44474-Esercitazione fonderia

GTSL TMSGBergamoBrescia

GTSL TMSGGTSL TMSGBergamoBergamoBresciaBrescia

1/84Tecnologia Meccanica Universit degli Studi di Bergamo Prof. Gianluca DUrso A.A. 10/11

Tecnologia MeccanicaTecnologia MeccanicaUniversitUniversit di Bergamodi Bergamo

FacoltFacolt di Ingegneriadi Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria GestionaleCorso di Laurea in Ingegneria Gestionale

Anno Accademico 2010-2011

ESERCITAZIONE

Fonderia




STRUTTURA ESERCITAZIONE:

- Richiami di Fonderia

- Dimensionamento del modello

- Dimensionamento sistema di alimentazione

- Dimensionamento del sistema di colata

Tecnologia MeccanicaTecnologia MeccanicaUniversitUniversit di Bergamodi Bergamo

FacoltFacolt di Ingegneriadi Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria GestionaleCorso di Laurea in Ingegneria Gestionale

Anno Accademico 2010-2011




Si tratta di progettare: il modello la forma (in terra) pronta per la colata (riempimento e alimentazione)di un particolare meccanico, fornite le caratteristiche del materiale ed il disegno del prodotto finito rispettando la fattibilit del prodotto stesso, lestraibilit del modello dalla forma, la necessit di realizzare sottosquadri o fori passanti la necessit di progettare le anime e di dimensionare le portate danima.

Progettazione ciclo di fonderia

Richiami di fonderia




Riepilogo delle problematiche

SottosquadriSottosquadriAnime e portate danimaForiFori

Filtri - Trappole - Sfiati

Riduzione tensioniAumento resistenza forma

Estraibilit del modello dalla formaLavorazioni successive

Formazione di cricche a caldo

Cavit di ritiroAlimentazioneAlimentazione

DimensionamentoSpinta metallostaticaCanale e attacchi di colataCanale e attacchi di colataAltri elementi

Scomposizione in piScomposizione in pi partiparti

RaccordiRaccordi

Angoli di spogliaAngoli di spogliaSovrametalloSovrametallo

Aspetti geometrici geometrici del modello e sua realizzabilitrealizzabilit

Attenzione alle variazioni di spessoreRaccordi - Dimensionamento

Tensioni di ritiro

Materozze - DimensionamentoRaffreddatori

RitiroRitiroFenomeni che hanno luogo durantela fase di raffreddamentola fase di raffreddamentoin fase liquida e solidain fase liquida e solida





Il materiale versato nella cavit della forma, una volta solidificato e raffreddato completamente, presenter un volume minore di quello che

aveva al momento della colata. Per compensare questa contrazionevolumetrica si aumentano le dimensioni del modello (rispetto a quelle del

pezzo) di una quantit pari al ritiro previsto.

Ritiro

Valori medi di ritiro lineare (UNI 473)Valori medi di ritiro lineare (UNI 473)





Generalmente un pezzo realizzato per fusione presenta sia un grado di finitura superficiale piuttosto scarso sia errori dimensionali e di forma. Risulta quindi necessario disporre, su dette superficie di un opportuno sovrametallo. Quindi il modello presenter,

rispetto al pezzo finito, dimensioni maggiori (se le quote sono relative a superficie esterne) e minori (se le quote sono relative a fori o, in generale, a superficie interne) di

una quantit pari al sovrametallo previsto.

Sovrametallo

Valori indicativi del sovrametallo (in mm) per getti in acciaio Valori indicativi del sovrametallo (in mm) per getti in acciaio realizzati mediante fusione in terra.realizzati mediante fusione in terra.





SovrametalloValori indicativi del sovrametallo (in Valori indicativi del sovrametallo (in mmmm) per getti in ghisa ) per getti in ghisa

realizzati mediante fusione in terra.realizzati mediante fusione in terra.





Disegno del Prodotto

Ghisa grigia





ModelloSovrametallo su tutte le superfici: 3 mmRitiro: 1 %Angolo di sformo: 2





1 Piano di divisione delle staffe

Sformo

Sformo

Pds





2 Sovrametallo Ritiro SformiIl sovrametallo pu essere aggiunto o sottratto a seconda che si tratti di

superfici interne o esterne: dipende dal caso specificoIl ritiro va sempre aggiuntoGli sformi sono diversi fra superfici interne ed esternePer la realizzazione di fori o cavit interne si utilizzano le anime





362610976547142467

36.3+3 +3+ 0.33026.2+3 +3+ 0.22010.1+3 -3+ 0.11096.9+3 +3+ 0.9Dia. 9064.7-3 -3+ 0.7Dia. 7046.4+3 +3+ 0.4Dia. 4014.2-3 -3+ 0.2Dia. 2024.3-3 -3+ 0.3Dia. 3066.6+3 +3+ 0.6Dia. 60

ModelloSovram.Rit.Dim.





3 Realizzazione foroPer realizzare un foro necessario mettere nella cavit realizzata dal modello nella forma in terra, ununanimaanima che rappresenta il foro stesso. Questo significa che il modello modello pieno come se il foro non ci fossepieno come se il foro non ci fosse. Devono per essere previste delle portate dportate danimaanima che hanno lo scopo di sostenere lanima una volta inserita nella forma.

Passi:1) Dimensionare il foro tenendo

conto di ritiri e sovrametalli2) Dimensionare le portate danima3) Aggiungere le portate danima al

modello4) Disegnare lanima





3636.3+3 +3+ 0.330

2626.2+3 +3+ 0.220

1414.2-3 -3+ 0.2Dia. 20

2424.3-3 -3+ 0.3Dia. 30

AnimaSovram.Rit.Dim.

Abbiamo gi visto le quote relative al pezzo che riportiamo Portate danima




Modello finale

Raccordo pari al sovrametallo

Raccordo da tabella

Portata danima

Portata danima

Semimodello superiore

Semimodello inferiore





Modello e anima tridimensionali

Semimodello superiore

Semimodello inferiore

Anima





Forma allestita





Grezzo di fonderiaRichiami di fonderia




Esercitazione 25 marzo 2010Allievi Meccanici

Universit degli Studi di Bergamo Facolt di Ingegneria

TemaSi studi la realizzazione del componente descritto nel disegno,

ottenuto mediane fusione in terra e modello in legno

Dati del problemaAcciaio per getti (FeG520)Peso specifico: 7.8 g/cm3

FAC S

IMILE

TEMA

DESA

ME

Dimensionamento del modello




Disegno del ProdottoDimensionamento del modello




Si richiede:Si richiede:

Il progetto di massima del modello (scelta del piano di divisione delle staffe, angoli di spoglia, raggi di raccordo) e dellanima (con relative portate danima).Si preveda un opportuno sovrametallo (uguale su tutte le superfici) per permettere la successiva lavorazione del componente alle macchine utensili.Il dimensionamento e il posizionamento delle materozze e del canale di colata.La scelta delle staffe (dimensioni secondo le tabelle UNI allegate).Il calcolo della spinta metallostatica.

N.B. E richiesto un disegno qualitativo (quotato) del modello e dellanima in cui, oltre al piano di divisione delle staffe, siano indicati gli angoli di spoglia, i raggi di raccordo e le portate

danima.





Grezzo





Grezzo

Acciaio per getti (FeG520)

Valori medi di ritiro lineare (UNI 473)Valori medi di ritiro lineare (UNI 473)





Scelta del piano di divisione delle staffe- Evitare sottosquadri- Omogeneit del materiale- Mantenimento superfici cilindriche- Rendere agevoli le operazioni di formatura- Rispettare i vincoli impiantistici





Disegno e dimensionamento del modello

Ritiro Sovrametallo

Angoli di spoglia Raggi di raccordo

Portate danima










Disegno e dimensionamento del modelloDime

nsion

amento del modello




Disegno e dimensionamento del modelloRitiro = 1.8 %Sovrametallo = 4-5 mm


3535.45100.4525

6160.9100.950

112111.8101.8100

143142.7-102.7150

112111.8101.8100

397397.2-107.2400

519519109500

Quota arrotondata[mm]

Quota modello[mm]

Sovrametallo[mm]

Ritiro[mm]

Quota pezzo[mm]





Angoli di spoglia = 2- 3Raggi di raccordo

Angoli 10 15 mmSpigoli pari al sovrametallo

Portate danima - non presenti





Disegno quotatoDisegno quotato





Dimensionamento delle staffe

Vedi TabelleVedi Tabelle

Questa operazione pu essere svolta in questa fase ma richieder una verifica una volta

dimensionate le materozze





Dimensionare il sistema di alimentazione per il grezzo in figura.

In particolare determinare:In particolare determinare:1) Numero2) Posizione3) Dimensioni

degli alimentatori (compresi di colletto) che si riterr opportuno introdurre affinch il getto si presenti privo di difetti, ovvero:- senza cavit di ritiro- senza porosit

Dimensionamento del sistema di alimentazione









Moduli termici

M1: barra=

++

== 222

22

1 44/)(24/)(

sdDdhDhhdD

SuperficieVolumeM

pipipi

pi

Scomponiamo il grezzo in geometrie elementari:


=

++

= 222

22

3544/)397519(261397615194/61)397519(

pipipi

pi

mm 47.15=




M2: barraM2: barra

mmSuperficieVolumeM 75.8

143354143352

2 =

==

mm

sDHD

HD

M 35.20354

41122112112

1124

112

44

2

42

2

2

22

2

3 =

+

=

+

=

pipi

pi

pipi

pi

M3: cilindroM3: cilindro





- Una materozza centrale- N sulla corona circolare

Da cosa dipende N N ? distanza di alimentazione

Solidificazione direzionale

8.7515.47 20.35





In prima approssimazione, considerata la simmetria del grezzo, prendiamo N=4

X

X

X

X

X





Materozza 1

Il modulo da proteggere risulta pari a M1=15.47 mmDi conseguenza il modulo della materozza1 vale Mm=1.2 M1=18.56 mmSelezioniamo una materozza circolare con diametro D=100 mmDovendo essere Mm=Vm/Sm otteniamo

hhVm =

= 78544

1002pimm hhSm +=+= 31478541004

1002pi

pimm

Da cui h= 72.04 mm


M1=15.47 M2=8.75

M3=20.35




Collare coibentato

Dimensionicollare

Hsup=125 mm

Hsup=125-30.5-18= 76.5 mm

axb=630x630 oppure axb=630x800

Materozza 1 collareMaterozza 1 collare

L (mm)d (mm)Dm(mm)

(0.18*100)=18(0.40*100)= 40100


Materozza 1

Dimensionamento del

collare




Materozza 3


hhVm =

= 113104

1202pimm hhSm +=+= 377113101204

1202pi

pimm

Da cui h= 131. 42 mm


M1=15.47 M2=8.75

M3=20.35




Collare coibentato

Dimensionicollare

Hsup=125-56-22= 47 mm oppure Hsup=160-56-22= 82 mm oppure


Aumento Dm


L (mm)d (mm)Dm(mm)

(0.18*120)=22(0.40*120)= 48120


Materozza 3

Dimensionamento del

collare




Supponiamo di aumentare il Dm


Primo casoSelezioniamo una materozza circolare con diametro D=140 mmDovendo essere Mm=Vm/Sm otteniamo

hhVm =

= 153944

1402pi hhSm +=+= 4401539414041402

pipi

Da cui h= 80.84 mmSapendo che Mm=1.2 M3=24.42 mm

Dimensionicollare


L (mm)d (mm)Dm(mm)

(0.18*140)=25(0.40*140)= 56140

axb=630x630 oppure axb=630x800Hsup=125-56-25= 44 mm Hsup=160-56-25= 79 mm




Supponiamo di aumentare il Dm


Primo casoSelezioniamo una materozza circolare con diametro D=160 mmDovendo essere Mm=Vm/Sm otteniamo

hhVm =

= 201064

1602pi hhSm +=+= 5032010616041602

pipi

Da cui h= 62.73 mmSapendo che Mm=1.2 M3=24.42 mm

Dimensionicollare


L (mm)d (mm)Dm(mm)

(0.18*160)=29(0.40*160)= 64160

axb=630x630 oppure axb=630x800Hsup=125-56-29= 40 mm Hsup=160-56-29= 75 mm




Collare coibentato

Dimensionicollare

Hsup=160 mm Hsup=160-30.5-18= 111.5 mm



L (mm)d (mm)Dm(mm)

(0.18*100)=18(0.40*100)= 40100


Materozza 1

Dimensionamento del

collare




160


100 140

79

111.

5

112

112

143 61

6135




Verifica distanza di alimentazioneSi individuano tre tratti da alimentare: corona circolare quattro razze perno centrale (per la materozza centrale in primis)





Corona

S (mm) Dmat Esito61 100 (pi*458-4*Dmat)/8= 130 3.5*S= 214 OK

Distanza DA alimentare Distanza di alimentazione

Distanza di alimentazione >= Distanza da alimentare OK





Razze7 x s

S (mm) Dmat Esito35 100 - 140 229-50-70 = 109 3.5*2*S= 245 OK

Distanza DA alimentare Distanza di alimentazione





Mozzo

S (mm)Distanza da alimentare

(mm)Esito

112 112 3.5*S+2.5*S 672 ok

Distanza di alimentazione

(mm)





Resa della materozzaVolume della cavit di ritiro

Volume massimo alimentabile dalla materozzaClindrica o ovale

Emisferica o sferica

b = coeff. di ritiro volumetrico

)/)20((

)/)14((

)(100

max

max

bbVV

bbVV

VVbV

m

m

mpr

=

=

+=





Resa della materozza

32

3max

31max

32

1max

max

8242527)8.1/)8.114((4

79140

14838574

5935428

5935428)8.1/)8.114((4

5.111100

)8.1/)8.114((

mmV

mmV

mmV

VV m

=

=

==

=

=

=

pi

pi





Materozza 1: diagramma CaineUtilizzeremo materozze non coibentate.I coefficienti dellEq. di Caine valgono:

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

x

y

cby

ax +

=

1

03.011.003.0

1.0

=

+

==

=

c

xyb

aArea pezzi sani





Materozza 1: curve isodelta

( ) ( ) 32

333

2

33 14884000

5.124

144

xyxVM

yp

p

pi

pi +

=+

=

( ) 313221 8840004

35340004

35340004

50400500mm

VmmV ===pi=

pm VVY /=Posto e ed esprimendo anche mVin funzione del rapporto

pm MMX /=DH /= 3kXY = 2

33 )41(4

+pi=

p

p

VM

k


M1=15.47 M2=8.75M3=20.35




1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

x

y

delta=0.5

delta=1

delta=1.5

36.003.013.1

1.0 +

yScegliamo un rapporto x=1.3





Delta y Vm (mm3)=y*VpMp (mm) 12.5 0.5 0.41 363977Vp (mm3) 883573 1.0 0.48 421269x 1.3 1.5 0.58 513762

Materozza 1

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

x

y

delta=0.5

delta=1

delta=1.5

Il volume della materozza vale:(in funzione del volume da proteggere)





3324

44 pipipi

m

m

VDDHDV

DH

===

=

Le dimensioni della materozza valgono:

Delta y Vm (mm3)=y*Vp Dm (mm) Hm(mm)Mp (mm) 12.5 0.5 0.41 363977 97.5 48.8Vp (mm3) 883573 1.0 0.48 421269 81.3 81.3x 1.3 1.5 0.58 513762 75.8 113.8

Materozza 1

Scegliamo delle materozze cilindriche con dimensioni standard:


11575

8080

50100

Hm (mm)Dm (mm)




Materozza 1: dimensionamento collare

collare coibentato

dimensionicollare

Dm (mm) Hm(mm) d (mm) L (mm)100 50 40 1880 80 32 1475 115 30 14

Materozza 1 collare





Materozza 3


hhVm =

= 113104

1202pimm hhSm +=+= 377113101204

1202pi

pimm

Da cui h= 131. 42 mm


M1=15.47 M2=8.75

M3=20.35




Materozza 3: diagramma CaineIniziamo con lipotizzare materozze non coibentate.I coefficienti dellEq. di Caine valgono:

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

x

y

1

03.011.003.0

1.0

=

+

==

=

c

xyb

aArea pezzi sani

cby

ax +

=





Materozza 3: curve isodelta

( ) ( ) 32

333

2

33 14785000

5.174

144

xyxVM

yp

p

pi

pi +

=+

=

32

3 7850004100100

mmV == pi

pm VVY /=Posto e ed esprimendo anche mVin funzione del rapporto

pm MMX /=DH /= 3kXY = 2

33 )41(4

+pi=

p

p

VM

k


M1=15.47 M2=8.75M3=20.35




53.003.012.1

1.0 +

yScegliamo un rapporto x=1.2

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.60

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

x

y

delta=0.5

delta=1

delta=1.5





Il volume della materozza vale:(in funzione del volume da proteggere)

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.60

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

x

y

delta=0.5

delta=1

delta=1.5

Delta y Vm (mm3)=y*VpMp (mm) 17.5 0.5 1.00 785546Vp (mm3) 785398 1.0 1.16 909197x 1.2 1.5 1.41 1108816

Materozza 3





3324

44 pipipi

m

m

VDDHDV

DH

===

=

Le dimensioni della materozza valgono:

Scegliamo delle materozze cilindriche con dimensioni standard:

Delta y Vm (cm3)=y*Vp Dm (mm) Hm(mm)Mp (mm) 17.5 0.5 1.00 785546 126 63Vp (mm3) 785398 1.0 1.16 909197 105 105x 1.2 1.5 1.41 1108816 98 147

Materozza 3

Dm (mm) Hm(mm)120 60100 10095 15





Materozza 3: dimensionamento collare

collare coibentato

dimensionicollare

Dm (mm) Hm(mm) d (mm) L (mm)120 60 48 22100 100 40 1895 145 38 17

Materozza 3 collare





Dimensionare il sistema di colata per il grezzo in figura.

In particolare determinare:

- numero

- posizione

- dimensioni

del canale di colata, canale di distribuzione e attacchi di

colata.

Dimensionamento del sistema di colata




Grezzo





Grezzo






Volume del getto

VV11::

Scomponiamo il getto in geometrie elementari:

( ) 322 5353959

461397519

mm=

=

pi

1 2 3





VV22::

VV33:: 32

3 78541010

cmV == pi

( ) 322 3754155.2 cmV ==

VVM1M1: 4 materozze: 4 materozze VVM3M3: 1 materozza: 1 materozzaDm (mm) Hm(mm)

Materozza 1 100 112Materozza 3 140 79

32

1 3502876445.111100

mmVM =

=

pi 32

3 1216111479140

mmVM =

=

pi

Vgetto: 5353959+700700+1103428+3502876+1216111=11877074 mm3


32

11034284

112112mm=

=

pi

( ) 32 700700414335 mm==




Dimensionamento sezioni caratteristicheOccorre determinare larea della sezione di strozzatura (sezione minima)Imponiamo un bilancio di massa :

vSt

VS

r

=

Dove: V =volume del metallo tr = tempo di riempimento (s) SS= area (complessiva) sezione di strozzatura v = velocit metallo nella sezione di strozzatura

=

A

C

S

S

SS

Sistema non pressurizzato

Sistema pressurizzato





Vincoli temporaliIl tempo di riempimento deve essere minore: del tempo di inizio solidificazione ts delle parti sottili del getto del tempo di esposizione massimo tc allirraggiamento da parte della

forma

71.1skt Ss =

Il valore di ts pu essere calcolato mediante una di queste formule sperimentali:

Dove: s = spessore della zona pi sottile [cm] ks = costante empirica da tabella

Dove: M = Modulo si solidificazione [cm] kM = costante empirica da tabella

71.1Mkt Ms =





Valori indicativi delle costanti k in funzione della temperatura di surriscaldo per getti colati in sabbia silicea.

Valori indicativi del tempo critico di esposizione tc (s).

Forme in terra (verde)Forme ed anime

agglomerate con leganti sintetici

4- 25 s fino a 60 s

kM kS kM kS kM kS kM kSAcciai 2.0 0.6 8.0 3.0 18.0 6.0 30.0 10.0Ghise malleabili e bronzi 3.0 0.9 12.0 3.5 25.0 7.5 45.0 14.0Ghisa grigia e sferoidale 4.0 1.3 15.0 5.0 38.0 12.0 65.0 20.0

SurriscaldoMateriale

50C 100C 150C 200C






forma

)150]([295.26)100]([145.23)50]([35.26.0

71.171.1

71.171.1

71.171.1

+===

+===

+===

ssktssktsskt

Ss

Ss

Ss

Il valore di ts pu essere calcolato mediante una di queste formule sperimentali:

Dove: s = spessore della zona pi sottile [cm] ks = costante empirica da tabella






formaIl valore di ts pu essere calcolato mediante una di queste formule sperimentali:

Dove: M = Modulo si solidificazione [cm] kM = costante empirica da tabella

][2175.18][5.123.18

][6.3625.08

71.171.1

71.171.1

71.171.1

sMktsMkt

sMkt

Ms

Ms

Ms

===

===

===





Vincoli temporali

Il tempo di riempimento deve essere minore: del tempo di inizio solidificazione ts = 12.5 s del tempo di esposizione massimo tc =14 s

Tempo di riempimento = 10 sTempo di riempimento = 10 s





Calcolo della portata

Vgetto= 11877074 mm3

Q= V/tr= 11658732/10=1187707 mm3 /s





Velocit di riempimento

Hgcv = 2

Dove: g = 9.8 (m/s2) H = altezza dal pelo libero (m) c = perdite di carico

h

smgv / 89.0160.025.0 ==





Velocit di riempimento

mHgcv = 2

Dove: g = 9.8 (m/s2) Hm= altezza dal pelo libero (m) c = perdite di carico

2

2

+=

ifm

hhH

h i

h f

mmHm 53.1302160)56160( 2

=

+=

smgv / 8.0131.025.0 ==





23

1397/ 850

1187707mm

smm

mm

v

QSA ===

Sezioni

Rapporto delle sezioniSc = canale colata / Sd = canale distributore / Sa=

attacchi

Sc / Sd / Sa4 / 3 / 2

2 2794 mmSC =

2 2096 mmSD =

smv / 85.0~)80.089.0(5.0 =+=v media





Dimensioni





La spinta metallostatica

Dove:

g = peso specifico liquido (kg/m3)V1,2,3 = volume (m3)

V2V2





La spinta metallostatica

( ) ( ) 3221 109712274

35160397519mmV == pi

( ) ( ) 32 285285045.1716014335 mmV ==( ) 32

3 4.975351461160112

mmV == pi

V1 V2V3

Altezza staffa: 160 mm

Ipotesi: trascuro materozze





3321 47994281 mmVVVV =++=

( ) kgVVVF 115321 =++= Verso laltoLa staffa superiore pesa:

( )3

3

898126864500645715808780640000

224823461608006302/

7.2

mm

VVVVdmkg

materozzepezzostaffasabbia

sabbia

==

===

=

F=186 kg Verso il basso

186 > 115 OKOK

Dimensioni staffa


44474-Esercitazione fonderia

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