Fonderia 2 Le

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Dipartimento di Ingegneria dell’InnovazioneDipartimento di Ingegneria dell’InnovazioneSezione Tecnologie e Sistemi di LavorazioneSezione Tecnologie e Sistemi di Lavorazione

Sistemi di Produzione/ Tecnologia Sistemi di Produzione/ Tecnologia MeccanicaMeccanica

La solidificazione dei getti• Il fenomeno del ritiro

Temperatura

Volume

specifico

Ta Tf Ti Tc

V1

V2

V3

V4

Contrazione in

fase liquida

Contrazione in

fase di solidificazione

Contrazione allo stato

solido



Esempio

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La solidificazione dei getti• La formazione del cono di ritiro



La solidificazione dei getti

• La formazione del cono di ritiro

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• Definizione: il modulo termico (M) di un getto è parial rapporto tra il Volume e le sue superfici di scambiotermico.

Il concetto di modulo termico



Metodi per il calcolo di M

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La solidificazione dei getti

A parità di volume maggiore è il modulo

termico maggiore è il tempo di solidificazione.

x

x



La solidificazione direzionale

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Esempio



Il metodo dei cerchi inscritti

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Le modalità di scambio termico



Il sistema di alimentazione• Generalità.

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Esempio.

t1.jpg t2.jpg t3.jpg

complessivo.avicomplessivo.avi



Metodo Modulo Termico

Suddividere il getto in forme elementari e

calcolare i moduli di raffreddamento.

Verificare la direzione di solidificazione.

Determinare il numero di materozze necessarie

Per ogni zona predisporre una materozza di

opportuno modulo.

Verificare il raggio di alimentazione e il volume

alimentabile (numero delle materozze).

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Il raggio di influenza

R = k S

k parametro funzione

del materiale del getto.

3,5 - 5 acciaio.

5 ghisa.

5-8 bronzo.

5-7 leghe leggere.



Il raggio di influenza

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Il collare di attacco

Materozze cieche Materozze a cielo aperto



Esempio

10





11





12



Esempio

M1 = 15 mm

M2 = 13 mm

M3 = 11 mm



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Dimensionamento sistema

alimentazioneDiagramma di Caine

Consente di determinare le dimensioni di una materozzache:

…

1 rilascia la “giusta quantità” di metallo al getto che vasolidificando

2 rimane liquido finchè il getto (o la parte di esso cheviene alimentata) è solidificato completamente

…Da: A theoretical approach to the problem of dimensioning risers

By J.B. Caine



BUONI

NON

BUONI

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Il sistema di colata

Obiettivo: progettare l’insieme di canalizzazioni che

permettono alla lega liquida di riempire la forma.

REGOLE PRATICHE

• La forma deve essere riempita rapidamente.

• Occorre evitare forti velocità e turbolenze della corrente fluida.

• Occorre evitare che la scoria penetri all’interno.

• Alla fine del riempimento, il gradiente termico deve essere adatto a

una corretta solidificazione direzionale.

• Occorre distribuire la vena fluida in modo contemporaneo nelle

varie parti del getto.



Il sistema di colataElementi caratteristici:

• bacino di colata

• canale di colata

• canale distributore

• attacchi di colata

• trappole, filtri, pozzetti

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Sistema pressurizzato

Rapporto delle

sezioni

Sc / Sd / Sa

2 / 2 / 1

4 / 3 / 2

4 / 8 / 3

Sc

Sd

Sa

Il sistema assicura che i differenti

canali siano sempre pieni di metallo

liquido.



Sistema non pressurizzatoRapporto delle

sezioni

Sc / Sd / Sa

1 / 2 / 2

1 / 4 / 4

1 / 2 / 4Sc

Sd

Sa

Il sistema assicura una velocità ridotta

ed un moto quasi laminare della vena

fluida negli attacchi.

Idoneo per leghe che si ossidano

facilmente (alluminio, magnesio, titanio)

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Dimensionamento sezioni

caratteristicheOccorre determinare l’area della sezione di strozzatura (sezione

minima)

Imponiamo un bilancio di massa :

vSt

QS

r

⋅=⋅ρ

Dove:

• Q = peso del metallo da colare (kg)

• ρ = peso specifico del metallo (kg/m3)

• tr = tempo di riempimento (s)

• Sc= area (complessiva) sezione di strozzatura (m2)

• v = velocità metallo nella sezione di strozzatura (m/s)

=

A

C

S

S

S

S

Sistema non pressurizzato

Sistema pressurizzato



Il tempo di riempimento consigliato può essere valutato come:

4.032.0

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Gst

oppure

Gt

r

r

⋅⋅=

÷=

Dove:

• G = peso del getto (kg)

• s = spessore medio del getto (mm)

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Vincoli temporali

Il tempo di riempimento deve essere minore:

• del tempo di inizio solidificazione ts delle parti sottili del getto

• del tempo di esposizione massimo tc all’irraggiamento da parte della forma

cr

sr

tt

tt

≤

≤

][

][

71.1

71.1

sskt

sMkt

Ss

Ms

⋅=

⋅=

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

Dove:

• M = modulo termico del getto [cm]

• s = spessore della zona più sottile [cm]

• KM, ks = costanti empiriche



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).

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Mentre la velocità nella sezione di strozzatura vale

(secondo il principio di Bernoulli):

mHgcv ⋅⋅= 2

Dove:

• g = 9.8 (m/s2)

• Hm = altezza dal pelo libero (mm)

• c perdite di carico

In ogni caso la velocità nella

sezione di strozzatura deve essere

inferiore a 1 m/s per evitare

turbolenze ed inclusioni

Hm



Altezza dal pelo liberoColata diretta Colata in sorgente

2

2

+=

if

m

hhHhHm =

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Perdite di caricoSistema pressurizzato

• vengono considerate tutte le perdite di carico dal bacino di colata

sino alla sezione degli attacchi

• c ≈ 0.5 – 0.65

Sistema non pressurizzato

• vengono considerate le perdite di carico dal bacino di colata al

piede del canale di colata

• c ≈ 0.9



Esempi di sistemi di colata

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La spinta metallostatica.Per tutto il tempo in cui la lega si mantiene liquida all’interno

della forma, ogni punto delle pareti interne della forma

stessa è soggetta da una pressione funzione della densità

della lega e della profondità del punto considerato rispetto

al pelo libero del liquido.



La spinta metallostatica.

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La spinta metallostatica.



I difetti di fonderia.

Numerosi parametri influiscono sulla qualità finale del greggio di fonderia.

• Escrescenze metalliche.

• Cavità.

• Soluzioni di continuità.

• Superfici difettose.

• Pezzi incompleti.

• Deformazioni o forme non corrette.

• Inclusioni.

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I difetti di fonderia.Escrescenze metalliche• Difetto: bave di piccolo spessore e dimensioni limitate

• Cause: giochi negli accoppiamenti, eccessiva temperatura di colata



Escrescenze metalliche• Difetto: bave di maggiore spessore ed estensione

• Cause: eccessiva spinta metallostatica

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Escrescenze metalliche• Difetto: distacco di sabbia

• Cause: erosione su parti non raccordate, scarsa e permeabilità coesione

sabbia



Cavità• Difetto: soffiature

• Cause: impedita evacuazione dei prodotti gassosi

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Soluzioni di continuità• Difetto: fratture a freddo

• Cause: eccessive tensioni di trazione causate dal ritiro in fase solida



Soluzioni di continuità• Difetto: cricche

• Cause: eccessive tensioni di trazione causate dal ritiro in fase solida in parti

mal raccordate

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Soluzioni di continuità• Difetto: riprese

• Cause: incollaggio di due vene fluide unitesi a temperatura troppo bassa o

con superfici ossidate



Superfici difettose• Difetto: “buccia d’arancia”

• Cause: terra mal rigenerata o con agenti inquinanti

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Pezzi incompleti• Difetto: pezzo incompleto

• Cause: prematura solidificazione di uno spessore sottile



Cavità• Difetto: cavità di ritiro

• Cause: insufficienza di alimentazione da parte delle materozze

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