma,

quindi velocemente, pertanto si ha un Considerando la una

T bassa comporta un maggiore gradiente di T rispetto al fuso e dunque un maggiore e più rapido scambio

riduzione della fluidità.

termico, ovvero un maggior raffreddamento del fuso e una maggiore Per questa

preriscalda rallentare il

ragione le forme inizialmente non sono mai a T , bensì le si così da

amb

raffreddamento e aumentare l’indice di fluidità. geometria

Per quanto concerne la della forma bisogna

pareti sottiliscambiano calore più velocemente

distinguere tra pareti massicce e sottili. Le poiché hanno

convengono pareti massicce rallentare lo

un piccolo spessore a parità di superficie di contatto, dunque per

scambio termico elevato indice di fluidità.

e mantenere un Pertanto si ottiene l’indice di fluidità migliore

con forme transitorie in terre da fonderiacon pareti massicce e preriscaldate, ma per avere una

solidificazione migliore questa risulta invece essere la configurazione peggiore, poiché si punta ad avere

tanti grani di piccole dimensioni (e quindi servono tanti nuclei), di conseguenza bisogna trovare un

compromesso tra le due esigenze.

39) viscosità resistenza allo scorrimento

Viscosità e tensione superficiale. La è la e aumenta al diminuire di

tensione superficiale lavoro necessario per creare una superficie di aria unitaria a T e V costanti

T. La è il e

aumenta al diminuire di T e al formarsi di ossidi. Se è troppo elevata non si riesce a a riempire zone con

liquido-solido.

angoli acuti di piccola ampiezza. Opera all’interfaccia

40) turbolenze variazioni incontrollate di velocità e direzione

Turbolenze. Le sono del fuso. Sono favorite

minimizzate evitare

da elevate velocità di colata e devono essere per l’erosione della forma se in terra e

delle anime se transitorie, così come l’intrappolamento di gas, scorie, etc. Possono essere quantificate

D

= E

numero di Reynolds6C

attraverso il , con ρ=densità, v=velocità, D=diametro condotto e η=viscosità

della fase liquida. Si ha una maggiore tendenza alle turbolenze al crescere di Re (Re<2000regime

laminare, Re>20000forti turbolenze). Nei comuni sistemi di alimentazione si ha 2000<Re<20000, ovvero

regime misto con turbolenze, velocità non troppo basse

un dovuto da una parte alla necessità di avere per

evitare

avere una buona produttività ed evitare solidificazioni premature, dall’altra al voler i problemi

eccessive turbolenze.

connessi ad

41) solidificazione di atomi struttura cristallina

Solidificazione. La &egrav