TECNOLOGIA MECCANICA, Appunti di Tecnologia Meccanica

Scarica TECNOLOGIA MECCANICA e più Appunti in PDF di Tecnologia Meccanica solo su Docsity! CAPITOLO 4 LA FUSIONE La tecnica di FUSIONE rappresenta una delle tecniche più antiche e versatili per la realizzazione di greggi, destinati alle lavorazioni per asportazione di truciolo. Questa tecnica consiste nel preparare una cavità (forma) che riproduce la forma complementare del pezzo che si vuole realizzare. In tale cavità, chiamata FORMA, viene versato il metallo fuso. A solidificazione completata, viene estratto il GREGGIO (GETTO) di fusione. -GETTO O GREGGIO: L’oggetto ottenuto dalla solidificazione a partire dalla fase liquida. -FORMA: La cavità che viene riempita dal metallo allo stato liquido, il quale raffreddandosi forma il getto. -MODELLO: Un oggetto la cui forma geometrica replica quella del getto ed attraverso il quale si ottiene la cavità nella forma. Ha quindi la funzione di generare nella forma le superfici corrispondenti a quelle esterne del greggio. TEMPERATURE DI FUSIONE DI ALCUNI METALLI -PIOMBO (Pb): 327 gradi -ALLUMINIO (Al): 660 gradi -BRONZO: 900 gradi -RAME (Cu): 1082 -FERRO (Fe): 1537 FATTORI PRINCIPALI IN FONDERIA  La SOLIDIFICAZIONE del metallo fuso, con conseguente ritiro volumetrico.  Il FLUSSO del metallo fuso all’interno della cavità della forma.  Lo SCAMBIO TERMICO durante la solidificazione e raffreddamento del metallo nella forma.  Il MATERIALE DELLA FORMA e la sua influenza sul processo di fonderia. SOLIDIFICAZIONE Nel passaggio dallo stato di liquido a solido e poi dalla temperatura di solidificazione a quella ambiente, il materiale AUMENTA la densità e DIMINUISCE di volume. FLUSSO FLUIDO E SCAMBIO TERMICO Il metallo liquido è versato nel BACINO DI COLATA e fluisce nel POZZETTO DI COLATA attraverso il CANALE DI COLATA, poi nel DISTRIBUTORE ed infine nella CAVITA’ DELLA FORMA. Le MATEROZZE servono come riserva di metallo liquido, per fornire il materiale necessario ad assecondare il ritiro. Il progetto del SISTEMA DI ALIMENTAZIONE è fondamentale per garantire un adeguato flusso del fluido. SISTEMI DI COLATA La forma deve essere riempita velocemente; bisogna evitare forti velocità del fluido e turbolenze. TEMPO DI SOLIDIFICAZIONE: LEGGE DI CHVORINOV (1940) Chvorinov ha ricavato questa relazione sperimentalmente studiando il tempo di solidificazione di alcune lastre di spessore sottile (l>>s). La relazione vale l’equazione: x=k*√t (t=tempo in secondi per solidificare uno spessore di 1 cm). IL MODULO DI RAFFREDDAMENTO Si definsce MODULO DI RAFFREDDAMENTO M il rapporto tra il volume del fuso (volume del getto) e la sua superficie di scambio. La lastra solidificherà quando: x=k√t=s/2. Per L, W >>> S: Mcubo = S3/(2*S2)=S/2; Mpiastra=Mcubo=S/2  t=M2/k2. IL TEMPO DI SOLIDIFICAZIONE E’ PROPORZIONALE A M2 t= C(Volume/Area)2= M2/k2 E’ applicabile a tutte le geometrie. A parità di volumi, se la superficie di scambio termico aumenta, minore sarà il tempo t necessario per il raffreddamento. C = 1/k2 è la costante di forma o costante di Chvorinov [s/m2]. SPIGOLI VIVI Nelle forme transitorie, gli SPIGOLI VIVI della forma o delle anime non resisterebbero all’azione erosiva della lega, che fluisce nella forma; le parti asportate andrebbero a costituire delle inclusioni non metalliche nel getto. Infine, tutti gli spigoli vivi vanno sostituiti con dei raccordi. SOVRAMETALLI I processi fusori non forniscono una superficie accettabile per la maggior parte degli impieghi. La qualità finale si ottiene con le lavorazioni successive. Occorre, quindi, prevedere uno strato di metallo da asportare, detto SOVRAMETALLO. Il minore possibile, per ragioni economiche, ma tenendo conto della variabilità del processo fusorio. IL SOVRAMETALLO DIPENDE DA:  SOVRAMETALLO COSTANTE: materiale del getto, dimensione del getto e metodo di formatura.  SOVRAMETALLO VARIABILE: costo del getto (costo modello e anime; costo del materiale) e dal costo di lavorazione METODI DI FORMATURA I vari processi di formatura si differenziano tra loro per il tipo di legante e per il processo di indurimento. IL MECCANISMO DI INDURIMENTO PUO’ ESSERE: -MECCANICO/MANUALE: In terra sintetica; in motta. -CHIMICO: Cold-box: CO2; Sabbia cemento. -TERMICO: Processo shell-molding; Microfusione. PROCESSO DI FORMATURA IN TERRA SINTETICA a) Posizionare un MODELLO avente la stessa forma del componente da realizzare nella terra per crearne un impronta ed estarlo. b) Aggiungere il SISTEMA DI COLATA e le MATEROZZE. c) Riempire la cavità risultante con il metallo fuso. d) Lasciare raffreddare il metallo. e) Rompere la forma in terra. f) Estrarre il componente e rimuovere gli ATTACCHI e le MATEROZZE. LE FASI DELLA COLATA IN TERRA SONO: -DISEGNO meccanico della parte -MODELLO placca superiore e inferiore -CASSE D’ANIMA E ANIMA -STAFFA SUPERIORE PRONTA PER ESSERE RIEMPITA -STAMPA SUPERIORE DOPO IL RIEMPIMENTO, RIMOZIONE MODELLO E SISTEMA DI COLATA -POSA DELLA SECONDA STAFFA E DEL SISTEMA DI COLATA -RIEMPIMENTO DELLA SECONDA STAFFA -INSERIMENTO E FABBRICAZIONE ANIME -CHIUSURA DELLE DUE STAFFE -GREZZO DI FUSIONE -RICOMPOSIZIONE DELLA FORMA -IL GETTO ESTRATTO DALLA FORMA VIENE INVIATO ALLA RIFINITURA -PEZZO FINITO E LAVORAZIONI MECCANICHE TERRE DA FONDERIA: La terra nera o terra naturale riguarda: -silice granulare: 85% -bentonite: 10% -additivi: 2% -acqua: 3% Gli additivi sono soprattutto: -amido: aumenta la scorrevolezza -farina di cereali: contrasta la dilatazione della forma -fumo nero: aumenta la refrattarietà ed evita la formazione di ossidi di ferro (oggi la terra nera è costituita dalla TERRA SINTETICA). CARATTERISTICHE DELLA TERRA SINTETICA (SiO2): SILICE GRANULARE + LEGANTE + ADDITIVI Le caratteristiche generali sono: la refrattarietà, la coesione, la sgretolabilità, la permeabilità e la scorrevolezza. PROCESSO DI FORMATURA IN MOTTA CONTINUA Questo tipo di formatura viene utilizzata per impianti automatici o a colata continua. La forma è ottenuta mediante la pressatura della terra su placche modello, che viene quindi rimossa per formare la “MOTTA” successiva PROCESSO DI FORMATURA COLD-BOX Con questo tipo di formatura si producono forme ed anime a freddo, grazie alla polimerizzazione di diverse resine sintetiche che fanno da legante dopo il passaggio di un catalizzatore gassoso a temperatura ambiente. Caratterizzato da due tipi di processi: 1) PROCESSO ASHLAND Resina: Formofenolica Catalizzatore: Trietilammina 2) PROCESSO SO2 Resina: Resina fenolica o furanica Catalizzatore: Anidride solforosa Lo schema di questo processo è caratterizzato da: la formatura anima (sparo anime), il gasaggio e la depurazione del gas; con i getti che pesano da 1 a 100 kg, una finitura superficiale buona; con il vantaggio di un tempo di esecuzione molto breve e lo svantaggio dei catalizzatori tossici e con diversi problemi per l’ambiente e la sicurezza degli operatori. PROCESSO DI FORMATURA CO2 Questa formatura è formata da un legante costituito da Silicato di Sodio. Si pone la forma in un’atmosfera di anidride carbonica, che provoca il consolidamento. Ovvero: SILICATO DI SODIO + ANIDRIDE CARBONICA = CARBONATO DI SODIO + SILICE AMORFA. Esso ha buone caratteristiche di precisione superficiali, con un recupero della sabbia parziale (40%). PROCESSO DI FORMATURA SABBIA/CEMENTO Con questa formatura si utilizza del classico cemento in quantità molto bassa (7-12%). La superficie non è molto buona e, poiché non si necessita di pressione e compattazione, si possono usare modelli di polistirolo a perdere. COLATA IN FORMA PERMANENTE  COLATA IN CONCHIGLIA A GRAVITA’  COLATA IN CONCHIGLIA SOTTO PRESSIONE  COLATA CENTRIFUGA COLATA IN CONCHIGLIA A GRAVITA’ L’unica azione che spinge la lega a riempire la conchiglia è la gravità. La conchiglia viene preriscaldata. Le superfici interne vengono verniciate per: -migliorare lo scorrimento -migliorare la finitura superficiale -aumentare la durata della conchiglia TIPOLOGIE DI COLATA IN CONCHIGLIA A GRAVITA’:  IN SORGENTE: Assicura un riempimento con poca turbolenza ed una buona evacuazione dell’aria. Il liquido deve percorrere un tragitto più lungo che negli altri casi, arrivando più freddo nella materozza a cielo aperto. La soluzione di aumentare la temperatura di colata aumenta il rischio di ossidazione e diminuisce la durata della conchiglia.  LATERALE: E’ molto usato con leghe leggere, la lega ha un’altezza di caduta ridotta e una migliore solidificazione direzionale.  DALL’ALTO CON BASCULAMENTO: E’ il migliore dal punto di vista della solidificazione direzionale e permette di usare materozze ridotte o costituite dal canale di colata stesso. Esiste tuttavia il pericolo di spruzzi. Questo sistema è ottimo per le conchiglie di altezza ridotta che vengono basculate durante la colata. PRESSOFUSIONE O PRESSOCOLATA L’iniezione della lega con una forte pressione, permette di ottenere getti con spessore più sottili. -La durata delle conchiglie è di 100 000 – 200 000 pezzi -Tolleranze geometriche +/- 0.1%-0.2% della quota -Pesi limitati (10 kg leghe Al e Zn, 5 kg per leghe di Mg) -Buona qualità superficiale -Il materiale delle conchiglie è: acciaio legato per leghe di alluminio,magnesio e rame; o acciaio al carbonio per leghe di stagno, piombo e zinco. Esistono diversi tipi di PRESSOCOLATA: 1)PRESSOCOLATA A CAMERA CALDA Utilizza un pistone che convoglia un volume definito di metallo fuso nelle cavità della conchiglia, attraverso un ugello. Il cilindro iniettore è interno al crogiuolo. Vale per metalli a basso punto di fusione (leghe di zinco, stagno e piombo). Ha un’alta produttività, di 1000 pezzi/ora. Un facile controllo della temperatura ed una pressione media di iniezione di 15 MPa. 2)PRESSOCOLATA CAMERA CALDO Il metallo fuso è introdotto nel cilindro di iniezione che si trova esternamente al crogiuolo. Vale per metalli ad alto punto di fusione (leghe di alluminio, magnesio e rame). Ha una bassa produttività, di 150 pezzi/ora. Un difficile controllo della temperatura ed una pressione di iniezione tra i 20 e i 70 MPa, ma anche oltre. 3)COLATA CENTRIFUGA La forza centrifuga non solo aiuta il riempimento della forma. Dosa anche il materiale, in modo opportuno, ottenendo un prodotto che rimane cavo lungo l’asse di rotazione dello stampo. Vi sono parti cilindriche cave, quali tubi, canne delle pistole e lampioni, prodotte con questa tecnica. 4)CENTRIFUGA PER PICCOLI OGGETTI La forza centrifuga permette la fuoriuscita del liquido ed il riempimento degli stampi. I PRODOTTI DELLA PRESSOFUSIONE I segni degli ESTRATTORI rimangono evidenti come anche una piccola quantità di BAVA sulla linea di divisione. Questi prodotti sono: pneumatica e oleodinamica; mobili e arredo; corpo macchina fotografica in lega di magnesio;auto motive; elettrodomestici; e leve freno/frizione moto.