Appunti Tecnologia Meccanica

Le caratteristiche del materiale della conchiglia sono:

 Alta temperatura di fusione per resistere al fuso colato al suo interno

 Elevata resistenza meccanica per non deformarsi nell’utilizzo ripetuto (in particolare nel caso di colata

sottopressione)

 Elevata resistenza alla fatica termica per impedire l’insolvenza di cricche

 Elevata resistenza all’adesione per evitare la saldatura del fuso con le pareti della forma (in questo caso

rovinerei il getto e la conchiglia durante la sformatura

I materiali più utilizzati sono: ghisa grigia o acciai legati e leghe refrattarie.

Le conchiglie sono preriscaldate ad una temperatura dipendente dal materiale colato. La temperatura è bassa per lo

zinco mentre sale per magnesio. alluminio e rame.

La protezione della superficie interna e la riduzione del trasferimento di calore sono realizzati mediante l’applicazione

di rivestimenti o vernici costituiti da polvere refrattaria in un mezzo di sospensione. Il rivestimento viene rieseguito

dopo ogni ciclo.

La fuoriuscita dei gas è ottenuta mediante opportune prese d’aria in quanto il materiale della forma non è permeabile.

Devo curare le prese d’aria in modo che il fuso non vi entri all’interno.

Caratteristiche e requisiti delle forme:

 Devo avere facilità di rimozione del getto dalla conchiglia. Realizzando geometrie meno complesse rispetto a

quelle ottenute con forme transitorie

 Le cavità interne sono realizzabili con anime metalliche fisse o mobili

 Le anime sono costruite in più parti nel caso di sottosquadri

 Utilizzo anime in terra solo quando la colata avviene per gravità o con bassa pressione

 Può essere necessaria la presenza di espulsori per la rimozione del getto

 Il getto è espulso nel momento in cui inizia a ritirarsi contro la conchiglia. In quanto la conchiglia non è cedevole

e potrei far nascere tensioni interne anche elevate

 La velocità di raffreddamento è attenuata preriscaldando la forma

 I getti con pareti sottili sono ottenuti sotto uno stretto controllo della temperatura della forma della

composizione e della applicazione del rivestimento.

I processi sono principalmente classificati in:

 Fonderia in conchiglia a gravità

 Fonderia in conchiglia con applicazione di pressione

67. Fonderia in conchiglia a gravità

Il riempimento della forma per gravità è analogo alla fonderia in terra. È usata per colare leghe di alluminio, magnesio,

rame e ghisa. La conchiglia è protetta per le leghe di alluminio e magnesio con un rivestimento di lubrificante e per le

leghe di rame e ghisa con rivestimento ceramico. Spesso si usano anime in terra per forme con cavità complesse.

Le fasi del ciclo sono:

 preriscaldamento e rivestimento della forma

 inserimento di anime e chiusura della conchiglia

 colata del fuso

 apertura della conchiglia ed estrazione del getto

È utilizzata per alti volumi di produzione e per la sua produttività. Le superfici ottenute sono ottime e precise con

tolleranze strette, si ha inoltre efficacia nello smaltimento del calore e quindi proprietà finali migliori del getto.

68. Fonderia in conchiglia con colata a bassa pressione

L’applicazione di pressione è realizzata:

 Indirettamente insufflando gas impressione nel fuso nel caso di

colata a bassa pressione

 Direttamente con uno spintore che esercita l'azione sul fuso

all'interno di un cilindro. Si possono avere due casi:

Se il sistema di pompaggio è immerso nel fuso allora si

parla di colata in camera calda o iniettofusione. Il fluido

viene iniettato a temperatura maggiore e questo è un

beneficio in caso di pareti sottili

Se il fuso è spillato dal forno e posto entro un cilindro

non scaldato dall'esterno allora si parla di colata in

camera fredda o pressofusione. Nel fluido può essere espressa maggior pressione

Il caso di fonderia in conchiglia con colata a bassa pressione il fuso è posto in un crogiolo riscaldato e grazie all’azione

del gas compresso a bassa pressione il fuso è costretto a entrare nel tubo di alimentazione che lo porta entro la cavità.

L’avanzamento del fronte di solidificazione avviene dalle parti più distanti verso il tubo di alimentazione. L'estrazione

del getto è fatta con opportuni dispositivo. La tecnologia è però obsoleta e superata da quella ad alta pressione.

Fonderia in conchiglia sotto pressione:

Nella fonderia in conchiglia sotto pressione il metallo è immesso nella conchiglia sotto l'azione di un sistema che

permette di:

 Imporre e controllare la velocità del fuso durante il riempimento

 Esercitare controllare la pressione sul fuso in solidificazione per ridurre gli effetti del ritiro

Durante il riempimento il metallo si trova completamente allo stato liquido nella iniettofusione e allo stato bifasico

liquido-solido nella pressofusione. La pressione è di entità dipendente dalle condizioni del metallo da colare. La

conchiglia è riempita in tempi molto ridotti quindi questo processo è adatto per pezzi piccoli e con pareti sottili.

Il ciclo comprende anche la fase di solidificazione sotto pressione che avviene a conchiglie ancora chiuse. Seguono poi

le fasi di apertura delle conchiglie, estrazione del getto, lubrificazione e rigenerazione per il ciclo successivo e chiusura

della forma. La fase di colata è la più critica a causa della necessità di evitare turbolenze eccessive e per consentire

l'evacuazione dell'aria dalla forma attraverso i canali di sfogo ricavati nella conchiglia.

I costi di impianto in aggiunta a quelli delle conchiglie sono elevati e giustificati da volumi di produzione elevati. Dal

punto di vista realizzativo le conchiglie possono essere:

 Semplici: hanno una sola cavità ricavata dal blocco conchiglia

 Multiple: hanno più cavità, identiche o diverse tra loro, ricavate nel blocco conchiglia

Solitamente il rapporto tra il peso della conchiglia e quello del getto è dell’ordine di 1000: 1

Gli impianti per la colata sottopressione sono macchine in grado di applicare alla conchiglia forze di chiusura adeguate

a quelle derivanti dalla pressione conferita al fuso. Le macchine sono simili a presse idrauliche e la conchiglia è chiusa

con sistemi meccanici. Le macchine sono classificate in base alla forza di chiusura della conchiglia (da 25KN a 30MN)

Il forno di riscaldamento può essere:

 Integrato nella macchina: in modo da mantenere a temperatura di colata il fuso all’interno di un crogiolo.

Poiché la camera di pressione è immersa nel fuso all’interno del crogiolo il processo è definito a colata

sottopressione in camera calda o iniettofusione

 Non integrato nella macchina: il forno da cui si spilla il fuso è collocato in una stazione di fusione più o meno

lontana dalla macchina e poiché la camera di pressione non è riscaldata il processo è definito colata sotto

pressione in camera fredda o pressofusione

L’inizio della solidificazione parte dalle pareti con formazione di una struttura a grani fini, grazie alla elevata velocità

di raffreddamento. La prosecuzione della solidificazione avviene verso l’interno con crescita dendritica, si ha la

presenza di cavità di ritiro interdendritiche che crescono di densità e dimensioni all’avvicinarsi del baricentro termico.

I pressocolati sono caratterizzati da un certo grado di porosità dovuto anche alla presenza di soffiature.

I getti ottenuti hanno caratteristiche meccaniche superiori rispetto a quelli ottenuti con altri processi in conchiglia. I

getti colati allo stato pastoso (pressofusione) sono più resistenti di quelli colati allo stato liquido (iniettofusione). La

fonderia in conchiglia sotto pressione è particolarmente adatta alla produzione di getti con piccoli spessori (la migliore

per pareti sottile è la iniettofusione in quanto ho temp. di colata maggiore e

quindi maggior fluidità e maggior probabilità di riempire le pareti sottili).

Si devono ottenere volumi di produzione molto alti per ammortizzare il

notevole costo delle conchiglie e dell’impianto

69. Pressofusione

Nel processo in camera fredda o pressofusione il fuso è versato mediante una

siviera all’interno della camera di spinta non riscaldata e forzato ad entrare

nella cavità della conchiglia con pressioni tra i 20 e i 70MPa. Si possono colare

anche metalli con temperatore di fusioni maggiori (come Al, Mg e Cu) e anche

leghe ferrose. Le macchine sono orizzontali o verticali.

70. Iniettofusione

Il processo in camera calda o iniettofusione può essere un sistema a pistone

tuffante. Si ha una opportuna quantità di fuso intrappolata e forzata nella

conchiglia dall’azione del pistone. La pressione applicata arriva fino a 35MPa. Il

metallo è mantenuto in pressione fino al termine della solidificazione.

In questo caso le conchiglie sono raffreddate con circolazione di acqua e olio

per aumentarne la durata e ridurre il tempo del ciclo. La produttività è

dell’ordine del migliaio di parti all’ora e si ha possibilità di colare leghe di zinco

e anche leghe di stagno e piombo. La produzione dei getti di alluminio è più

complessa a causa di problemi della durata delle pompe.

71. Pressocolata sottovuoto

I principali difetti dei getti colati sotto pressione sono quelli

derivanti dalla presenza di gas nell’ambiente e quindi della presenza

di soffiature nel getto. La pressocolata sottovuoto sfrutta i vantaggi

offerti dal sottovuoto e quindi soffiature minori dovute al fatto che

il fuso non entra in contatto con il gas.

I getti ottenuti hanno migliori proprietà e sono ottenuti con

soluzioni basate sulla colata effettuata dopo la rimozione dell’aria

all’interno della conchiglia. La pressione nella conchiglia è ridotta a

valori molto inferiori rispetto a quella atmosferica mediante pompe

da vuoto. La depressione è ottenuta utilizzando metodi diversi

Il processo Nelmor produce una depressione di 60-70 hPa generata

chiudendo la cavità della conchiglia in una camera da vuoto. Il

vantaggio principale è quello di non dover effettuare modifiche sulle forme, lo svantaggio è che se il volume della

camera da vuoto è molto grande è richiesto, per le rilevanti quantità di aria da aspirare, un impianto di notevole

capacità per non allungare troppo il ciclo. Questo processo è quindi poco pratico ed economico.

Sistemi alternativi sono dotati di particolari valvole e dispositivi di aspirazione e di controllo che complicano l’impianto

e necessitano di interventi di manutenzione. Questo comporta un maggior costo delle conchiglie e tempi morti per la

manutenzione, con conseguent