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1 FONDERIA La fabbricazione per fusione rappresenta una delle tecniche più antiche e versatili per la realizzazione di greggi destinati alle lavorazioni per asportazione di FONDERIA greggi destinati alle lavorazioni per asportazione di truciolo Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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FONDERIA

La fabbricazione per fusione rappresenta una delletecniche più antiche e versatili per la realizzazione digreggi destinati alle lavorazioni per asportazione di

FONDERIA

greggi destinati alle lavorazioni per asportazione ditruciolo

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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La tecnica fusoria, quindi, consiste nel preparare una cavitàdetta forma, che ricopia al negativo il pezzo che si desiderarealizzare nella quale si cola la lega scelta per il pezzo allo

FONDERIA

realizzare, nella quale si cola la lega scelta per il pezzo, allostato fuso; a solidificazione avvenuta ciò che si estrae dallaforma è il getto.

Si indica col nome gettogetto la massa metallica così ottenutaquando, a parte lavorazioni supplementari, essa corrispondein forma e dimensioni al pezzo da fabbricare.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Si indica, invece, col nome lingottolingotto la massa metallicadestinata a subire una profonda trasformazione medianteuno o più processi di lavorazione per deformazione plastica.

Disegno del finito

FONDERIA - Ciclo

Progettazione ciclo fonderia

Esecuzione ciclo fonderia

Preparazione attrezzature

Grezzo Lavorazioni Finito

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I metodi di formatura si distinguono in due gruppi:

FORMATURA

Metodi di Formatura in forma transitoria,caratterizzati dal fatto che ogni forma può essereutilizzata per una sola colata e viene distrutta quandoviene estratto il greggio.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Metodi di Formatura in forma permanente, nei qualila forma viene progettata e realizzata in modo da poteressere utilizzata per un elevato numero di colate.

FORMATURA IN

FORMA TRANSITORIA

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Una possibile classificazione dei procedimenti di formatura in formatransitoria può essere fatta basandosi sul meccanismo di

FONDERIA IN FORMA TRANSITORIA

transitoria, può essere fatta basandosi sul meccanismo diindurimento della forma, fino al raggiungimento della coesionedesiderata.

Tale meccanismo può essere:

Meccanico, basato su una fase di compressione manuale omeccanica

Chimico basato su reazioni chimiche naturali o provocate da

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Chimico, basato su reazioni chimiche naturali o provocate dacatalizzatori

Termico, in cui l’effetto del calore interviene nel processo diformatura.

i

Terra sintetica

FONDERIA IN FORMA TRANSITORIA

Meccanismo di indurimento

“forma”

meccanico

chimico

In fossa

Processo al CO2

Processo sabbia-cemento

Processo cold-box

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

termico Processo shell-molding

Microfusione

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Colata in terra: “Formatura con terra sintetica”

Le principali operazioni nella preparazione manuale della forma sono:

Meccanismo di indurimento meccanico

a) Posizionamento del modello

b) Inserimento della staffa

c) Immissione della sabbia

d) Pigiatura

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

e) Preparazione degli sfoghi per l’uscita dell’aria

f) Chiusura della forma

g) Estrazione del modello

Nella formatura a macchina il modello è montato su una o due piastre:

Meccanismo di indurimento meccanico

Colata in terra: “Formatura con terra sintetica”

a) Si posiziona tra due staffe vuote, si riempiequella superiore e si assesta la terra perscuotimento

b) Coperta la staffa superiore con un piatto, siruota il sistema ripetendo le operazioniprecedenti

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

c) Si completa l’addensamento conun’operazione di compressione

d) Si separano le due staffe e si asporta ilmodello

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Il i l l i di id i i i i i li

Meccanismo di indurimento meccanico

Colata in terra: “Formatura con terra sintetica”

Il ciclo completo si divide in quattro operazioni principali:

La preparazione del modello

La preparazione della forma, tradizionalmente di terra refrattaria, o terrada fonderia, racchiusa in una cornice (staffa) metallica o di legno

La fusione del materiale metallico in un apposito forno fusorio

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

La fusione del materiale metallico in un apposito forno fusorio

La colata.

Ciclo (formatura manuale)

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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Ciclo (formatura manuale)

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Ciclo (formatura manuale)

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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Meccanismo di indurimento meccanico

Colata in terra: “Formatura in fossa”

Il procedimento di formatura in fossa impiega lo stesso materialedella formatura in terra sintetica oppure leganti ad indurimentochimico.

Le staffe sono assenti e la forma viene ricavata in una fossa nelpavimento della fonderia, eventualmente rinforzato con pareti dicalcestruzzo armato, coperta da una o più staffe di grossedimensioni irrigidite con nervature.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

La preparazione della forma è manuale.

Meccanismo di indurimento meccanico

Colata in terra: “Formatura in fossa”

La formatura in fossa rappresenta l’unico metodo per larealizzazione di getti in materiale ferroso e non, didimensioni e peso notevoli, fino a circa 100 tonnellate.

Il procedimento è del tutto manuale e difficilmenteautomatizzabile

Il processo è molto lento e con ele ato costo di

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Il processo è molto lento e con elevato costo dimanodopera

Si presta alla produzione di lotti di pochi esemplari

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Nei procedimenti di formatura in forma transitoria la formaviene realizzata utilizzando un modello ed una o più

MODELLO

anime.

Il Modello ha la funzione di generare nella forma lesuperfici corrispondenti a quelle esterne del greggio, è lariproduzione corretta del pezzo da colare e degli elementiche sono indispensabili per la fabbricazione di un getto

t d dif tti ( li di l t t )

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

esente da difetti (canali di colata e materozze)

Le Anime hanno lo scopo di creare nel greggio le cavitàpreviste dal progetto

Il modello del getto può essere:

MODELLO

Permanente:LegnoMateriali metallici Materiali plastici

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A perdere: Cera persa Polistirene espanso

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LEGNO:

Non è molto costoso ed è facile da lavorare

MATERIALE DEL MODELLO

E’ leggero

Può essere più o meno resistente all’usura in relazione allasua durezza (ad esempio il mogano consente un uso delmodello molto più prolungato del pino).

L’incollaggio delle parti avviene con resine che non si

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

gg pdegradano a contatto con l’umidità della sabbia mentre il legnoè sensibile a questa e può deformarsi

Resiste meno del metallo all’usura ed è spesso rinforzatocon inserti metallici.

GHISA:

E’ poco costosa

MATERIALE DEL MODELLO

p

Presenta un’elevata resistenza

Consente di ottenere una forma a bassa rugositàsuperficiale

E’ poco usurata dal contatto con la sabbia

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Il modello è però pesante e fragile

Può essere ottenuto per fusione, ma in tal caso lesezioni sottili sono troppo dure per essere rifinite attraversolavorazione meccanica

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LEGHE DI ALLUMINIO:

MATERIALE DEL MODELLO

Sono facili da colare e da lavorare

Non formano ossidi

Sono molto leggere

Il modello è più deformabile che nei casi precedenti, puòessere danneggiato accidentalmente

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

essere danneggiato accidentalmente

Resiste meno all’usura e va protetto nei punti critici coninserti di acciaio o ghisa.

Le caratteristiche costruttive del modello influenzano in mododiretto la buona riuscita della forma e del greggio stesso.

Le caratteristiche che un buon modello di fonderia deve

MODELLO

Le caratteristiche che un buon modello di fonderia deveavere:

Funzionalità

Verniciatura

Spine di riferimento

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Implica una costruzione

MODELLO

Precisione

di qualità del modello,che dovrà quindirispettare le quote e letolleranze indicate suldisegno costruttivo

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

DurataDipende dal tipo diproduzione prevista

Se la produzione è di serie o per lotti successivi, èopportuno realizzare il modello in modo da conservare le suecaratteristiche nel tempo sia di fronte ai fenomeni di usura

MODELLO

caratteristiche nel tempo, sia di fronte ai fenomeni di usuraderivanti dalle operazioni di formatura sia alle deformazioniche esso potrebbe subire nella fase di magazzinaggio. Talecaratteristica non ha senso per i modelli a perdere.

Se la produzione è limitata a qualche esemplare didi i i i l di l i i h

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

dimensioni piccole o medie, le esigenze economicheimpongono di limitare i costi del modello, che solitamenteviene realizzato in legno secondo la configurazione classicadel modello diviso.

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Se la produzione è di serie di getti di piccola e mediadimensione, il sistema più usato è quello della placca modello.In questo caso ogni semimodello viene stabilmente collegato

MODELLO

In questo caso, ogni semimodello viene stabilmente collegatoad una piastra di supporto dotata di idonei sistemi diriferimento con la staffa di formatura; sulla placca vengonoinoltre fissati il sistema di colata e le materozze.

M t i l

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Materiale plastico o metallico

Il primo problema che il tecnologo deverisolvere nello studio del ciclo di fusione in

MODELLO - sottosquadro

forma transitoria di un componente meccanicoè la scelta del piano di divisione dellaforma, affinché il modello possa essereestratto dalla forma stessa senzadanneggiarla.

Le parti del modello che durante l’estrazione

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Le parti del modello che durante l estrazionerovinerebbero la forma si dicono insottosquadro (o controsformo)

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Esistono infinite soluzioni al problema del sottosquadro, quantisono i possibili piani di divisione di un modello; quindi, occorreesaminare le possibili soluzioni fino a trovare se esiste quella

MODELLO - sottosquadro

esaminare le possibili soluzioni fino a trovare, se esiste, quellaadatta.

Piano 1

Piano 3

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Piano 2

PIANO 1

MODELLO - sottosquadro

PIANO 3

Modulo di “Tecnologia Meccanica I” PIANO 2

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Se la soluzione non esiste (e ciò capita spesso per pezzimolto complessi) si può ricorrere ad uno dei seguenti metodi:

MODELLO - sottosquadro

Variazione del progetto: è la soluzione più economica edè basata su uno stretto rapporto progettista-tecnologo. Ilprogettista può apportare modeste variazioni al progetto chepur conservando la funzionalità prevista, evitino i problemi disottosquadro.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Tasselli: Tale metodo consiste nell’utilizzare tassellipreparati separatamente, in pratica delle normali animemontate a sbalzo nelle forma, inseriti nelle cavità ottenute

MODELLO - sottosquadro

prevedendo idonee portate d’anima nel modello. Tale metodoè il più utilizzato quando il sottosquadro non può essereeliminato con una scelta differente del piano.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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Modello scomponibile: Tale metodo consiste nelrealizzare la parte in sottosquadro del modello mobile rispettoal resto del modello: in questo modo, durante la sformatura,

MODELLO - sottosquadro

qla seconda parte viene estratta normalmente, mentre laprima, rimasta nella forma, può essere estratta dal formatorecon un’operazione manuale delicata e costosa.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Direzione di estrazione di 1

La maggior parte dei procedimenti di fusione nonpermette di ottenere superfici con una qualità macro

MODELLO - sovrametallo

e microgeometrica tale da soddisfare in pieno leesigenze funzionali del progetto, per cui tale qualitàdeve essere ottenuta mediante lavorazioni allemacchine utensili per asportazione di truciolo.

Ne risulta quindi che, sulle superfici che dovrannosubire tali lavorazioni, è necessario prevedere uno

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

, pspessore di materiale da asportare, dettosovrametallo.

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L’entità del sovrametallo da prevedere su una superficie è uncompromesso tra due esigenze:

Una di carattere economico, che tende a ridurre al minimo il materiale

MODELLO - sovrametallo

,da asportare e quindi i tempi di lavorazione e gli sprechi di materiale

Una di carattere tecnologico, che tende a garantire un margine disicurezza nei confronti di errori di formatura, difetti superficiali, ritiridifficilmente prevedibili.

I fattori che influenzano lo spessore di sovrametallo sono:

Le dimensioni del pezzo ed in particolare della superficie in esame

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Le dimensioni del pezzo ed in particolare della superficie in esame

Il tipo di lega con cui il pezzo deve essere realizzato

La qualità della superficie lavorata richiesta nel progetto

Il tipo di formatura utilizzata

La valutazione dello spessore del sovrametallo è il risultato di un calcoloeconomico: esistono tuttavia delle tabelle di valori orientativi

MODELLO - sovrametallo

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Fusione in terra (acciaio) – dimensioni non critiche -

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MODELLO - Angoli di sformo e raccordi

L’operazione di estrazione del modello dalla forma appenacostruita è detta sformatura; si tratta di un’operazionedelicata in quanto se non eseguita correttamente puòprovocare danni alla forma stessa tali da doverla scartareprovocare danni alla forma stessa tali da doverla scartare.

Per agevolare questa operazione i modelli da fonderia sonocostruiti in modo da eliminare o ridurre al minimo lesuperfici piane perpendicolari al piano di divisione; ciòviene ottenuto inclinando tali superfici di un piccolo angolo,detto angolo di sformo

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Alcuni valori indicativi degli angoli di sformo da prevederesui modelli sono riportati in tab.

MODELLO - Angoli di sformo e raccordi

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Tali valori possono essere ridotti, diminuendo così l’entità delsovrametallo da asportare con l’utensile, mediante l’uso diidonea verniciatura dei modelli di legno, o usando modellimetallici.

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Gli spigoli vivi devono essere eliminati mediante raggi di raccordo:

MODELLO - Angoli di sformo e raccordi

Nelle forme transitorie gli spigoli vivi della forma o delle anime nonresisterebbero all’azione erosiva della lega che fluisce nella forma e leparti asportate andrebbero a costituire delle inclusioni non metallichenel getto.

Nelle forme permanenti, in particolare quelle per colata sottopressione, gli spigoli vivi della forma costituirebbero zone di

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

p g p gconcentrazione di tensione derivanti dalle sollecitazioni termiche emeccaniche a cui la conchiglia è sottoposta durante la colata, conpossibili inneschi di frattura

MODELLO - Angoli di sformo e raccordi

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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Le portate d’anima devono essere previste sul modello per poter crearenella forma idonee sedi di appoggio di anime e/o tasselli eventualmentepresenti per risolvere dei sottosquadri.

MODELLO - portate d’anima

Anime disposte orizzontalmente

La loro lunghezza deve essere tale daesercitare sulla forma, a causa della spinta diArchimede presente nella colata, una pressionetale da non creare deformazioni permanenti.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Anime o tassello a sbalzo

Necessario prolungare la portata d’anima inmodo che il baricentro dell’anima cada nellazona di appoggio, evitando così cadutedell’anima nella forma

MODELLO - portate d’anima

Anime in posizione verticale

Devono avere una forma troncoconica, cioè con ampio angolodi sformo che permette unagevole posizionamentodell’anima nella forma

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

dell anima nella forma.

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Le leghe comunemente impiegate in fonderia subiscono una contrazionevolumetrica nell’intervallo compreso tra la temperatura di colata e quellaambiente; ne segue che il getto risulta di dimensioni inferiori a quelle dellaf i l f d di i i t t

MODELLO - fenomeno del ritiro

forma, per cui la forma deve avere dimensioni opportunamentemaggiorate rispetto alle dimensioni finali del getto.

La maggiorazione vieneprevista sul modello

Poiché è difficile prevedereil tt i t i i

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

come il getto si contrae nei varipunti, in genere, si utilizza ilcoefficiente di ritiro linearemedio per maggiorare ledimensioni del modello

Se un getto non è a sezione uniforme, le parti più grandi siraffredderanno più lentamente e si contrarranno meno velocemente. Ladiversa contrazione delle parti determina la distorsione del getto.

MODELLO - fenomeno del ritiro

Una trave a T con le due ali di spessore molto diverso, in fase diraffreddamento si incurverà. Per evitare che ciò accada si prevede unacurvatura del modello in direzione contraria

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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Disegno del pezzo finito Disegno del modello

MODELLO – ciclo di progettazione

Calcolo sovrametalli

Scelta piano di divisione

Angoli di sformo

Raggi di raccordo

Portate d’anima

Ritiro

Materozze

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Materozze

Studio delle anime

Le cavità presenti nel getto vengono realizzate mediante anime; esse sonocostruite in materiale refrattario, essendo completamente avvolte dametallo liquido.

ANIME

PRINCIPALI CARATTERISTICHE

Resistenza meccanica

(Durante la colata occorre evitare che l’anima si infletta)

Permebilità(E’ necessario un agevole deflusso dei prodotti gassosi caldi che si formanodurante la colata)

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

)

Cedevolezza(Durante il ritiro occorre evitare tensioni residue nel getto)

Sgretolabilità(L’estrazione del materiale costituente l’anima deve essere rapida e agevole

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Resistenza Meccanica

Durante la colata occorre evitare che l’anima si infletta e provochidelle differenze di spessore nel getto

ANIME

delle differenze di spessore nel getto.

Quando la rigidezza flessionale fornita dal solo materiale non èsufficiente, occorre inserire nella struttura dell’anima delle appositearmature in materiale metallico.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Permeabilità

E’ necessario un agevole deflusso dei prodotti gassosi caldiche si formano durante la colata nel corpo dell’anima

ANIME

che si formano durante la colata nel corpo dell animastessa completamente avvolta dalla lega allo stato liquido.Nel caso in cui questo deflusso non venga assicurato èpossibile che si formino delle soffiature nel getto.

La struttura dell’anima realizzata in materiale da formatura non garantisce

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

formatura non garantisce una sufficiente permeabilità, quindi è necessario prevedere opportune canalizzazioni.

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Cedevolezza

ANIME

Durante il ritiro occorre evitare tensioni residue nel getto. Talecaratteristica è normalmente assicurata dalla porosità stessadel materiale di formatura.

Sgretolabilità

L’estrazione del materiale costituente l’anima deve essere

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

L estrazione del materiale costituente l anima deve essererapida e agevole. Questa caratteristica è assicurata da idoneiadditivi nel materiale di formatura.

Modalità costruttive

Il metodo più comune per le anime di piccole e medie

ANIME

Il metodo più comune per le anime di piccole e mediedimensioni è quello della cassa d’anima nel quale ilmateriale di formatura viene compresso manualmente otramite aria in un contenitore che rappresenta al negativola forma dell’anima desiderata.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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Le casse d’anima possono essere costituite da un pezzounico o da più pezzi che vengono poi separati per consentirel’estrazione dell’anima

ANIME

l estrazione dell anima.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Tale metodo è valido sia nel caso di produzione diqualche esemplare sia per produzioni di serie

CANALE DI COLATA - MATEROZZE

Una forma non riproduce semplicemente la configurazione del pezzo, macontiene anche tutti gli elementi che ne rendono possibili la realizzazione;essa deve consentire:

che il metallo fuso entri e si distribuisca all’interno

che nel getto non si formino vuoti per difetti di alimentazione del metallo

che nel getto non vi siano difetti da inclusioni gassose o non metalliche.

Queste funzioni sono svolte da:

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Dispositivo/Canale di colata

Materozze

Dispositivi per il controllo della solidificazione

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La materozza è un serbatoio di metallo che deve

MATEROZZE

La materozza è un serbatoio di metallo che deverimanere liquido fino a solidificazione ultimata delgetto, in grado di alimentare le cavità di ritiro cheinevitabilmente si formano

Esistono fondamentalmente due tipi di materozze

A cielo aperto, che affiorano sulla parte superiore

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

A cielo aperto, che affiorano sulla parte superiore della forma

Cieche, totalmente immerse nella forma.

La materozzaLa materozza

Il fenomeno del ritiroIl fenomeno del ritiro

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

• evita la formazione del cono di ritiro all’interno del getto

• compensa la contrazione di volume nel raffreddamento in fase liquida e nel

passaggio liquido / solido

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Per progettare le materozze occorre decidere:

– dove posizionare le materozze

– quante materozze posizionare

Il fenomeno del ritiroIl fenomeno del ritiro

q p

– scegliere il tipo di materozza

– dimensionare ogni singola materozza

– dimensionare il collare (canale tra la materozza e il pezzo).

N.B. Per decidere dove posizionare le materozze devono essere verificate due condizioni:

1 la zona del pezzo cui è collegata la materozza deve essere l’ultima parte del pezzo a

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

1. la zona del pezzo cui è collegata la materozza deve essere l ultima parte del pezzo a solidificare (solidificazione direzionale)

2. la materozza deve solidificare dopo quest’ultima.

Per verificare entrambe le condizioni occorre determinare il tempo di solidificazione, cioè quanto tempo passa tra la colata e l’inizio della solidificazione di una generica parte del getto e della materozza.

La velocità di solidificazioneLa velocità di solidificazione

Per fare in modo che la zona del pezzo cui è collegata la materozza sia l’ultima parte del pezzo a solidificare possiamo suddividere il pezzo in parti elementari e calcolare il modulo termico di ognipezzo in parti elementari e calcolare il modulo termico di ogni singola parte.

Per il calcolo del modulo termico delle parti non si considerano come scambianti le superfici di sezione ideale tra le parti:

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

X

XM X parte scambiante Superficie

parte Volume

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Alcune considerazioni sui moduli termici di elementi geometrici elementari:

– cubo di lato L3 LL

La velocità di solidificazioneLa velocità di solidificazione

– sfera di raggio R

66 2

L

L

LM cubo

34

4/32

3 R

R

RM sfera

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Quindi una sfera di raggio R e un cubo di lato 2R hanno lo stesso modulo termico.

34 2Rf

Alcune considerazioni sui moduli termici di elementi geometrici elementari:

– piastra

La velocità di solidificazioneLa velocità di solidificazione

– piastra infinita (superfici laterali non scambiano calore)

WTLWTLTLW

LWTM piastra 111

2

1

2L

WT

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

L

W2

TM piastra

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29

Alcune considerazioni sui moduli termici di elementi geometrici elementari:– barra indefinita

La velocità di solidificazioneLa velocità di solidificazione

– cilindro di raggio R e altezza H

WTWTL

M barra 112

1111

2

1L

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

.

HRRHR

HRM cilindro 11

2

1

22 2

2

La velocità di solidificazioneLa velocità di solidificazione

MODULO DI RAFFREDDAMENTO DI UNA PIASTRA

22 2

3

s

sss

AVMCUBO

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

2sMM PIASTRACUBO

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30

La velocità di solidificazioneLa velocità di solidificazione

MODULO DI RAFFREDDAMENTO DI UNA PIASTRA

C

BA

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Va = Vb = Vc = S3

Sa = 4 S2 Sb = 3 S2 Sc = 2 L2

Ma = S / 4 Mb = S / 3 Mc = S / 2

Per valutare il tempo di solidificazione Chvorinov ha sperimentalmente Per valutare il tempo di solidificazione Chvorinov ha sperimentalmente dimostrato che il tempo di solidificazione è legato alla geometria del pezzo dimostrato che il tempo di solidificazione è legato alla geometria del pezzo attraverso il modulo termico con una legge del tipo:attraverso il modulo termico con una legge del tipo:

La velocità di solidificazioneLa velocità di solidificazione

Materiale k

Legge della diffusione(Chvorinov) k t

x

X = spessore strato solidificato

X

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Acciaio 0.09Alluminio 0.12Rame 0.07

per x in cm e t in secondiSolido Liquido

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31

La solidificazione di una piastra di spessore S si può ritenere terminatad l d ll t t lidifi t è i ll tà d ll

VALUTAZIONE DEL TEMPO DI SOLIDIFICAZIONE

La velocità di solidificazioneLa velocità di solidificazione

quando lo spessore dello strato solidificato è pari alla metà dellospessore della piastra stessa.

22

kM

kxt s

Spessore della

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Legge di Chvorinov

kks

Limite di accrescimento dei dendriti.

Limite di accrescimento dei dendriti.

piastra

Metodi pratici per assicurare una solidificazione direzionale

- Cerchi di Heuvers

La solidificazione direzionaleLa solidificazione direzionale

Regola empirica:

Mi+1 = 1.1 - 1.2 Mi

Divisione in parti

M1M2

M3

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

M1 < M2 < M3 < Mm

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32

Metodi pratici per assicurare una solidificazione direzionale

La solidificazione direzionaleLa solidificazione direzionale

- Individuazione di zone di possibile difettosità dovuta a ritiro in fase liquida

- Eventuale variazione della geometria

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

La materozza (alimentatore) deve:

A) rifornire il getto (o una sua parte) di metallo liquido, per

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

) g ( )

compensare il ritiro in fase liquida

B) contenere completamente il difetto provocato dal ritiro

Materozze a cielo aperto

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Materozze cieche

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33

La matero a de e solidificare dopo il getto

A) rifornimento del getto

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

La materozza deve solidificare dopo il getto

Regola pratica

Mm = 1.2 Mg

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Mm = modulo di raffreddamento della materozza

Mg = modulo di raffreddamento del getto (zona adiacente la materozza)

Attraverso il calcolo del modulo termico delle parti in cui scomponiamo il pezzo siamo in grado di determinare come evolve la solidificazione nel pezzo. Durante la solidificazione le parti vicine a quelle che solidificano forniscono

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

Durante la solidificazione le parti vicine a quelle che solidificano forniscono materiale liquido e compensano il ritiro, cioè fungono da alimentatori.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Mm = 1.2 Mg

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Il cono di ritiro deve essere integralmente contenuto ll t

B) verifica del cono di ritiro

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

nella materozza

Per sicurezza: altezza del cono di ritiro pari all’80% dell’altezza h della materozza.

Materozza cilindrica

0.14 Vm

Materozza semisferica

0.20 Vm

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

0.8 h0.8 h

Materozza cilindricaMaterozza semisferica

B) verifica del cono di ritiro

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

0.14 Vm

0.8 h

0.20 Vm

0.8 h

Vr = 0.14 Vm = b/100 (Vm + Vp)Vr = 0.2 Vm =b/100 (Vm + Vp)

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

r m ( m p)r m ( m p)

b = coefficiente di ritiro volumetrico del materiale

Vr = volume cono/cavità di ritiro =f (tipo di materozza)

Vm = volume materozza

Vp = volume pezzo

Vp = (100Vr –bVm )/b

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Il metodo basato sull’entità del cono di ritiro parte dall’osservazione sperimentale che quando il getto è sano il volume di liquido nella materozza a fine solidificazione si è ridotto di una percentuale pari al

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

p p– 14% per materozze cilindriche e ovali

– 20% per materozze emisferiche e sferiche

Quindi, indicando con a la percentuale sopra descritta si ha:

Il volume Vr è anche pari a:

r mV aV

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

r p

dove b è la contrazione volumetrica del metallo colato, Vm e Vp il volume della materozza e della parte del pezzo alimentata dalla materozza, rispettivamente.

100r m p

bV V V

Unendo le due relazioni si ottiene il volume della materozza in relazione al volume della parte del pezzo che questa deve alimentare:

b

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

Questa è la seconda relazione che cercavamo. Il sistema:

m p

bV V

a b

1.2m XM M

bV V

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

consente di definire le dimensioni della materozza.

m pV Va b

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Y= Vm/VpValori tipici di b

Iperbole

metodo di Caine

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

X= Mm/Mp

pezzi buoni

pezzi non buoni

c

b

Materiale b (%)

Acciai 7 - 10Ghisa bianca 6Ghisa grigia 0.4 - 3Bronzo 4.5Ottone 6.7Rame-Alluminio 4Allum.-Silicio 3.5

p

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Costante =f (coef. trasm calore materozza/ coef. trasm calore pezzo)

Mm

Mg c

Vm

Vg b

0.1

N.B. Allo scopo di rallentare il raffreddamento della materozza e diminuire il volume, è possibile inserire un materiale coibente.

Metodi per ridurre le dimensioni delle materozze:

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

metodo di Caine

materozze:1) Utilizzo di coibenti (rallentare il

raffreddamento della materozza e diminuire il volume)

2) Raffreddatori (pezzo)

Raffreddatore

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Coibente

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Zone protette

- Zona di influenza materozza

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

Acciaio 3 - 5 sGhisa 4 - 5 sBronzo 6 - 8 sLeghe leggere 5 - 7 s

s = spessore medio del getto

Zona di influenza materozza

- Effetto di bordo ≈ 2.5 s

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

L’utilizzo di “Raffreddatori Esterni” permette di aumentare l’effetto di bordo di 50mm

Raffreddatori

La materozza ed il suo dimensionamentoLa materozza ed il suo dimensionamento

- Soluzione di problemi

- Nascita di problemi potenziali

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Posizionamento raffreddatoriCricche a caldo dovute alla forma

non corretta dei raffreddatori

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E’ costituito da tazza e pozzettodi colata, in cui viene versato ilmetallo oltre che da tutti i

DISPOSITIVO DI COLATA

metallo, oltre che da tutti icondotti attraverso i quali essogiunge nella cavità della forma

Il dispositivo di colata :

Deve fare in modo che la cavità della forma sia completamente

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Deve fare in modo che la cavità della forma sia completamenteriempita dando alla corrente metallica la corretta velocità e la direzione.

Deve impedire che il metallo eroda la forma, evitando gli urti violenti

Deve bloccare le inclusioni non metalliche, grazie all’azione filtrante.

STAFFE

Le staffe sono recipienti generalmente a sezionequadrata o rettangolare, privi di fondo, che vengono usatiper contornare il modello quando si eseguono leper contornare il modello quando si eseguono leoperazioni di formatura

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

La scelta delle staffe viene fatta minimizzando la quantitàdi terra necessaria per la formatura ed il tempo diproduzione per unità di peso del getto

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39

STAFFE

Le staffe vengono costruite in acciaio, ghisa o legheleggere per fusione o lavorazione meccanica.

Requisito fondamentale è la presenza di undispositivo che garantisce il perfetto allineamento

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

dispositivo che garantisce il perfetto allineamentodelle due parti della forma; tale allineamento vienerealizzato con un sistema spina-foro

TERRE DI FONDERIA

Le terre di fonderia sono generalmente miscele di:

Sabbia silicea avente la funzione di elemento refrattarioSabbia silicea, avente la funzione di elemento refrattario

Leganti, argillosi o di altro tipo, che garantiscono la coesione dellaforma

Additivi, che hanno la funzione di correggere alcune caratteristichedel materiale di formatura, poco adatte all’uso di fonderia.

Acqua

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

e si distinguono in:

Terre naturali

Terre sintetiche

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Entrambe hanno origine dal disfacimento delle rocce perazione chimica e meccanica degli agenti atmosferici ma

TERRE DI FONDERIA

azione chimica e meccanica degli agenti atmosferici masi formano in condizioni diverse

Le terre naturali sono quelle il cui deposito si è formatodopo un limitato lavaggio da parte delle acque naturali equindi presentano un elevato tenore di leganti argillosied impurezze organiche

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Le terre sintetiche contengono una sabbia silicea ad altovalore di Silice (SiO2)

Le caratteristiche di queste terre sono:

TERRE DI FONDERIA

Terre naturali: SiO2, 5 20% leganti* (argilla edimpurezze), 5 8% di acqua aggiunta

Terre sintetiche: SiO2 pura al 95%, 2 5% di

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

legante aggiunto*, 2 5% di acqua aggiunta

*coesione fra i granelli di silice

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L’impiego di terra naturale nella pratica industriale è ormaibb d t d l diffi il t ll d ll t

TERRE DI FONDERIA

abbandonato a causa del difficile controllo della costanzadelle caratteristiche tecnologiche che influenzanodirettamente il prodotto.

Le terre naturali, per il loro elevato tenore di argilla edimpurezze come mica, feldspati e metalli alcalini hannouna minore refrattarietà, cioè si deformano ad elevate

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

temperature, per cui vanno usate nella fusione di leghebassofondenti quindi con esclusione di quelle ferrose

Le terre sintetiche, la cui composizione può essere megliocontrollata, vengono adoperate nella fonderia dell’acciaio

TERRE DI FONDERIA

Per la ghisa malleabile e grigia si usano miscele di terrenaturali e sintetiche; per la minore temperatura di fusione.

La scelta della terra più adatta ad un determinato processo difonderia viene eseguita in base alle seguenti considerazioni:

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Disponibilità del materiale in sede.

Metallo da colare.

Spessore e caratteristiche del getto.

Possibilità di recupero della terra usata.

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TERRE DA FONDERIA

I materiali da formatura devono rispettare le seguenti caratteristichetecnologiche:

RefrattarietàRefrattarietà, intesa come capacità di resistere alle elevatetemperature della lega fusa.

ScorrevolezzaScorrevolezza, intesa come facilità di riempire completamente laforma attorno al modello ricopiandolo fedelmente, sotto l’azione diforze esterne di scossa o compressione.Assume valori accettabili quando la sabbia possiede unagranulometria uniforme diminuisce all’aumentare del tenore del

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

granulometria uniforme, diminuisce all aumentare del tenore dellegante e di acqua, ma con quest’ultima presenta un valore minimooltre il quale aumenta notevolmente.

SgretolabilitàSgretolabilità, proprietà importante ai fini economici al momentodella distaffatura e dell’eliminazione delle anime.

CoesioneCoesione, intesa come resistenza alle forze esterne in particolarealle sollecitazioni di compressione e di taglio. La maggiore influenza suquesta proprietà è data dal legante e dai grani di silice.

TERRE DA FONDERIA

PermeabilitàPermeabilità, intesa come possibilità di lasciarsi attraversare da unflusso di materiale gassoso ed evitare così difetti come le soffiature,dovute ai gas o vapori che si sviluppano durante la colata e cherimangono intrappolati nel metallo solidificato.

Il grano arrotondato dà coesione minore di quello spigolato, grani molto fini omolto grossi danno coesione maggiore di quelli medi, una distribuzionegranulometrica uniforme dà coesione minore di una disuniforme.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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SABBIA

E’ formata prevalentemente da granelli di SiO2 (silice) sebbene in casiparticolari possa essere costituita da zirconite, olivina o cromite.

Le caratteristiche principali di una sabbia sono:

La forma dei granelli

Le dimensioni dei granelli

Le trasformazioni strutturali e allotropiche

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Per trasformazione allotropica si intende una variazione della strutturacristallina o molecolare di un elemento in particolare in metallurgia siidentifica con la trasformazione della cella elementare (reticolo cristallino dibase), a cui corrispondono variazioni delle proprietà fisiche, meccaniche echimiche.

I granelli possono presentare quattro forme fondamentali:

SABBIA

Rotondeggianti

Irregolari

Semiirregolari

Compositi

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Si dicono compositi quelli in cui sono distinguibili dellesuperfici di frattura senza che sia avvenuto il distacco delleparti.

La loro superficie può essere liscia o rugosa ed inquest’ultimo caso si ha un migliore ancoraggio del legantemescolato alla sabbia.

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Definire le dimensioni dei granelli non è moltoi ifi ti t l è l l l t i i è l

SABBIA

significativo, mentre lo è la loro granulometria e cioè lepercentuali in cui le diverse dimensioni sono presentinella sabbia

Per calcolare la granulometria:

Si fa attraversare ad un campione di sabbia una

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Si fa attraversare ad un campione di sabbia unacolonna di stacci sovrapposti le cui maglie siinfittiscono dall’alto verso il basso.

Si pesa il residuo su ogni staccio e lo si esprime inpercentuale del peso totale

LEGANTI

I leganti sono quelle sostanze miscelate con la sabbia per rendere possibile la coesione fra i granelli di siliceper rendere possibile la coesione fra i granelli di silice

I leganti più comuni sono:

Le argille

I leganti organici

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

I silicati

I cementi

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Le argille mescolate con poca acqua, mostranol t t tt i ti h di i i è i lli i

LEGANTI - Argille

prevalentemente caratteristiche di coesione; cioè i granelli silegano tra loro

Quando il contenuto di acqua è elevato predominal’abrasività, nel senso che i granelli di argilla stabiliscono deilegami con i granelli di sabbia

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Poiché un legante deve possedere entrambe le proprietà inmisura adeguata, la quantità di acqua da aggiungere vaopportunamente dosata.

Gli additivi sono sostanze aggiunte alla terra difonderia al fine di modificarne quelle caratteristicheh di dif tti l tt

LEGANTI - Additivi

che sono causa di difetti nel getto:- Controllo dell’espansione termica della forma- Produzione di uno strato di gas protettivo

Gli additivi sono essenzialmente sostanzecarboniose:

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

carboniose:

Polvere di carbone

Polvere di grafite

Cellulosa

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LE SPINTE METALLOSTATICHELE SPINTE METALLOSTATICHE

Una volta che la forma è stata riempita di metallo liquido, questo esercita una pressione metallostatica sulle pareti della forma.

La pressione può generare una deformazione della staffa con conseguente perdita di precisione dimensionale del getto.

Per ovviare a questo problema occorre utilizzare staffe particolarmente rigide e, nel caso di staffe alte, rinforzarle lateralmente.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Inoltre, la pressione metallostatica provoca dei cedimenti nella forma causati dalla presenza di una eventuale non omogeneità della compattazione. Questo cedimento ha un impatto negativo sulla precisione dimensionale del processo.

L’integrale della pressione metallostatica lungo la superficie dell’impronta dà la spinta metallostatica.

LE SPINTE METALLOSTATICHELE SPINTE METALLOSTATICHE

La spinta metallostatica sulla staffa superiore è diretta verso l’alto e può portare al sollevamento della staffa superiore con fuoriuscita di metallo liquido.

Per ovviare a questo problema occorre posizionare dei pesi sulla staffa superiore per impedirne il sollevamento.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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LE SPINTE METALLOSTATICHELE SPINTE METALLOSTATICHE

Per un liquido perfetto si ha:

p = h

= peso specifico

Spinte sullo stampo

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

i

Terra sintetica

FONDERIA IN FORMA TRANSITORIA

Meccanismo di indurimento

forma

meccanico

chimico

In fossa

Processo al CO2

Processo sabbia-cemento

Processo cold-box

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

termico Processo shell-molding

Microfusione

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Formatura shell - molding

E’ possibile anche seguire un procedimento manuale:

Meccanismo di indurimento termico

La piastra modello riscaldata viene connessa ad un involucrocontenente la miscela di formatura

Il sistema viene ribaltato in modo che la miscela entri in contatto conil modello caldo e la resina polimerizzi per uno spessore di 5 – 10 mm

Si ribalta la miscela non indurita, si smonta l’involucro e si mette lapiastra modello in forno per completare l’indurimento.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Si estrae la piastra e si azionano gli estrattori per allontanare ilguscio.

Formatura shell - molding

Meccanismo di indurimento termico

Confronto fra una forma interra e una forma in guscio

Vantaggi:Elevata finitura superficiale dei getti

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Elevata finitura superficiale dei getti

Possibilità di realizzare configurazioni complesse e sezioni sottili

Perfetto riempimento della forma grazie alla bassa rugosità chefavoriscono il deflusso dei metalli con moderata scorrevolezza,consentendo il

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Formatura shell - molding

Meccanismo di indurimento termico

Svantaggi:Lo sviluppo di azoto, proveniente dalla decomposizione

della resina

Limitate dimensioni dei getti, non superano in genere i 10k i 100 k P il

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

kg e raramente arrivano a 100 kg. Pertanto il processodiventa economico solo per medie e grandi serie di pezzicome nel caso delle anime.

La miscela non può essere riutilizzata.

Microfusione

Meccanismo di indurimento termico

La fusione a cera persa è la più antica metodologia di fonderia.

La fonderia d'arte a cerapersa toccò sicuramentevertici di grande interesse nelperiodo della Magna Grecia e

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

p gne sono espressivatestimonianza le pregevoliopere di quel periodo tra cui inoti "Bronzi di Riace"realizzati attorno al 600 a.C

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Si tratta di una tecnologia molto creativa che consente

Microfusione

Meccanismo di indurimento termico

Si tratta di una tecnologia molto creativa, che consentedi realizzare particolari di elevata complessità e ottimaprecisione dimensionale.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Il primo stadio consiste nellarealizzazione, normalmente tramite

Microfusione

Meccanismo di indurimento termico

realizzazione, normalmente tramiteiniezione in conchiglia, di un certonumero di modelli a perdere in cera.

I modelli:

possono avere una forma complessa

non presentano problemi di sottosquadro

possono avere fori e cavità previsti senza ricorrere all’uso di anime.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

I modelli vengono assemblati a forma di grappolomediante bacchette in cera di collegamento, cheandranno a costituire il sistema di colata, la cuiestremità è a forma di bacino di colata

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51

PROCEDURA 1

Vi t i l f tt i tit it

Microfusione

Meccanismo di indurimento termico

• Viene preparata una miscela refrattaria costituitada minerali a basso coefficiente di espansionetermica ed a grana fine che viene versata in uncontenitore intorno al grappolo

• Un’azione vibratoria permette l’evacuazionedell’aria rimasta.

• Dopo un breve tempo inizia la solidificazione

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Dopo un breve tempo inizia la solidificazionemediante formazione del gel di silice.

• Fase di indurimento a bassa temperatura conestrazione della cera e

• Cottura finale della forma.

PROCEDURA 2

Microfusione

Meccanismo di indurimento termico

• Il grappolo viene immerso in una vascacontenente il materiale ceramico (stato umido)

• Il grappolo viene esposto ad una pioggia diparticelle refrattarie.

(Questo ciclo viene ripetuto fino al raggiungimentodello spessore richiesto del guscio)

A i t d i i i ld i

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

• Asciugatura ed essiccazione con aria calda inautoclave a circa 160°C dove la cera vieneeliminata e recuperata al 90%.

• Cottura finale a circa 800°C.

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52

La forma per la preparazione del modello può essere costituita

Microfusione

Meccanismo di indurimento termico

La forma per la preparazione del modello può essere costituitada resine epossidiche o gomma vulcanizzata, ma se è richiestaun’elevata precisione può essere fatta in metallo o anche ingesso per una produzione limitata.

Il materiale impiegato più comunemente per i modelli è la cera,con temperature di fusione tra 55 e 90°C.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Conviene usare miscele di cere il più possibile di composizionecostante per avere sempre uguale coefficiente di ritiro chepermetta di ottenere un’elevata precisione dimensionale dei getti.

Microfusione

Meccanismo di indurimento termico

Vantaggi:

Elevate precisioni nei getti finali, con tolleranzedimensionali ridotte, che, insieme all’ottima finiturasuperficiali, limitano le lavorazioni meccaniche alle soleoperazioni di rettifica.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Qualunque tipo di lega può essere colato con questoprocedimento e la complessità del getto è limitato solo dalladifficoltà di esecuzione della conchiglia

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Svantaggi:

Microfusione

Meccanismo di indurimento termico

gg

La forma si contrae in sede di cottura. Tale contrazione puòessere limitata dosando opportunamente la granulometria deirefrattari impiegati.

Il campo di impiego del procedimento è per getti piccoli(350 – 400 mm di dimensione massima e 5 Kg di pesomassimo)

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

massimo)

I costi sono elevati, pertanto il processo è economicamentevalido in quei casi in cui il prodotto ha un elevato valoreaggiunto o richiederebbe delle lavorazioni meccaniche dicosti elevati (ventole ed altri componenti di pompe, valvole…)

FORMATURA IN

FORMA PERMANENTE

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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FUSIONE IN FORMA PERMANENTE

Le tecniche di fusione in forma permanente sidifferenziano da quelle in forma transitoria per il fattoh l f è li t i l t lliche la forma è realizzata in lega metallica,

normalmente acciai legati o ghise speciali; in modo daessere utilizzata per un numero elevato di getti uguali.L’elevato costo di lavorazione di questo tipo di formarende questi procedimenti economicamente giustificabilinella produzione in serie.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Questo tipo di formatura ben si presta all’automazionedelle varie operazione di colata, ma per ragioni diingombro vengono colati solo pezzi di dimensionemedio – piccola.

Forma realizzata in materiale metallico

- struttura cristallina dei getti sia fine, per effetto del rapido scambiotermico tra la lega fusa e la conchiglia

FUSIONE IN FORMA PERMANENTE

termico tra la lega fusa e la conchiglia

- elevata resistenza meccanica del pezzo prodotto

Assenza della granulometria della sabbia

- getti di qualità elevata, sia come finitura superficiale che come precisionedimensionale, costante su tutta la produzione.

Canali di sfogo

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Poiché la conchiglia non presenta la porosità della forma transitorianecessaria per permettere all’aria e ad eventuali gas presenti di uscire dallaforma prima della solidificazione.

N.B. La conchiglia va mantenuta sempre a temperatura costante perevitare distorsioni e variabilità nella struttura del getto.

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Si può fare una classificazione in base alla modalità in cui la forma vieneriempita dalla lega fusa:

Fonderia in conchiglia per azione della forza di gravità

FUSIONE IN FORMA PERMANENTE

Fonderia in conchiglia sotto pressione (pressofusione)

Conchiglia

Ha generalmente una formasemplice ed è costituita da due

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

pparti per consentire l’estrazionedel getto. Per facilitare ilmontaggio sono previste su unadi esse, le spine di acciaio dicentramento.

L’unica azione che spinge la lega fusa a riempire la conchiglia è lagravità: cioè si cola direttamente dal crogiolo nel bacino di colatarealizzato nella conchiglia.

FONDERIA IN CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

La conchiglia è in genere realizzata in ghisa (G25, G30), nontrattata, raramente in acciaio.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Sistema insorgente

Sistema laterale

Sistema dall’alto

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I sottosquadri vengono risolti con l’uso di tasselli mobili.

Le anime posso essere di due tipi:

FONDERIA IN CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

p p

Quando la forma è complessa e crea troppi problemi perl’estrazione dal getto, si realizza in terra.

In altri casi si realizzano in acciaio, provvedendo a realizzarle inparti scomponibili se sono presenti sottosquadri

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Lo spessore minimo di un getto ottenibile è intorno ai 4 mm, in

FONDERIA IN CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

funzione della fluidità della lega.

La finitura superficiale ottenibile è di circa Ra = 1,8 – 5 m.

Occorre prevedere angoli di sformo pari a 3 gradi.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

La dimensione del minimo diametro ottenibile per fori è di 2mm.

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FONDERIA IN CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Le superfici interne della conchiglia vengono verniciate convernici a base acquosa con polveri refrattarie e lubrificanti

FONDERIA IN CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

vernici a base acquosa con polveri refrattarie e lubrificanti(come grafiti, allumina, talco, mica, farina si silice), con loscopo di:

Controllare il trasferimento di calore in alcuna zone delpezzo (es. materozze)

Controllare lo scorrimento della lega per assicurare untt i i t

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

corretto riempimento

Migliorare la finitura superficiale e del distacco dallaconchiglia

Aumentare la durata della conchiglia.

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Progettazione Sistema di colata

Devono essere ridotte le turbolenze che provocano

FONDERIA IN CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

Devono essere ridotte le turbolenze, che provocanointrappolamenti d’aria con conseguenti soffiature edossidazione.

Occorre evitare che la vena fluida, entrando nella forma,provochi spruzzi, che possono provocare difetti localizzati.

Per evitare intrappolamenti d’aria e per assicurare unriempimento più dolce della forma bisogna prevedere un

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

riempimento più dolce della forma, bisogna prevedere unbasculamento della conchiglia.

Il dimensionamento dei canali di colata deve essere fatto inmodo che il tempo di colata sia minore del tempo disolidificazione delle parti più sottili del getto.

Tipologia dei sistemi di colata

FONDERIA IN CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

Sistema in sorgente

assicura un riempimento con pocaturbolenza ed una buona evacuazionedell’aria. Il modello deve percorrere untragitto più lungo che negli altri casi,

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

g p g g ,arrivando più freddo nella materozza. Lasoluzione di aumentare la temperatura dicolata aumenta il rischio di ossidazione ediminuisce la durata della conchiglia

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Sistema laterale

FONDERIA IN CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

è molto usato con le legheleggere, la lega ha un’altezzadi caduta ridotta e una miglioresolidificazione direzionale. Ilcanale di colata è inclinatorispetto alla superficiesuperiore per favorire il

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

p pbasculamento. E’ presenteperò una dissimmetria nelladistribuzione della temperatura.

Sistema dall’alto

è il migliore dal punto di vista della solidificazione

FONDERIA IN CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

è il migliore dal punto di vista della solidificazionedirezionale e permette di usare materozze ridotte ocostituite dal canale di colata stesso. Esiste tuttavia ilpericolo di spruzzi che provocano il difetto delle goccefredde, per cui questo sistema è ottimo per le conchigliedi altezza ridotta che vengono basculate durante lacolata.

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

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PRESSOFUSIONE

Questi procedimenti si differenziano dal precedente per il fattoche la lega fusa viene iniettata con una certa pressione nellaconchiglia. Ciò richiede l’uso di macchine di notevole costo,per cui tali procedimenti sono utilizzati solo per produzioni digrandi serie, nel caso in cui si vogliono realizzare

getti a basso costo unitario di notevole finitura superficiale(Ra =0.8 – 1.5 m)

elevate caratteristiche meccaniche derivanti da una struttura

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

elevate caratteristiche meccaniche derivanti da una strutturafine e compatta

tolleranze ridotte, tanto da ridurre al minimo le lavorazionimeccaniche successive.

L’iniezione della lega con una forte pressione permette di

Caratteristiche

PRESSOFUSIONE

L iniezione della lega con una forte pressione permette diottenere getti con spessori più sottili.

La durata delle conchiglie è di 100.000 – 200.000 pezzi.

Tolleranze geometriche circa +/- 0.1% – 0.2% della quota

Pesi limitati ( 10 kg per leghe Al e Zn, 5 kg per leghe di Mg)

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Il materiale delle conchiglie è:

acciaio legato per le leghe di alluminio, magnesio e rame,

acciaio al carbonio per le leghe di stagno, piombo e zinco.

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La formatura sotto pressione può essere eseguitaprincipalmente secondo due tecniche:

a camera calda

PRESSOFUSIONE

a camera calda

a camera fredda

Hanno in comune alcuni dispositivi:

Una pompa in cui il metallo viene pressurizzato ed inviatoalla matrice

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Un telaio per l’apertura e la chiusura della matrice

Le due tecniche si differenziano a seconda che la camera diriscaldamento del metallo fuso sia o meno parte integrantedella macchina.

Nel processo a camera calda il sistema di pompaggio è costituito da uncilindro immerso nel metallo fuso e da un pistone che invia il metallo nellaforma attraverso una valvola, mentre la corsa di ritorno apre il passaggio al

PRESSOFUSIONE

liquido circostante che riempie il cilindro.

Caratteristiche: migliore controllo della temperatura della lega elevata capacità produttiva

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

produttiva (1000 pz/h - pezzi medi) la temperatura del bagno fuso non può essere troppo elevata

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Nel processo a camera fredda il metallo viene colato da un crogiuolo inuna camera di trasferimento, ed iniettato nella forma spinto da una pistone.Dopo la solidificazione si apre la forma e si estraggono le anime mentre un

PRESSOFUSIONE

iniettore spinge il getto all’esterno.

Caratteristiche:

capacità produttiva limitata(150 pz/ora su pezzi medi)

l t t d l f ò

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

la temperatura del fuso puòessere più elevata

PRESSOFUSIONE (leghe di alluminio)

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

CONCHIGLIA PER GRAVITÀ

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PRESSOFUSIONE - I materiali

F500

600

Camera calda Camera freddaF500

600

Camera calda Camera fredda

Zn

AlMg

Cu

Fe

200

300

400

500

Rm

[M

Pa

]

Zn

AlMg

Cu

Fe

200

300

400

500

Rm

[M

Pa

]

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

PbSn

0

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tcolata [°C]

PbSn

0

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tcolata [°C]

PRESSOFUSIONE - I prodotti

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Telaio per elettrodomestico.(Lega di alluminio)

Leva di accensione moto(Lega di alluminio)

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Leghe Zn – Al – Mg

PRESSOFUSIONE - I prodotti

PneumaticaMobili- arredo

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

ElettrodomesticiAutomotive

Leghe di Mg

PRESSOFUSIONE - I prodotti

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

Corpo macchina fotograficaLega di magnesio

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Vantaggi– elevata capacità produttiva

PRESSOFUSIONE

– tolleranze geometriche strette

– buona finitura superficiale

– ridotta porosità

– ottima riproducibilità

Limiti:

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

– peso e dimensioni del getto limitati

– necessità di realizzare il pezzo senza parti massicce ma con nervature

– elevato costo dello stampo e della pressa

– non si può colare acciaio o ghise

Confronto fra le Tecniche di Fabbricazione

Il f t f l di t i h i f tt l fi di liIl confronto fra le diverse tecniche viene fatto al fine di sceglierequella più economica per fabbricare un determinato tipo di getto.

La valutazione dell’economicità si fonda sull’analisi di :

Temperatura di fusione della lega

Dimensioni e complessità del getto

Numero di pezzi

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

u e o d pe

Tolleranze e finiture superficiali

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Se la Temperatura di fusione della lega è elevata convieneorientarsi verso quelle tecniche che usano forme in materiale

Confronto fra le Tecniche di Fabbricazione

orientarsi verso quelle tecniche che usano forme in materialerefrattario (fonderia in terra o a cera persa).

Se la temperatura è bassa si può prendere in considerazione laformatura in conchiglia.

I getti di dimensioni maggiori vengono sempre fabbricati con letecniche più semplici e quindi con la fonderia in terra, mentre per

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

quelli più piccoli si può prendere in esame la fonderia in conchigliao a cera persa. Quest’ultima è da considerarsi anche per i getti diforma complessa per i quali una fonderia in conchiglia potrebbecreare problemi di costo della forma metallica e di tempi per losmontaggio.

Un altro elemento fondamentale è lo spessore minimo

Confronto fra le Tecniche di Fabbricazione

realizzabile. Esso dipende dalla finitura superficiale dellaforma e dal modo in cui si introduce il metallo fuso. Questecondizioni trovano la migliore realizzazione nella fonderia inconchiglia (pressofusione) o nella fonderia semicentrifuga diforme realizzate a cera persa.

Le migliori condizioni di precisione dimensionale e finiturasuperficiale del getto vengono ottenute in conchiglia ma può

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

g g gessere utile anche una forma refrattaria, se sufficientementerigida e realizzata con una terra a granulometria fine (cerapersa).

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In termini generali (1: buono, 5: pessimo)

Confronto fra le Tecniche di Fabbricazione

331 20 05TuttiTerra

50213-43000.5Tutti (no acciaio)

Conchiglia

120.513-4500.05Non ferrosiPressofusione

MaxMinMaxMinProcesso

Spessore parete (mm)Precisione

dimensionale

Complessità

forma

Peso (kg)Materiali

colabili

331 20 05TuttiTerra

50213-43000.5Tutti (no acciaio)

Conchiglia

120.513-4500.05Non ferrosiPressofusione

MaxMinMaxMinProcesso

Spessore parete (mm)Precisione

dimensionale

Complessità

forma

Peso (kg)Materiali

colabili

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

5011110+0.005TuttiCera persa

-331-2-0.05TuttiTerra

5011110+0.005TuttiCera persa

-331-2-0.05TuttiTerra

FONDERIA IN TERRA

Confronto fra le Tecniche di Fabbricazione

PRESSOFUSIONE

CONCHIGLIA

CERA PERSA

ESTRUSIONE

LAMINAZIONE, TRAFILATURA

LAMINAZIONE CALDO

FUCINATURA STAMPAGGIO

CostoCosto

Modulo di “Tecnologia Meccanica I”

< 1000Alta (*)Medio BassoMedio AltoCera persa

< 20Medio BassaBassoBassoTerra

< 60Medio BassaMedioMedioConchiglia

< 200Medio BassaAltoAltoPressofusione

Capacità produttiva indicat. (pz/ora)MdOSistemaForma

< 1000Alta (*)Medio BassoMedio AltoCera persa

< 20Medio BassaBassoBassoTerra

< 60Medio BassaMedioMedioConchiglia

< 200Medio BassaAltoAltoPressofusione

Capacità produttiva indicat. (pz/ora)MdOSistemaForma

* nella preparazione del grappolo