Tecniche e processi di fonderia: Appunti Tecnologie Generali

Tecniche e Processi di Fonderia

Testo di riferimento: Kalpakjian S., Schmid S.R. (Prentice Hall 2008) Tecnologia meccanica [cap. 5]

Con le tecniche di fonderia si parte dalla materia prima allo stato liquido mediante fusione. Si cola il metallo fuso in

una cavità avente la sua stessa forma del pezzo che voglio ottenere, si aspetta che solidifichi, si distrugge o apre la

forma ed infine si estrae il GREZZO di fonderia detto anche GETTO; esso è il pezzo con tutte le appendici attorno che

andranno successivamente eliminate per avere il prodotto desiderato.

Infatti, solitamente, il grezzo viene poi sotto posto a:

- in cui la forma e le dimensioni che do al prodotto finale vengono generate da

deformazione plastica a caldo,

un macchinario a partire da un prodotto già allo stato solido, ma avente 0,3T <T<0,6T .

fus fus

- ad esempio nell’asportazione di truciolo la lavorazione avviene a freddo e la

deformazione plastica a freddo,

lavorazione avviene per sottrazione di materiale sempre allo stato solido, ma quando il grezzo ha T<0,3Tfus.

Da un punto di vista dimensionale la fonderia è molto poco

precisa per quanto riguarda le dimensioni e la rugosità. Nella

famiglia dei processi di fonderia quella in terra è la peggiore

mentre se uso la deformazione plastica miglioro la

precisione. Il meglio è legato alla microfabbricazione. Le zone

lavorate sono quelle lucide quelle non lavorate sono quelle

opache.

La fonderia

La fabbricazione mediante fonderia rappresenta una delle tecniche più versatili per la realizzazione di semilavorati o

finiti.

Le 3 fasi del processo sono:

1. DISEGNO DEL MODELLO DI FONDERIA A PARTIRE DAL DISEGNO DEL PEZZO IN PRODUZIONE

A partire dal disegno e dimensioni del pezzo progetto il modello di

fonderia che non da esattamente la stessa dimensione e forma del

prodotto finito, questo perché di deve tener conto di alcuni fattori

come ritiro del metallo durante la solidificazione (che comporta una

variazione delle dimensioni), angoli di raccordo e di spoglia (per

esigenze tecniche per estrarre il grezzo dalla forma), ecc…

Con tecniche di fonderia non solo posso dare forma esterna del pezzo, Zona ROSSA = modello del pezzo, che

ma posso anche creare fori, buchi... cioè conferire una forma interna serve per creare poi la forma.

del pezzo. Questo mediante l’utilizzo di anime o tasselli, che sono Zona NERA = anima e portata d’anima,

protuberanze messe nello stampo per evitare che il metallo liquido che servono rispettivamente per creare

cavità nel grezzo e per sostenere l’anima

colato occupi quella zona dello stampo. nello stampo.

2. ALLESTIMENTO E COSTRUZIONE DELLA FORMA

Una volta progettato e costruito il modello, sono in grado di realizzare

l’impronta (=allestimento della forma) la forma nello stampo in cui

andrò ad colare il metallo liquido. Nell’impronta possono esserci

alcune zone interne in cui non può venire colato il metallo liquido

quindi inserisco delle anime (se voglio un foro cilindrico inserisco un

anima cilindrica che mi crea il foro della forma voluta), il modello da

fuori assomiglia al pezzo ed è fatto di due metà.

In foto si vedono la staffa inferiore in cui vi è modello e la staffa superiore dalla quale è già stato estratto il

grezzo.

RICORDO : le portate d’anima servono a sospendere l’anima nell’impronta e le anime servono per creare grezzi coi fori. Le portate

d’anima fanno parte del modello e sono quelle appendici nere che ho visto nell’immagine sopra. I due semimodelli hanno dei perni di

riferimento (perché il modello è composto da due metà).

3. FUSIONE DEL METALLO, COLATA E SOLIDIFICAZIONE

Pronto lo stampo, attraverso il canale di colata, viene colato il metallo fuso, lasciato solidificare ed infine

viene estratto il grezzo.

Durante il processo di solidificazione entrano in gioco altri elementi dello stampo: la materozza, che permette

di rabboccare metallo liquido compensando il fenomeno di ritiro, cioè contrazione del metallo durante

solidificazione. Ciò evita la formazione di cavità di ritiro ovvero difetti dovuti alla scarsità di materiale nello

stampo. Metallo liquido rabboccato da materozza deve essere ultimo solidificare, mentre il cuore del pezzo,

la prima zona. Questa evita la formazione di difetti e cricche interne.

Esempio:

La biella è stata colata dal basso in quanto si vede il quadratini rosso dal quale si immette la



colata le due braccia laterali sono dette materozze e hanno la funzione di rimanere liquide

durante la solidificazione (ossia sono le ultime che devono solidificare) così da riuscire a

prevenire la formazione di cricche nel cuore della biella (se solidificassero troppo presto nella

biella rimarrebbe una parte liquida (freccia rossa) circondata da solido e si avrebbe la

formazione di cricche). La solidificazione delle biella avviene dall’alto in quanto in basso è più

caldo infatti il canale di immissione del metallo liquido è in basso. Il buco della biella è ottenuto

tramite un’anima nel modello. (Il modello è quello con cui si crea l’impronta con cui si crea

l’oggetto desiderato. L’impronta è fatta spingendo nella sabbia il modello).

METODI DI PREPARAZIONE DELLA FORMA

Si possono avere due diverse tipologie di stampo:

- forme transitorie: in cui uso la sabbia di fonderia per allestire la forma; quindi dopo la solidificazione

distruggo la forma per estrarre il grezzo e riallestita per ottenere un altro pezzo.

- forme permanenti: sono anche dette “conchiglie” e sono fatte a loro volta di materiale metallico; pertanto

colo in esse il metallo liquido, aspetto che solidifichi e raffreddi, infine lo estraggo aprendo lo stampo che è

diviso in due parti dette staffe. Pulisco i due gusci e faccio la successiva colata., senza dover ricostruire la

forma.

CICLO DI FONDERIA

il primo passo riguarda la progettazione della cavità in cui colare il metallo: per fare la cavità ho bisogno di un oggetto che

impresso nella sabbia generi la forma. Quindi per fare il grezzo ho bisogno del modello e dell’anima che inserita nell’impronta

impedisce al metallo di occupare certe zone e determina l’impronta dello stampo. Pertanto:

1. FORMATURA FORMA: inizio facendo il disegno dell’elemento finito → poi

ricavo il disegno del grezzo che tiene conto di sovrametalli, piano divisione, angoli

di sformo e raggi di raccordo. → Infine si ottiene il disegno del modello

considerando le informazioni sulla portata d’anima e sul ritiro del materiale

metallico.

DALL’ELEMENTO FINITO AL GREZZO

a. Sovrametalli

Dato che il grezzo di fonderia successivamente necessita di essere lavorato alle macchine utensili per asportare

materiale ed ottenere la finitura superficiale desiderata, si deve fare in modo che il grezzo sia più grande del pezzo

finito; cioè devo progettare un sovrametallo. Di esso ci sono delle quote predefinite.

In base alla quota che considero e alla dimensione del pezzo la tabella mi dice i mm di sovrametallo necessari per

dimensionare il pezzo. ESEMPIO:

Se voglio del sovraspessore sulla quota 70, siccome la dimensione

massima del pezzo è 200 allora il sovraspessore deve essere di 6mm.

Pertanto nel modello il sovraspessore relativo all’ntera quota, deve

essere pari al doppio quindi 12mm. Poiché 6mm sopra e 6mm sotto.

La quota 200mm essendo parte esterna sarà 200 +2*8 = 216mm.

La quota 20mm essendo interna deve essere minore perché

aggiungendo sovrametallo all’interno, foro diminuisce. Per cui sarà

20-2*6= 8mm.

ATTENZIONE: bisogna porre attenzione nel caso si stia considerando un pezzo forato. In questo caso il foro nel grezzo

deve essere più piccolo così che quando lo lavoro alle macchine utensili posso asportare quel sovraspessore per

conferire una certa rifinitura superficiale.

↓

REGOLA SOVRAMETALLI:

- dimensioni del pezzo esterne, aggiungo sovrametallo quindi la dimensione aumenta

[parte esterna d + )]

2*sovrametallo

= ( originale

- dimensioni del pezzo interne (fori, buchi), aggiungo il sovrametallo, quindi la dimensione del foro diminuisce

-

[parte interna d )]

2*sovrametallo

= ( originale

Immagine a: per il disegno a posso avere due tipi di

anime o una cilindrica senza gradini oppure con già i

gradini in questo caso non devo farli dopo, in

entrambi i casi devo comunque fare un’anima più

piccola, il sovraspessore in entrambi i casi da togliere

è indicato con la freccia rossa.

Immagine b: indica una criticità che si può incontra-

re. Se ho un pezzo con il sovraspessore di 5mm però

siccome li ci andrà una materozza e siccome la

materozza è più grande del pezzo devo fare un canale di raccordo tra la materozza e il pezzo quindi il pezzo mi viene

lungo il contorno indicato con la freccia verde.

b. Piano di divisione

Devo definire il piano di divisione ossia siccome ho due staffe/parti che formano lo stampo, cioè entro le quali ricavo

l’impronta devo scegliere il piano di divisione dell’impronta che poi sarà il piano di divisione del modello quindi del

grezzo e infine del finito.

Spesso il piano di divisione coincide con il piano di simmetria del pezzo, ma se esso ha forme complicate o non è

assialsimmetrico, devo individuare un altro piano.

In generale il piano di divisione deve scelto in modo tale che agevoli e permetta l’estraibilità del modello dalla forma

senza romperla, in modo tale da non compromettere l’impronta.

Esempio: Devo trovare il piano di divisione che mi consente

l’estraibilità del modello: quando ho il modello in legno

dentro la sabbia posso avere dei problemi di estrazione

dalla sabbia stessa se ad esempio il mio modello è stato

inserito in obliquo per cui si possono rompere dei dettagli:

estraendo la parte lunga distruggo il braccio più piccolo

obliquo. Nell’immagine se considero il piano 2 posso

sfilare solo verso destra perché verso sinistra mangerei via

il dettaglio nel cerchio rosso. Il piano 3 ha problemi sia se sfilo verso l’alto che se sfilo verso il basso. Decido per il

piano 3 e sfilo verso il basso: per ovviare al problema dei componenti E ed F faccio un modello così: introduco un

tassello permette di farmi venire la cavità nel cerchietto giallo (figura a sinistra).

Nell’immagine a destra viene mostrato come di possa scomporre il braccio C in due parti: prima estraggo il pezzo due

poi il pezzo 1 e destra ed infine in basso. Se uso tutte e tre le soluzioni per i dettagli spendo di più per il modello ma

risparmio poi nelle lavorazioni successive.

c. Angoli di sformo

Soluzione che bisogna introdurre per migliorare l’estraibilità: tutte le superfici

del modello perpendicolari al piano di divisione devono essere sformate ossia

inclinate. La superficie nel cerchio rosso deve essere inclinata ossia essere

come quella verde. Se non fosse inclinata la terra sarebbe trascinata con

l’estrazione del modello. La superficie nel cerchio arancio è inclinata nel

verso sbagliato. Così risulterebbe impossibile estrarre il modello dalla forma.

d. Raggi di raccordo

Gli spigoli vivi nella forma non vanno bene perché sotto la forza del

metallo liquido che cola non resisterebbero all’azione erosiva della lega.

Questo comporterebbe che parte delle pareti si disgregherebbero e

quindi nel bagno fuso si ritroverebbero grani o zolle di sabbia di

fonderia che possono:

- galleggiare nel bagno fuso e quindi andrebbero a finire nella parte di pezzo che asporto alle macchine utensili

senza creare difetti permanenti nel pezzo (questo crea solo danni alla macchina utensile perché quando l’utensile che deve eliminare

il sovraspessore incontra la sabbia, esso si rompe)

- cosa solitamente più probabile, i grani di sabbia di fonderia potrebbero rimanere annegati nel bagno fuso ,

creando inclusioni non metalliche, cioè difetti gravi e permanenti.

↓

A questo punto, dopo aver considerato i punti a,b,c,d, ho il disegno che esprime fedelmente il disegno del GREZZO.

Ma io sto progettando il MODELLO quindi devo ancora considerare le portate d’anima e il ritiro. Se non ho un foro

ovviamente le portate d’anima non servono.

DAL GREZZO AL MODELLO

e. Anima e portata d’anima

Le anime sono elementi in legno o polistirolo che permettono di ottenere un foro nel pezzo, direttamente quando si

cola il metallo liquido, senza doverlo fare successivamente con le lavorazioni per asportazione di truciolo

L’anima deve essere più lunga della dimensione del foro, poiché nello stampo deve esserci anche spazio per la

portata d’anima, dove alloggia ed è sorretta anima nello stampo.

Nel disegno a sinistra vedo il canale di colata mentre in quello a destra

vedo la materozza quindi la materozza e il canale di colata sono su due

piani diversi. Posso avere delle anime non appoggiate a sbalzo. Quando

anima è montata in questo modo prende il nome di tassello la parte di

terra della portata d’anima deve essere più grande. Quando l’anima e

porta anima sono perpendicolari al piano di divisione o quando ho un

tassello, devo sempre applicare anche ad essi gli angoli di sformo per

evitare accumulo