Appunti di Tecnologia Meccanica 1

- Poiché il modello stesso diventa la cavità della forma, le problematiche dovute all’estrazione del

→ →

modello non sussistono semplice da modellare costo di formatura basso

- Il modello non deve essere rimosso dalla forma perché evapora, ciò semplifica e accelera la

progettazione e costruzione dello stesso.

Svantaggi:

- Necessità di un modello per ogni getto

- Necessità di elevata porosità della forma

- Ridotte velocità di colata →

- Calore del metallo fuso anticipa il fronte metallico →

polistirene evapora prima del contatto col metallo

problema legato allo scarico di gas. Tuttavia, il

rivestimento del modello permette di evitare cedimenti

della forma.

Campi di applicazione:

- Applicato alla produzione di massa di componente di motori per automobili, in cui si utilizzano sistemi

automatizzati per realizzare i modelli in polistirolo.

Microfusione

Nella microfusione, un modello in cera viene

rivestito da un materiale refrattario per creare

un guscio. Il modello poi si scioglie prima della

colata del metallo fuso. Viene chiamato anche

come processo di colata a cera persa. Comunque

si tratta di un processo di fusione di precisione,

in quanto in grado di produrre colate ad alto

grado di precisione e dettaglio. La produzione dei

modelli in cera è fatta solitamente attraverso un

processo di formatura che prevede di versare o

iniettare la cera fusa in uno stampo, realizzato

secondo le dimensioni corrette per il ritiro sia

della cera che del metallo colato. I modelli in cera

sono collegati a un canale di colata centrale,

sempre di cera, a formare un modello ad albero.

Il ricoprimento con materiale refrattario aviene immergendo il grappolo di cera in un impasto di silice a grana

molto fine o di altro materiale refrattario misto a gesso. La granulometria ridotta fornisce una superficie liscia

e riproduce i dettagli del modello in cera. Il guscio finale si ottiene immergendo ripetutamente il grappolo

nell’impasto o compattando delicatamente l’impasto intorno a esso. Piccola annotazione: i fori di diametro

molto piccolo si possono ottneere con anime in quarzo che vengono inglobate nel modello in cera.

Vantaggi:

- Possibilità di realizzare pezzi molto complessi e precisi

- Possibilità di raggiungere un buon controllo dimensionale e una buona tolleranza (0.75 mm)

- Possibilità di ottenere una buona finitura superficiale

- Possibilità di recuperare la cera per un nuovo utilizzo 19

- Di solito non sono necessarie lavorazioni successive per rifinire il pezzo

Svantaggi:

- Processo relativamente costoso, con operazioni spesso manuali

Campi di applicazione:

- Pezzi di piccole dimensioni

- Possibilità di utilizzare tutti i tipi di metalli, compresi acciai al carbonio, acciai inossidabili e altre leghe

ad alta temperatura.

- Vari oggetti possono essere realizzati con questa tecnica, come componenti meccanici complessi, le

palette o altri componenti dei motori a turbina, gioielli e le protesi dentali

Colata in gesso e in ceramica

La colata in gesso è simile alla colata in sabbia, tranne per il fatto che la forma è fatta in gesso (CaSO4-2H2O)

invece che di sabbia. Vengono utilizzato degli additivi per controllare le contrazioni, il tempo di preso, per

ridurre le fratture e aumentare la robustezza. La realizzazione della forma è ottenuta grazie a una miscela di

gesso e acqua che viene versata su un modello di plastica o di metallo posto in un contenitore e poi fatta

indurire. La colata in ceramica è simile a quella in gesso, solo che la forma è fatta di materiali ceramici

refrattari in grado di sopportare temperature più elevate del gesso. La colata in ceramico può quindi essere

usata per acciai, ghise e altre leghe ad alta temperatura.

Vantaggi:

- La consistenza fluida della miscela di gesso le permette di scorrere facilmente intorno al modello,

riproducendo i dettagli della superficie.

- Buona finitura superficiale, buona accuratezza dimensionale e possibilità di realizzare sezioni sottili

Svantaggi:

- Indurimento dello stampo di gesso

- La robustezza della forma diminuisce se il gesso diventa troppo disidratato, ma un’umidità troppo

alta può causare dei difetti al pezzo durante la colata.

- La forma non è permeabile, quindi non permette l’uscita del gas dalla cavità

- Le forme in gesso non sono in grado di sopportare le temperature elevate sopportate dalle forme in

sabbia

Campi di applicazione:

- Metalli a basso punto di fusione, come leghe di alluminio, magnesio e rame.

- Le applicazioni comprendono stampi per plastica e gomma, pompe, turbine e altre parti a geometria

relativamente complessa

- Le dimensioni dei pezzi variano da 20g a 100kg 20

Colata in conchiglia

La colata in conchiglia utilizza uno

stampo metallico costituito da due

semi-stampi progettati perché

vengano aperti e chiusi con

semplicità. Di solito questi stampi

sono realizzati in acciaio o in ghisa.

Il processo deve essere realizzato

in poco tempo per motivi

economici. Negli stampi si possono

usare delle anime per creare delle

superfici interne ai pezzi. Non si

possono avere zone massive

nell’oggetto perché è necessario

che la velocità di raffreddamento

sia omogenea in tutto il pezzo.

Prima della colata lo stampo viene

preriscaldato e la cavità viene

spruzzata con un distaccante che facilita l’estrazione del pezzo una volta finita la colata e aperto lo stampo.

Vantaggi:

- Buona finitura superficiale e ottimo controllo dimensionale

- La solidificazione più rapida permessa dagli stampi in metallo consente di ottenere una struttura a

grana fine, che corrisponde a una maggior robustezza del pezzo

Svantaggi:

- Il processo si applica generalmente solo a metalli con basso punto di fusione

- Le limitazioni rispetto alle forme in sabbia sono il poter creare geometrie meno complesse e il costo

dello stampo più elevato

- Non si possono colare acciai

Campi di applicazione:

- I processi a stampi permanenti sono di solito usati per alti volumi di produzione, che quindi

consentono una forte automazione

- Esempi di grezzi realizzati con questo processo sono i pistoni delle automobili, i corpi delle pompe e

alcuni parti di aerei e missili.

Colata in bassa pressione

Nella colata in bassa pressione il

metallo fuso viene iniettato nella cavità

a una pressione di circa 0.1 MPa dal

basso verso l’alto. Il vantaggio i questo

approccio rispetto alla colata

tradizionale è che il metallo fuso viene

introdotto nello stampo direttamente

dal crogiolo senza essere esposto

all’aria. In questo modo si minimizzano 21

la porosità e i difetti di ossidazione e anche le proprietà meccaniche del grezzo di conseguenza sono migliori.

Questa tipologia di processo mette insieme i vantaggi della colata in conchiglia e quella in sabbia. Processo

non particolarmente utilizzato.

Pressofusione

La pressofusione è un processo di colata in forma permanente in cui il metallo fuso viene iniettato nella cavità

dello stampo ad alta pressione (da 7 a 350 MPa). La pressione è mantenuta costante durante la fase di

solidificazione e al termine lo stampo viene aperto per rimuovere il pezzo. Il processo è altamente

automatizzato: lo stampo è montato su un sistema (pressa di iniezione) che è in grado i produrre pezzi in

continuo (con un tempo ciclo tipicamente di qualche decina di secondi) senza bisogno dell’intervento umano.

Principali vantaggi: precisione dimensionale e buone proprietà meccaniche, mentre vi è una limitazione

riguardo la geometria del pezzo da realizzare.

Camera calda

Nelle macchine a camera calda, il metallo viene

fuso in un crogiolo collegato alla macchina e poi

un pistone inietta il metallo fuso ad alta

pressione nello stampo. I valori tipici di

pressione vanno da 7 a 35 MPa. I tassi di

produzione raggiungono i 500 pezzi/h. nella

camera calda il sistema di iniezione è molto

sollecitato, poiché è sommerso dal metallo

fuso. La temperatura (costante nella camera di

iniezione) del bagno fuso non può essere

troppo elevata per questioni di efficienza

energetica. Questo processo si può applicare

solo a metallo con basso punto di fusione

(zinco, stagno, piombo e magnesio).

Camera fredda

Nelle macchine a camera fredda, il

metallo fuso viene colato da un crogiolo

esterno in una camera di fusione non

riscaldata, poi un pistone inietta il

metallo ad alta pressione nello stampo. I

valori tipici di pressione vanno da 14 a

140 MPa (il pistone è sollecitato molto di

meno rispetto alla camera calda). Il ritmo

produttivo è più basso della soluzione in

camera calda. La temperatura del fuso

può essere più elevata. Le macchine a

camera fredda sono utilizzate per le colate di alluminio, ottone, leghe di magnesio. Vi è un problema legato

alla gestione delle scorie dovute al metallo fuso che, a contatto con l’aria genera degli ossidi che peggiorano

le proprietà meccaniche del pezzo. 22

Stampi

Los stampo è costituito da

una parte fissa (dalla parte

del sistema di iniezione) e

da una parte mobile (dalla

parte del sistema di

chiusura). Quando la parte

mobile raggiunge la corsa

desiderata il tampone va in

battuta contro un fermo, e spinge avanti la piastra di estrazione sulla quale sono collegati gli estrattori. Poiché

lo stampo in metallo non ha porosità naturale e poiché il metallo fuso scorre rapidamente durante l’iniezione,

occorre progettare degli opportuni fori di ventilazione e prese d’aria collocate sulla linea di divisione dello

stampo per far fuoriuscire l’aria e i gas.

Macchina

Vantaggi pressofusione:

- Alto tasso di produzione raggiungibile e quindi processo economico per grandi quantitativi di

produzione

- Tolleranze dimensionali molto strette, nell’ordine di 0.076 mm per parti di piccole dimensioni

- Buona finitura superficiale

- Spessori molto sottili, fino a circa 0.5 mm

- Raffreddamento rapido, che conferisce granulometria fine e buone proprietà meccaniche al pezzo.

Svantaggi pressofusione:

- Limitazioni riguardo la geometria del componente, che deve poter essere estratto con facilità dallo

stampo

Campi di applicazione:

- I processi a stampi permanenti sono di solito usati per alti volumi di produzione, che quindi

consentono una forte automazione

- Esempi di grezzi realizzati con questo processo sono componenti del sistema frenante auto, cerniere

per arredamento, componenti per motori elettrici e pompe. 23

Colata centrifuga

La colata centrifuga si

riferisce ai metodi di

colata in cui lo

st