Tecnologia meccanica, Appunti di Tecnologia Meccanica

Scarica Tecnologia meccanica e più Appunti in PDF di Tecnologia Meccanica solo su Docsity! TECNOLOGIA MECCANICA IL CICLO DI PRODUZIONE Il prodotto industriale è costituito da un insieme di componenti con diversi materiali, utilizzi e funzionalità. Essi vengono poi messi insieme durante la fase di assemblaggio. Il processo produttivo industriale è l’insieme delle attività tecnologiche e organizzative necessarie per trasformare materiali in prodotti o beni economici. Si parte dal materiale grezzo e, tramite lavorazioni, si ottiene il prodotto. Il processo produttivo richiede macchine, utensili, energia elettrica e potenza. A fine processo si ha il prodotto finito e gli scarti di produzione (che possono essere inquinanti e non, e riciclabili). Il processo produttivo è la parte in cui si aggiunge valore al prodotto e che porta un guadagno finale anche in termini economici dalla vendita del prodotto stesso. Operazione di evasione degli ordini: 1) ENGINEER TO ORDER: il prodotto è progettato e costruito secondo le specifiche del cliente (grandi progetti di costruzione e prodotti unici). Produzione su richiesta  costi e tempi maggiori 2) MAKE TO ORDER: il prodotto è basato su un design standard, ma la produzione e la fabbricazione dei componenti del prodotto finale è collegata all'ordine posto dalle specifiche del cliente finale.  Tempi lunghi, costi elevati, no sprechi, personalizzazione del prodotto. 3) MAKE TO STOCK: produzione di massa in cui il prodotto è costruito a fronte di una previsione di vendita e viene venduto al cliente dal magazzino di prodotti finiti; questo approccio è comune nei settori della spesa e della vendita al dettaglio. Il cliente non ha molta scelta ma può averlo in tempi molto brevi, non c’è possibilità di personalizzazione, riduzione dei costi, ma incertezza di vendita. 4) DIGITAL COPY: si passa al cliente una copia software del prodotto che poi verrà stampata tramite stampanti 3D. Questo comporta tempi lunghi ma stampaggio in “casa” del cliente, costo zero per la casa produttrice. Metodi di produzione: 1) JOB PRODUCTION: gli articoli vengono prodotti individualmente e ogni oggetto viene finito prima che inizi la produzione successiva. Funzionale per oggetti come aerei o navi, quindi oggetti molto grandi. 2) BATCH PRODUCTION: produzione per lotti dove gruppi di prodotti sono fatti insieme. Ogni lotto viene finito prima di iniziare il prossimo blocco di merci. 3) MASS PRODUCTION: produzione in grande quantità di prodotti standardizzati, producendo tutti pezzi uguali, molto rapidamente, e utilizzando la catena di montaggio per inviare prodotti parzialmente completi ai lavoratori che lavorano ciascuno su un singolo passaggio, piuttosto che su un intero prodotto dall'inizio alla fine. Diagramma varietà di prodotto P e quantità Q Diagramma qualitativo per cui se voglio molta varietà di prodotto avrò tecniche produttive lente, e dunque pochi pezzi. Se voglio tanti pezzi devo rinunciare alla varietà (pezzi standard). Ciclo di vita del prodotto Le aziende sono oggi interessate al prodotto in maniera più completa osservando tutto il suo ciclo di vita. PLM: product lifecycle management (gestione del ciclo di vita del prodotto) è un approccio strategico alla gestione delle informazioni, dei processi e delle risorse a supporto del ciclo di vita di prodotti e servizi, dalla loro ideazione, allo sviluppo, al lancio sul mercato, al ritiro. Il PLM non è solo una tecnologia informatica, ma piuttosto un approccio integrato, basato su un insieme di tecnologie, su metodologie di organizzazione del lavoro collaborativo e sulla definizione di processi. L'obiettivo del PLM è ottimizzare (minor tempo, minori costi, maggiore qualità, minori rischi) lo sviluppo, il lancio, la modifica e il ritiro di prodotti o servizi dal mercato. Il PLM si basa sull'accesso condiviso a una fonte comune da cui attingere dati, informazioni e processi relativi al prodotto. Automazione  Integra diverse operazioni produttive per migliorare qualità e uniformità della produzione  Agevola il controllo e la programmazione della produzione  Riduce la possibilità di errori umani  Riduce l’eventualità di infortuni agli esseri umani L’automazione consiste nel far svolgere alla macchina un’operazione che altrimenti avrebbe svolto l’uomo. L’automazione può essere:  Rigida • adatta per grandi volumi di produzione • macchine a trasferta (unità produttive e sistemi di trasferimento) • elevati investimenti negli impianti  Flessibile (programmabile) • è possibile modificare il programma delle macchine in modo da eseguire prodotti diversi • è usata anche per produrre geometrie complesse La produzione integrata di fabbrica o CIM (Computer Integrated Manufacturing) è l'integrazione automatizzata tra i vari settori di un sistema di produzione (progettazione, ingegnerizzazione, produzione, controllo della qualità, pianificazione della produzione e marketing) al fine di minimizzare i tempi di sviluppo di un prodotto, ottimizzare la gestione delle risorse ed eventualmente essere flessibili per coprire quanto più possibile il mercato. I vantaggi del C.I.M. sono:  gestione prodotti a breve ciclo di vita  adattabilità a variazioni nella domanda  migliore qualità del prodotto  ottimizzazione dell’impiego del materiale e della manodopera con riduzione del costo di produzione  riduzione delle scorte  riduzione del time to market ( tempo che intercorre dall'ideazione di un prodotto alla sua effettiva commercializzazione)  incremento della qualità del prodotto (mediante analisi, pianificazione e controllo del processo produttivo)  riduzione dei costi dovuta alla maggiore efficienza della fabbrica Il modello CIM prevede l'integrazione di diverse tecnologie interconnesse quali:  Sistemi di progettazione assistiti CAD,  Ciclo di fabbricazione assistito CAPP,  Sistemi di lavorazione flessibili FMS,  Sistemi automatici di misura CAIP,  Sistema informativo che integra tutti i processi di business:produzione, magazzino, ordini, acquisti ERP (Enterprise resource planning). Un metodo di progettazione sempre più diffuso è il concurrent engineering: progettazione congiunta di processo e prodotto (il prodotto cioè viene progettato insieme al progetto di come produrlo). Tale approccio permette di ridurre drasticamente i tempi di sviluppo e i costi connessi, consente inoltre maggiore flessibilità alla progettazione e alla produzione, oltre che una migliore qualità dei prodotti. Il tutto a spesa di una maggiore complessità della fase di progettazione e della necessità di avere team interfunzionali.  Progettazione del prodotto e del processo produttivo devono viaggiare in parallelo.  In ogni fase di sviluppo del progetto viene tenuto in conto l’intero ciclo di vita del prodotto (producibilità, assemblabilità, affidabilità, costi, aspettative dell'utente)  Priorità strategica: la riduzione del “timetomarket“, migliorando la qualità percepita dal cliente con costi contenuti Fondamenti di concurrent engineering:  Organizzazione efficiente del lavoro in team  Uso di procedure operative  Uso di strumenti e tecniche corretti e integrabili  Architetture di sistema appropriate  Conoscenze multidisciplinari per Project Management e TQM Feedback nella progettazione del prodotto e costo modifiche al progetto 1) Deformazione plastica 2) Tribologia: studio dell’attrito 3) Ricristallizzazione 4) Anisotropia: diverso comportamento in funzione della direzione della sollecitazione 5) Lavoro di deformazione Scorrimento plastico: Variazione della tensione tangenziale nello scorrimento di un piano atomico sull’altro. La deformazione avviene sotto l’azione di forze di taglio lungo i piani di scorrimento. Tribologia: studio dell’attrito Le superfici dei pezzi sono rugose e presentano creste che vanno a contatto quando 2 superfici si toccano. La pressione di contatto tra le due superfici crea uno schiacciamento, nonché una deformazione plastica delle creste. Ciò avviene finché le pressioni di contatto sono tanto maggiori dello schiacciamento. Infine, si avrà una superficie di contatto chiamata superficie reale (diversa da quella nominale che non è di effettivo contatto) su cui la pressione di contatto è molto elevata perché incidente su una superficie molto più piccola. La pressione sarà quindi grande tale da generare la deformazione plastica e di microsaldature. L’attrito è la forza tangenziale, dipendente dalla resistenza e dal numero di microsaldature, tale da rompere le microsaldature stesse. Esso è costante per unità di superficie reale di contatto, mentre, macroscopicamente è proporzionale alla resistenza delle microsaldature e al loro numero. Per piccoli valori di superficie nominale, l’attrito coincide con la forza normale. Se la superficie reale è circa quella nominale, questa continua a crescere aumentando la forza di contatto fino a che superficie reale = superficie nominale. La tensione tangenziale di attrito è definita come Sn: superficie nominale Esistono 2 modelli: 1) Modello di Coulomb ( per piccole forze normali) in cui 𝜏 è proporzionale alla pressione di contatto: 𝜇: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑖 𝑎𝑡𝑡𝑟𝑖𝑡𝑜 2) Modello dell’adesione (per grandi forze normali) 𝑚: 𝑓𝑎𝑡𝑡𝑜𝑟𝑒 𝑑𝑖 𝑎𝑡𝑡𝑟𝑖𝑡𝑜 𝑌: 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒 𝑑𝑖 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 Modello semplificato dell’attrito La deformazione plastica dei grani crea il fenomeno di anisotropia:  La deformazione plastica allunga il grano in una sola direzione  La resistenza meccanica dipende dalla direzione  Il materiale è detto anisotropo  Cambiano anche le proprietà fisiche del materiale (permeabilità magnetica, resistenza elettrica)  Esistono due tipi di anisotropia: anisotropia cristallografica e ad orientazione delle fibre Ricristallizazione  Formazione di una nuova struttura cristallina senza tensioni residue  Avviene solo a temperature elevate  Il tempo di ricristallizazione diminuisce al crescere della temperatura  Ricristallizazione statica e dinamica  Più il materiale è stato deformato, più piccolo diventa il grano con la ricristallizazione Lavoro di deformazione Il lavoro generato durante il processo di deformazione può essere scomposto in:  lavoro di deformazione uniforme  lavoro ridondante  lavoro di attrito  Il lavoro di deformazione plastica è irreversibile Il lavoro di deformazione plastica viene trasformato in: - energia di legame per il 10% - calore per il 90%  In condizioni adiabatiche il calore generato provoca un aumento di temperatura del corpo, altrimenti viene scambiato con utensili e macchina utensile Al termine il provino arriverà a rottura. Il carico di snervamento segna l’inizio del comportamento plastico del materiale. Il rapporto tra la deformazione trasversale e la deformazione longitudinale prende il nome di rapporto di Poisson. È un indice dalla tendenza del materiale a mantenere lo stesso volume. In campo tecnologico non si utilizza questa curva nominale, ma si fa riferimento alla curva tensione vera – deformazione vera, dove andiamo a misurare la tensione reale come 𝜎 = dove S è la sezione istantanea del provino, e la deformazione vera come 𝜀 = 𝑙𝑛 .  integrando da l a l0 Riassumendo: S0 : sezione nominale (inziale) S: sezione reale che devo conoscere instante per instante Δ𝑙 = 𝑙 − 𝑙 𝑙 : 𝑙𝑢𝑛𝑔ℎ𝑒𝑧𝑧𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑧𝑖𝑎𝑙𝑒 Esempi 1) Supponiamo di dover deformare (a trazione) un provino da una lunghezza inziale l0 ad una finale pari al doppio della lunghezza iniziale: lf = 2ˑl0 2) Supponiamo di dover deformare (a compressione) un provino da una lunghezza inziale l0 ad una finale pari alla metà della lunghezza iniziale: 𝑙 = La curva può essere approssimata come 𝝈 = 𝒌 ∙ 𝜺𝒏 Legge di Hollomon n: coefficiente di incrudimento k: coefficiente di resistenza La legge di Hollomon può anche essere scritta in forma logaritmica come ln 𝜎 = ln 𝑘 + 𝑛 ln 𝜀 che è l’espressione di una retta. Modelli ideali di comportamento del materiale A) Comportamento perfettamente elastico B) Comportamento perfettamente plastico C) Comportamento elasto-plastico con incrudimento lineare D) Comportamento elasto-plastico con incrudimento Incrudimento: all’aumentare della deformazione si deve notevolmente aumentare la sollecitazione perché vi è un aumento della resistenza del materiale allo scorrimento dello stesso. Aumentando la temperatura la curva si abbassa. All’aumentare della temperatura la resistenza meccanica si riduce e la duttilità aumenta. Quindi per deformare un corpo di grandi dimensioni è conveniente innalzare la sua temperatura, in questo modo aumenta la duttilità e posso deformarlo di più. Effetti della temperatura AUMENTA:  Duttilità  Tenacità DECREMENTA:  L’esponente di incrudimento n ( n  0 il materiale assume un comportamento plastica senza incrudimento)  è più semplice deformare il corpo  Modulo di elasticità  Limite di snervamento  Resistenza ultima Effetto della velocità di deformazione La prova di trazione è a velocità costante, ma la velocità di deformazione decresce. All’aumentare dalla velocità di deformazione aumenta la resistenza del materiale ma diminuisce la sua duttilità e tenacità. Esistono 2 modi per effettuare la prova:  A contrasto di colore: osservazione mediante luce visibile di cricche larghe fino a 0,1 mm  A liquidi fluorescenti: osservazione con radiazione ultravioletta (lampada di Wood). Sono rilevabili cricche larghe fino a 0,01 mm. Si hanno migliori risultati su superfici rettificate Limiti della prova:  Non rivela difetti sotto pelle o chiusi in superficie  Non applicabile su superfici rugose o porose  L’interpretazione dei risultati va fatta esclusivamente da personale autorizzato  L’esame è limitato a zone facilmente accessibili 2) MAGNETOSCOPIA  Rilevazione di difetti superficiali o appena sotto la superficie  Tecnica di controllo molto sensibile fino a una profondità di 4 ÷ 5 mm  Applicazione solo a materiali ferromagnetici Si spruzza un liquido con particelle magnetiche. Il riconoscimento dei difetti avviene perché le particelle si dispongono lungo le linee di flusso del campo magnetico. Viene generato un flusso magnetico che si chiude all’interno del pezzo. Alcune particelle magnetiche sulla superficie del pezzo vengono attratte dal flusso; dalla loro distribuzione si deduce la presenza di difetti Direzione dei flussi magnetici e discontinuità 3) ULTRASUONI Utilizzato per rilevare i difetti all’interno del pezzo. Viene sparato un fascio di onde ad alta frequenza. Il fascio ultrasonoro viene generato da trasduttori che trasmettono all'interno del pezzo impulsi riflessi dal materiale e rielaborati da un oscilloscopio. Vengono impiegate onde elastiche dette ultrasonore perché a frequenze comprese tra 250 kHz e 25 MHz. Le onde elastiche si dividono in:  Onde longitudinali (o di compressione): si eccita un solido elastico con sollecitazione alternata piana: fasi alterne di compressione dilatazione.  Onde trasversali (o di taglio): vibrazione del solido in direzione perpendicolare al moto perché soggetto a forze di taglio.  Onde superficiali: propagazione dell’onda lungo uno strato superficiale.  Onde flessurali: si verificano in lamiere con spessore pari alla lunghezza d’onda. Cosa posso rilevare?  Grado di omogeneità  La presenza di vuoti, fessure od altre imperfezioni  Entità della discontinuità  Localizzazione di zone alterate  Variazioni delle proprietà dei materiali nel tempo  Stima del valore del modulo elastico dinamico del materiale  Stima della resistenza del materiale 4) RADIOGRAFIA Il pezzo viene attraversato da un’onda elettromagnetica (tipicamente raggi X). La tecnica consiste nel Rilevamento su pellicola della variazione di attenuazione che un fascio a raggi X subisce in funzione degli spessori attraversati. Le discontinuità emergono come zone annerite. Si possono rilevare difetti dell’ordine di 1 ÷ 2 % dello spessore del pezzo, per sensibilità maggiori si usa il metodo ad ultrasuoni Applicazione delle radiografie:  Controllo saldature  Getti in ghisa, in acciaio in alluminio  Materiali compositi  Materie plastiche Vantaggi:  Costo contenuto  Contenitore piccolo e facilmente trasportabile  Sorgente molto piccola che può passare in aperture strette  Nessuna alimentazione elettrica Svantaggi:  È possibile non rilevare difetti bidimensionali (cricche) se il loro orientamento rispetto all'asse del cono radiante è inclinato  Nelle radiografie si ha poco contrasto quindi non è immediato riconoscere i difetti  Si possono analizzare pezzi di spessore massimo 180 mm  Elevati costi di sostituzione della sorgente radioattiva Diagramma di fase Ferro-Carbonio Le leghe eutettiche sono un'eccezione e hanno una solidificazione simile a quella dei metalli puri. Il punto eutettico sul diagramma di fase è un punto in cui il liquido, al raffreddamento, si converte completamente in solido a una temperatura. Non esiste alcuna fase intermedia (L + S). Strutture da solidificazione La struttura che si crea durante la solidificazione dipende dalla composizione chimica del metallo, dai fenomeni di scambio termico e dal flusso del metallo all’interno della forma (poiché per riempire la forma con il metallo fluido ci vuole un certo tempo, la distribuzione di temperatura all’interno della forma non sarà uniforme, e in particolare la sua temperatura è funzione della modalità con cui viene riempito il getto). Ovviamente la temperatura a cui viene colato il metallo fuso all’interno del getto è più alta della temperatura di liquidus, per far sì che il getto si riempia prima che la solidificazione inizi in qualche parte del getto. Consideriamo la solidificazione di un metallo puro Si può notare una differenza tra la zona immediatamente a contatto con le pareti e la zona centrale del getto. Infatti, a contatto con le pareti si ha la formazione di una sottile pelle di metallo caratterizzata dalla presenza di grani equiassici di dimensione molto ridotta (grano fine) e orientati in modo casuale. Questa struttura è favorita dal fatto che vi è una elevata differenza di temperatura tra il metallo fuso colato all’interno e la parete (si ha un rapido raffreddamento). Al procedere del congelamento, i grani interni crescono in direzione opposta alla direzione di scambio termico, e si formano grani molto allungati di notevoli dimensioni (grani colonnari) Questa struttura influisce sulle proprietà del materiale. Solidificazione di una lega Il raffreddamento inizia come nei metalli puri; si forma una pelle sottile all'interfaccia con le pareti di stampo. Ma, a differenze dei metalli puri, non si ha più la formazione di una zona colonnare ma si ha la formazione di dendriti (a forma di pino rovescio). Si definisce intervallo di solidificazione: TL – TS Se TL – TS < 50 °C intervallo di solidificazione breve Se TL – TS > 100/110 °C intervallo di solidificazione lungo 102 K/s (Kelvin/secondo)  velocità di raffreddamento basse 104 K/s velocità di raffreddamento alte  microstruttura più fine  migliori caratteristiche meccaniche Segregazione: disomogenea (rispetto al diagramma di stato) distribuzione dei componenti di una lega metallica. Microsegregazione: variazione della composizione all’interno del piano cristallino (la composizione chimica in superficie delle dendriti è diversa da quella a cuore  La composizione chimica della dendrite non è uniforme). Macrosegregazione: differenza di concentrazione all’interno del getto ad esempio una differenza di composizione tra la parte esterna e interna del getto (i costituenti a più basso punto di fusione si andranno a concentrare verso il centro del getto). Durante la fase di solidificazione si ha la formazione di un difetto che viene detto cono di ritiro. Consideriamo una forma e all’interno di questa forma coliamo il metallo fuso allo stato liquido. Appena colato occuperà il primo livello e si inizia a solidificare una prima pelle. A questo punto il livello del liquido si abbassa perché subisce una certa contrazione dovuta ad un abbassamento di temperatura. Il fenomeno prosegue fino alla completa solidificazione. Questo processo porta alla formazione di un cono di ritiro. Per compensare la variazione di volume che avviene prima della completa solidificazione, è necessario provvedere ad un’alimentazione del getto con un ulteriore metallo fuso al fine di evitare cavità che si formerebbero all’interno del getto in corrispondenza di quelle parti che solidificano per ultime  utilizzo di materozze Per compensare la contrazione volumetrica che il getto subisce durante il raffreddamento dopo l’avvenuta solidificazione, si realizza la cavità relativa al getto di dimensioni aumentate di una quantità pari al ritiro previsto  Sovradimensionamento del modello La materozza Le materozze possono essere a cielo aperto o cieche. Le materozze a cielo aperto comunicano direttamente con l’ambiente, quelle cieche si trovano all’interno del getto. Le materozze cieche ricevono, per mezzo di un elemento poroso, l’effetto della pressione atmosferica. La materozza cieca ha una forma semisferica. La materozza deve solidificarsi per ultima affinché la cavità non si formi nel getto, per assicurare ciò bisogna che la materozza abbia una forma che ne rallenti la solidificazione. La forma migliore è quella sferica o cilindrica, ma si possono utilizzare anche a sezione quadrata, rettangolare o di forma mista. Per le materozze cieche si utilizzano forme semisferiche Il modulo di raffreddamento della materozza diminuisce man mano che avviene la solidificazione. Questa diminuzione è di circa il 17%. Per questo motivo si progetta un modulo della materozza superiore del 20% rispetto al modulo di raffreddamento dell’elemento a cui essa è connessa. Questo garantisce che durante tutta la fase di solidificazione la materozza riesca a svolgere correttamente il suo scopo. Inoltre, bisogna garantire che la profondità massima del cono di ritiro sia pari al 80% dell’altezza della materozza. Il sistema di colata Il sistema di colata è l’insieme di canalizzazioni che permettono di riempire la forma. Requisiti per il sistema di colata: - La forma deve essere riempita rapidamente prima che in qualche parte della forma inizi già la solidificazione - Bisogna evitare forti velocità (il metallo fuso ad alta velocità può erodere il canale di colata in sabbia) e turbolenze (che possono causare degli intrappolamenti d’aria nella vena fluida che viene trasportata all’interno del getto) della corrente fluida all’interno del canale stesso Rapporto tra le sezioni del b) Canale di colata c) Canale di distribuzione d) Attachi di colata Le leggi fondamentali che caratterizzano il sistema di colata sono il Teorema di Bernoulli e la Continuità della portata Teorema di Bernoulli Continuità della portata  Se i fluidi sono incomprimibili la portata nel condotto rimane costante Schema di un canale di colata Dal teorema di Bernoulli per le sezioni S1 ed S2 Possiamo ipotizzare che p1 = p2 poiché l’altezza h2 del bacino di colata è piccola. Risolviamo rispetto a v2 e troviamo che Applicando il Teorema di Bernoulli anche alle sezioni S1 ed S3 e otteniamo che: Da cui si ottiene che Supponiamo che p3 = p2 (anche se in realtà p3 > p2) Applichiamo l’equazione di continuità della portata alla sezione 2 e alla sezione 3 Da cui Questa è un’espressione parabolica che dimostra che il canale di colata deve essere rastremato e non a sezione costante per fare in modo che p3 > p2 . (sezione conica in modo che il fluido passi da una sezione più grande ad una più piccola) La velocità finale del liquido alla fine del canale viene corretta da un coefficiente c che tiene conto degli attriti: il valore di c si aggira intorno al 0,5 Fasi del processo di fusione:  Fusione del materiale in forno  Colata del metallo fuso in una forma attraverso un sistema di colata  Solidificazione del metallo nella forma  Estrazione del getto dalla forma (distaffatura) Spinta metallostatica Sono la risultante delle pressioni che il metallo fuso esercita sulle pareti della forma e sulle anime. Queste pressioni possono deformare le pareti della forma con pericolo di formazione di bave e fuoriuscita del metallo fuso. 𝑝 = 𝜌 𝑔 ℎ Spinta metallostatica di un solido Calcole della spinta verticale su una superficie cilindrica. 2 (H - r-sin(a)]-sin(a)-da = *D:(H= mD/8) 0 4a f p'sin(a&)-dSs = 2-[ pretn(e)reda = s 2-:ror- Spinta metallostatica in presenza di un'anima Ù VaZzZAv\YX<< - Spinta verso l'alto agente sulla staffa superiore dovuta alla presenza di un'anima. Fa=VoyWcVa V = volume dell'anima circondata dal metallo liquido V, = volume totale dell'anima con le portate d'anima Ya ” peso specifico dell'anima Tecniche di fusione Terra nera Formata da silice + argilla e si costruisce in maniera artificiale. Composta da silice granulare (85%), bentonite (argilla, utilizzata come legante 10%), additivi (hanno la funzione di correggere alcune caratteristiche del materiale di formatura che non sarebbero così adatta per effettuare la formatura stessa, 2%), acqua (3%). I principali additivi usati sono: - amido: aumenta la scorrevolezza - farina di cereali: contrasta la dilatazione della forma - nero fumo: aumenta la refrattarietà e contrasta l’ossidazione del getto. La forma può essere utilizzata tal quale (fusione al verde, formatura tradizionale), oppure essiccata. Elementi in comune del materiale  Silice granulare: elemento refrattario  Legante: garantisce la coesione della forma  Additivi: correggono le caratteristiche del materiale da fonderia Caratteristiche del materiale di formatura: - Refrattarietà: resistenza alle alte temperature - Coesione: resistenza meccanica (resistenza alle forze di compressione e taglio - Permeabilità: possibilità di lasciarsi attraversare dai gas limitando l’insorgere di soffiature - Scorrevolezza: capacità del materiale di formatura di riempire il modello e riprodurre i particolari - Sgretolabilità: capacità della forma di essere rotta Processi ad indurimento termico Processo shell – molding (colata in guscio) In questo processo si utilizza una sabbia prerivestita con polimero. Posta all’interno di un contenitore, questo viene rovesciato in modo da mettere in contatto la sabbia con una piastra calda (180-200 °C) che riporta la forma di metà del guscio da ottenere. Il guscio può anche subire un post trattamento termico per incrementare le prestazioni meccaniche. Una volta ottenuti i due gusci e resi solidati, inserito le anime, può essere effettuata la colata nella cavità. Caratteristiche principali •Notevole permeabilità •Limitate dimensioni e pesi dei getti (max 30 kg) •Precisione e finitura superficiale molto buone (Ra = 2,5/3) •Adatto per la produzione in grande serie I processi a indurimento termico hanno un’elevata precisione ma hanno elevati costi e problemi di riciclo del guscio. Microfusione La microfusione è un processo che utilizza un modello sacrificale in cera. La microfusione è uno dei metodi più economici per ottenere parti complesse in metallo. In alcuni casi costituisce l’unico metodo utilizzabile quando gli oggetti hanno sottosquadri. Il modello in cera viene ricoperto con una terra refrattaria, spruzzata dall’alto o mescolata in H2O. Poi si scalda il tutto in modo da far solidificare la terra e contemporaneamente il modello si scioglie (modello a perdere). Caratteristiche principali •Colate con qualunque tipo di lega •Doppio ritiro della cera e della lega •Ideale per getti piccoli (max 5 kg) •Finitura superficiale buona •Procedimento adatto per la piccola e media serie Procedimento a miscela refrattaria Ad immersione in materiale ceramico 1) Realizzazione dei modelli incera 2) Realizzazione del grappolo 3) Immersione del grappolo nella sospensione ceramica 4) Il grappolo viene coperto con materiale refrattario fino allo spessore voluto 5) Essicazione ed eliminazione della cera dalla forma 6) Lo stampo viene preriscaldato ad una temperatura elevata, il metallo fuso viene versato, e solidifica 7) Rottura del guscio ed estrazione del getto PoliCAST (o lost foam – a schiuma persa) Il modello è realizzato mediante polistirolo espanso che viene messo all’interno di un recipiente contenente sabbia. Il modello non viene pre-eliminato ma sublima a contatto con il metallo, importante è quindi l’evacuazione dei gas che si vanno a generare durante questa sublimazione. Il modello deve essere verniciato da un materiale refrattario per evitare che ci sia un collassamento della sabbia. La sabbia può essere riciclata. 1) Il modello di polistirolo è rivestito con un materiale refrattario 2) Il modello di polistirolo è collocato all’interno di un recipiente contenente sabbia, e la sabbia viene compattata intorno al modello 3) Il modello di schiuma è collocato nella scatola stampo, e la sabbia è compattato intorno al modello. Mentre il metallo entra nello stampo, la schiuma di polistirene viene vaporizzata davanti al liquido che avanza, quindi la cavità dello stampo risultante viene riempita. Il vantaggio è che il modello non deve essere rimosso dallo stampo e quindi si semplifica e velocizza la produzione di stampi, perché non sono necessarie due metà di stampo come in uno stampo convenzionale in sabbia. Lo svantaggio è che è necessario un nuovo modello per ogni colata e quindi i costi sono elevati. La verniciatura dell’interno della conchiglia •Controllo del trasferimento del calore nelle materozze •Controllo dello scorrimento della lega •Miglioramento della finitura superficiale e del distacco dalla conchiglia •Aumento della vita della conchiglia Progettazione del sistema di colata •Cercare di ridurre al minimo le turbolenze •Alimentare il getto senza spruzzi di colata all’interno della conchiglia •Basculamento della conchiglia –elimina gli intrappolamenti –assicura un riempimento più dolce Tipologia dei sistemi di colata •In sorgente •Laterale •Dall’alto (con basculamento) Colata in bassa pressione Il metallo fuso viene compresso dall’azione di un gas, il metallo risale lungo un tubo e riempie la forma che può essere permanente o transitoria. Come gas di pressione si usa aria, azoto o argon. Il metallo fuso del bagno di colata funge da materozza. Pressofusione Possono essere di due principali tipi: Pressocolata a camera calda e Pressocolata a camera fredda. Pressocolata in camera calda Il metallo è forzato all’interno di una cavità con una pressione variabile tra 0,7 e 700 MPa. Il metallo fuso è iniettato nella cavità (il tempo di iniezione è inferiore al mezzo secondo). Per ridurre i tempi di lavorazione lo stampo è diviso in due sezioni che permettono la rapida rimozione del getto. Le due sezioni dello stampo si aprono ed il getto viene estratto con un estrattore. Con questo possono realizzare si possono realizzare pareti molto sottili (fino al mm). I pezzi hanno una buona qualità superficiale (Ra = 0,8 – 1,5 µm). La solidificazione avviene molto rapidamente e questo fa sì che la grana cristallina sia molto fine, quindi pezzi con elevata qualità superficiale. Il metallo viene sciolto in un contenitore, e un pistone inietta il metallo liquido ad alta pressione nella matrice. Si hanno elevati tassi di produzione: 500 parti per ora. Pressione di iniezione: 7-35MPa. Applicazioni limitate a metalli a basso punto di fusione che non attaccano chimicamente il pistone e altri componenti meccanici. Fusione di metalli: zinco, stagno, piombo e magnesio. Poiché il materiale dello stampo non ha permeabilità naturale (come la sabbia), bisogna che siano fati dei fori di sfiato alla cavità della matrice. Pressocolata in camera fredda Il metallo fuso è iniettato nella cavità (il tempo di iniezione è inferiore al mezzo secondo). Grazie ai condotti refrigeranti il metallo solidifica rapidamente nella cavità. Il metallo fuso viene versato in una camera fredda da un contenitore di fusione esterno, e un pistone inietta il metallo ad alta pressione (14-140 MPa) nella cavità della matrice. Alta produzione ma non di solito veloce come macchine a camera calda a causa del versamento. Metalli di colata: leghe di alluminio, ottone e leghe di magnesio (meno). Vantaggio della camera fredda è che i metalli ad alto punto di fusione possono essere colati. 1) Il metallo fuso viene versato nella camera 2) Il pistone costringe il metallo a fluire nello stampo, e a mantenere la pressione durante il raffreddamento e la solidificazione. Limiti del sistema  Impossibilità di lavorare le leghe del ferro (a causa dell’elevata temperatura di fusione del ferro)  Consistente porosità del getto dovuta alle turbolenze durante l’iniezione del getto Rimedio: rimpiazzare la fusione in acciaio con fusioni in leghe leggere (alluminio). Difetti Difetti a Forma del getto * Deformazioni * Spostamenti * Fuoristaffa * Bave Tutto il getto * Saldature * Incompletezze * Fughe di metallo * Incrinature Superfice getto * Aspelto * Sfoglie * Cadute di sabbia «Tacconi Cavità interne * Porosità * Bolle * Soffiature * Risucchi Inclusioni * Gocce fredde * Scorie * Sabbia ifet nascosti Difetti di struttura * Durezza diffusa * Durezza locale * Strutt. aperta * Segregazioni  Mancanza di materinle (Zzz6 CADA A (d) () forme in tera forme qualsiasi fa Soffiature Punte di spillo (a) ESE Forme in terra EZZZ3 Forme qualsiasi  Gocce fredde: il versamento è fatto troppo lentamente Bassa permeabilità dello stampo, scarsa ventilazione, alto contenuto di umidità nella sabbia sono motivi principali Punte di spillo: Causata dal rilascio di gas durante la colata di metallo fuso. Per evitare, bisogna migliorare la permeabilità di sfiato dello stampo. Inclusione di sabbia e metallo: è causata da porzioni della superficie dello stampo che si deforma durante la solidificazione e diventano incorporate nella superficie di colata. Bisogna migliora la resistenza dello stampo Bava: bisogna migliora la resistenza dello stampo, ridurre le dimensioni dei grani o cambiando i leganti.