Tecniche e processi di fonderia: Appunti Tecnologie Generali

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 di terra e rischio infragilimento dello stampo negli spigoli.

f. Il fenomeno del ritiro

Devo formalizzare nel modello il fenomeno del ritiro, cioè devo

ingrandire l’oggetto per tenere conto del fenomeno del ritiro. Lo

spessore aggiuntivo deve tenere conto della percentuale del ritiro

del grezzo, cioè dell’elemento a cui ho già aggiunto il sovrametallo.

Il ritiro va sempre aggiunto sia che sia una quota interna che

esterna, essendo il ritiro sempre una contrazione verso l’interno

del pezzo. Il ritiro si aggiunge sempre, a differenza del

sovrametallo. Non è preoccupante il ritiro allo stato liquido perché tanto c’è la materozza che rabbocca mano a

mano che avviene il ritiro. La mia impronta è quindi sempre piena. È pericoloso il ritiro allo stato solido quando il

pezzo in solidificazione raggiunge e va sotto temperatura di fine solidificazione. Qui non posso più frenare il ritiro e

controllare dimensioni del pezzo.

Il ritiro comporta che in fase di progettazione del modello, al grezzo è necessario aumentare di tutte le dimensioni del mio pezzo.

↓

A questo punto, dopo aver considerato i punti e,f ho il disegno che esprime fedelmente il MODELLO.

MODELLI DI FONDERIA

I modelli di fonderia devono avere le seguenti caratteristiche:

- funzionalità

- estraibilità

- durabilità nella fase di colata

- costruita con precisione e qualità

Se uso un modello in cera o polistirolo per ogni colata devo creare un modello nuovo. I modelli in polistirolo vengono

annegati in una staffa (devo fare anche il modello in polistirene del canale di colata e della materozza). Con i modelli in

polistirene elimino il problema dell’estraibilità del modello perché quando vado a colare il metallo liquido il metallo

sublima il polistirolo e i gas che si formano impediscono al metallo liquido di essere inquinato dal polistirolo.

ANIME → principali caratteristiche richieste sono:

- sgretolabilità durante solidificazione il ritiro avviene convergendo verso l’asse/centro del pezzo. L’anima deve facilmente disintegrarsi.

- estraibilità nel caso in cui anima non è fatta in materiale che si disintegra, deve essere estraibile anche eventualmente rompendosi.

- permeabilità per permettere di disperdere/assorbire prodotti gassosi che si creano in colata, che se non espulsi formerebbero porosità.

- cedevolezza il materiale strozza l’anima durante il ritiro quindi deve cedere altrimenti nel pezzo solidificato si creano delle tensioni di

ritiro che possono o stortare il pezzo o romperlo. Però anima deve cedere solo in solidificazione non durante colata.

- resistenza meccanica reggere il peso del metallo liquido senza rompersi durante colata

RIASSUNTO

Solidificazione dei getti L’ultimo punto che va a solidificare è detto baricentro termico.

La solidificazione dei getti è tanto più veloce nelle zone in cui lo scambio

termico tra liquido e stampo è tanto più elevato; per cui la solidificazione

di un pezzo inizia dalle zone in cui la capacità termica è minore e avana

verso quelle in cui essa è maggiore. Ultimo pezzo che solidifica potrebbe

non avere uniformità di solidificazione e presentare un cono di ritiro.

Modulo termico = rapporto tra il volume del pezzo e l’area di scambio termico, cioè tutte le superfici che s