Esercitazione fonderia (1)

Tecnologia Meccanica Prof. Fabrizio Memola Capece Minutolo

EsercitazioneFonderia


-Componente da finire alle macchine utensili-Materiale: Ghisa grigia (peso specifico g=73 N/dm3)-Processo di colata in terra a verde

PROPORZIONAMENTO DI UN GETTOIN TERRA VERDE


1) Scelta del piano di divisione delle staffe

2) Disegno e quotatura del modello

STEP

3) Dimensionamento delle materozze

4) Dimensionamento del sistema di colata

5) Calcolo della spinta metallostatica Ftot


SCELTA DEL PIANO DI DIVISIONE DELLE STAFFE

Possibili piani di divisione


Dalla figura si evidenzia la scelta delPIANO ASSIALE che permette dievitare problemi di sottosquadro emantenere le superfici cilindriche, inparticolare quelle delle flange (sarebbestato pi difficile, oltre agli ovviproblemi di sottosquadro, lavorare le

SCELTA DEL PIANO DI DIVISIONE DELLE STAFFE

problemi di sottosquadro, lavorare lesuperfici cilindriche delle flange acausa di problemi di fissaggio).Una volta definito il piano di divisione delle staffe possibile disegnarequalitativamente il modello mettendone in evidenza:

-Fenomeno del ritiro-Angoli di spoglia-Sovrametallo


FENOMENO DEL RITIROLe leghe utilizzate maggiormente in fonderia subiscono un ritirovolumetrico nellintervallo compreso tra la temperatura di colata e latemperatura finale di equilibrio, ovvero la temperatura ambiente. In fasedi progetto bisogna tener conto di questo fenomeno andando amaggiorare le dimensioni nominali tramite il coefficiente di ritirovolumetrico.

Materiale Ritiro (%) Materiale Ritiro (%)Acciai non legati 1,80 Ghise malleabili nere 0,50Acciai non legati 1,80 Ghise malleabili nere 0,50Acciai legati (esclusi quelli al Leghe Al (basso Si) 1,35Mn e inossid.) 1,80 Leghe Al (alto Si) 1,20Acciai al manganese 2,30 Leghe Cu-Sn 1,50Acciai inossidabili 2,00 Leghe Cu-Zn 1,20Ghise grigie 1,00 Leghe Cu-Sn-Zn 1,30Ghise sfer. perlitiche 1,20 Leghe Cu-Zn (Mn, Fe, Al) 2,00Ghise sfer. ferritiche 0,50 Leghe Cu-Al (Ni, Fe, Mn) 1,90Ghise austenitiche 2,00 Leghe di Zn 1,30Ghise bianche 2,00 Leghe antifrizione (metalliGhise malleabili bianche 1,60 bianchi) 0,50

Valori medi di ritiro lineare (UNI 473)


ANGOLI DI SPOGLIAPer la scelta degli angoli di spoglia si fa invece riferimento alla seguentetabella in cui sono riportati, per modelli in legno e metallici, i valoriottimali di suddetti angoli. Si scelga un modello in legno.

Valori indicativi degli angoli di spoglia

Si decide di prendere un angolo di spoglia di 2per tutte le superfici cherisultano ortogonali al piano di divisione delle staffe.


SOVRAMETALLOPer la scelta del sovrametallo si faccia riferimento alla seguente tabella:

Valori indicativi del sovrametallo per getti in ghisa realizzati mediante fusione in terra

Si adotta, per semplicit, per tutte le dimensioni del pezzo un valore delsovrametallo di 4 mm.


Possiamo dunque quotare il modelloricordando che:

- Sovrametallo =4 mm- Ritiro =1%- Angoli di spoglia =2

QUOTATURA DEL MODELLO

Nella tabella seguente riportata laprocedura seguita per calcolare lequote del modello dimensionato eriportato di seguito: I raggi di raccordo discendono

dalle configurazioni geometriche.Sono pari a 4 mm sugli spigoli(pari al sovrametallo) e pari a 10mm sugli angoli.


Alcune quote vanno necessariamente modificate per soddisfare le normedel disegno; occorre tenere conto degli angoli di spoglia e dellelunghezze del tratto conico:

Lunghezza del modello

QUOTATURA DEL MODELLO

Larghezza delle flange

mmtgLM 1865.185)2(2432002180 =+=

mmtgtgLF 335.32)2(299200)2(

24320028 =++=


Poich il pezzo simmetrico rispetto ad un piano mediano, si puscegliere una soluzione con due materozze in corrispondenza delleflange:

DIMENSIONAMENTO DELLE MATEROZZE

Staffe allestite e posizionamento dellanima

Pezzo fuso con materozze e sistema di colata


Considerando met pezzo si ricava:

Volume:

V=1310000 mm3

Sup. di raffreddamento:


S1+S2+S3+S4+S5=S=104500 mm2

Il modulo di solidificazione del getto risulta essere:

M=V/S=12,5 mm

Il modulo della materozza vale quindi:

MMAT=1,2M=15 mm


Adottando una materozza a sez. rettangolarecon rapporto fra i lati pari a 2 e tenendo contodelle dimensioni della flangia:

b/a=2=110/55

La sua altezza deve essere tale da soddisfare la


La sua altezza deve essere tale da soddisfare larelazione MMAT=V/S=15 mm, quindi si ha:

h=85 mm

possibile definire laltezza H della staffasuperiore, funzione delle dimensioni dellamaterozza, secondo le norme UNI 6765-70:

H=200 mm


NOTE

Le dimensioni calcolate per la materozza sono da intendersi come valoriminimi per evitare cavit di ritiro.

Come conseguenza dellaltezza della staffa, le materozze avrannounaltezza totale (compresi gli attacchi alle flange) di 100 mm.


unaltezza totale (compresi gli attacchi alle flange) di 100 mm.

La scelta di sistemare le materozze in corrispondenza della partesuperiore delle flange suggerita dal fatto che tale zona quella cheviene riempita per ultima dal metallo liquido; quindi anche lultima araffreddarsi.

Di conseguenza, proprio in questa zona che possono verificarsi cavitdi ritiro se non si provvede ad una corretta alimentazione mediantematerozze.


Il dimensionamento dei vari canali dipende dal tempo di riempimentorichiesto per ottenere un getto sano:

tR < tS

tR < tC

DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA

tR = tempo di riempimento

tS = tempo di solidificazione (si supponga un surriscaldo di 100C)

tC = tempo critico (tempo di esposizione massimo allirraggiamento daparte della forma; dipende dalle caratteristiche della terra)


Tempo di solidificazione(2 metodi di calcolo)

1) In base al modulo (in cm) disolidificazione:

tS = KMM1,71 = 161,251,71 = 23,4 s


2) In base allo spessore minimo (in cm)del getto (nel nostro caso, la flangia):

tS = KSS1,71 = 52,81,71 = 29 s

Tempo critico

tC = 10 stR = 8 s


PORTATA MEDIA

Ricordando che: Qm = V/tR = 2620000/8 = 327500 mm3/s

VELOCITA DI RIEMPIMENTO

Avendo scelto lattacco in piano, la staffa inferiore risulta riempita


dallalto (colata diretta) e laltezza piezometrica coincide con laltezzaH della staffa superiore:

La staffa superiore risulta riempita in sorgente ed possibile ricavarelaltezza equivalente h e quindi la velocit di riempimento come segue:

smgHvi / 98.12.081.922 ===

smghvmhh

h sfi / 68.1145.081.922 145.0

21.02.0

2

22

====

+=

+=


Assumiamo come velocit v di riempimento il valore medio tra vi e vs:

v = 1,83 m/s

Per tenere conto delle perdite di carico, riduciamo tale valore a:

v = 1 m/s = 1000 mm/s


v = 1 m/s = 1000 mm/s


CALCOLO DELLE SEZIONI

Si supponga di adottare un sistema pressurizzato, ossia presentante lasezione del canale di colata maggiore di quella dellattacco, con:

S /S /S = 4/3/2


SC/SD/SA = 4/3/2

SC = Sezione del canale di colataSD = Sezione del distributoreSA = Sezione degli attacchi


La sezione minima del flusso del metallo liquido si presenter incorrispondenza degli attacchi, quindi:

Sezione degli attacchi

SA=Qm/v=327500/1000=330 mm2 SA1=SA2=SA/2=330/2=165 mm2


Sezione del canale di distribuzione

SD=1,5SA=1,5330=495 mm2

Sezione del canale di colata

SC=2SA=2330=660 mm2


Nota laltezza (H = 200 mm) della staffasuperiore, si pu valutare la forza chetende a sollevarla, trascurando ilcontributo della forza agente sullesuperfici inclinate dellangolo di spoglia.

Sulla superficie cilindrica di diametro 99

CALCOLO DELLA SPINTA METALLOSTATICAFtot

Sulla superficie cilindrica di diametro 99mm si ha:

Sulle due superfici cilindriche di diametro 200 mm si ha:

NLDHDF g 14222.1899.000.299.073

81=

=

=

pipi

NLDHDF g 10028.08200.200.2732

822 =

=

=

pipi


La presenza dellanima (a = 16 N/dm3) causa una spinta:

CALCOLO DELLA SPINTA METALLOSTATICAFtot

( ) NVVF aag 1345.0286.143.047386.143.0422

3 =+==pipi

La forza totale che tende a sollevare la staffasuperiore:

Se la forza totale risulta maggiore del pesodella staffa superiore, necessarioappoggiare pesi adeguati sulla staffa stessa.

NFFFFtot 25513100142321 =++=++=

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