Esercitazione Fonderia
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- Adriano Fontana
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1 Esercitazione Fonderia
2 PROPORZIONAMENTO DI UN GETTO IN TERRA VERDE -Componente da finire alle macchine utensili -Materiale: Ghisa grigia (peso specificoγ g =73 N/dm 3 ) -Processo di colata in terra a verde
3 STEP 1) Scelta del piano di divisione delle staffe 2) Disegno e quotatura del modello 3) Dimensionamento delle materozze 4) Dimensionamento del sistema di colata 5) Calcolo della spinta metallostatica F tot
4 SCELTA DEL PIANO DI DIVISIONE DELLE STAFFE Possibili piani di divisione
5 SCELTA DEL PIANO DI DIVISIONE DELLE STAFFE Dalla figura si evidenzia la scelta del PIANO ASSIALE che permette di evitare problemi di sottosquadro e mantenere le superfici cilindriche, in particolare quelle delle flange (sarebbe stato più difficile, oltre agli ovvi problemi di sottosquadro, lavorare le superfici cilindriche delle flange a causa di problemi di fissaggio). Una volta definito il piano di divisione delle staffe è possibile disegnare qualitativamente il modello mettendone in evidenza: -Fenomeno del ritiro -Angoli di spoglia -Sovrametallo
6 FENOMENO DEL RITIRO Le leghe utilizzate maggiormente in fonderia subiscono un ritiro volumetrico nell intervallo compreso tra la temperatura di colata e la temperatura finale di equilibrio, ovvero la temperatura ambiente. In fase di progetto bisogna tener conto di questo fenomeno andando a maggiorare le dimensioni nominali tramite il coefficiente di ritiro volumetrico. Materiale Ritiro (%) Materiale Ritiro (%) Acciai non legati 1,80 Ghise malleabili nere 0,50 Acciai legati (esclusi quelli al Leghe Al (basso Si) 1,35 Mn e inossid.) 1,80 Leghe Al (alto Si) 1,20 Acciai al manganese 2,30 Leghe Cu-Sn 1,50 Acciai inossidabili 2,00 Leghe Cu-Zn 1,20 Ghise grigie 1,00 Leghe Cu-Sn-Zn 1,30 Ghise sfer. perlitiche 1,20 Leghe Cu-Zn (Mn, Fe, Al) 2,00 Ghise sfer. ferritiche 0,50 Leghe Cu-Al (Ni, Fe, Mn) 1,90 Ghise austenitiche 2,00 Leghe di Zn 1,30 Ghise bianche 2,00 Leghe antifrizione (metalli Ghise malleabili bianche 1,60 bianchi) 0,50 Valori medi di ritiro lineare (UNI 473)
7 ANGOLI DI SPOGLIA Per la scelta degli angoli di spoglia si fa invece riferimento alla seguente tabella in cui sono riportati, per modelli in legno e metallici, i valori ottimali di suddetti angoli. Si scelga un modello in legno. Valori indicativi degli angoli di spoglia Si decide di prendere un angolo di spoglia di 2 per tutte le superfici che risultano ortogonali al piano di divisione delle staffe.
8 SOVRAMETALLO Per 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 semplicità, per tutte le dimensioni del pezzo un valore del sovrametallo di 4 mm.
9 QUOTATURA DEL MODELLO Possiamo dunque quotare il modello ricordando che: - Sovrametallo =4 mm - Ritiro =1% - Angoli di spogliaα=2 Nella tabella seguente è riportata la procedura seguita per calcolare le quote del modello dimensionato e riportato di seguito: I raggi di raccordo discendono dalle configurazioni geometriche. Sono pari a 4 mm sugli spigoli (pari al sovrametallo) e pari a 10 mm sugli angoli.
10 QUOTATURA DEL MODELLO Alcune quote vanno necessariamente modificate per soddisfare le norme del disegno; occorre tenere conto degli angoli di spoglia e delle lunghezze del tratto conico: Lunghezza del modello L M = tg(2 ) = mm 2 Larghezza delle flange L F = 28 + tg(2 ) + tg(2 ) = mm 2 2
11 DIMENSIONAMENTO DELLE MATEROZZE Poiché il pezzo è simmetrico rispetto ad un piano mediano, si può scegliere una soluzione con due materozze in corrispondenza delle flange: Staffe allestite e posizionamento dell anima Pezzo fuso con materozze e sistema di colata
12 DIMENSIONAMENTO DELLE MATEROZZE Considerando metà pezzo si ricava: Volume: V= mm 3 Sup. di raffreddamento: S 1 +S 2 +S 3 +S 4 +S 5 =S= mm 2 Il modulo di solidificazione del getto risulta essere: M=V/S=12,5 mm Il modulo della materozza vale quindi: M MAT =1,2 M=15 mm
13 DIMENSIONAMENTO DELLE MATEROZZE Adottando una materozza a sez. rettangolare con rapporto fra i lati pari a 2 e tenendo conto delle dimensioni della flangia: b/a=2=110/55 La sua altezza deve essere tale da soddisfare la relazione M MAT =V/S=15 mm, quindi si ha: h=85 mm É possibile definire l altezza H della staffa superiore, funzione delle dimensioni della materozza, secondo le norme UNI : H=200 mm
14 NOTE DIMENSIONAMENTO DELLE MATEROZZE Le dimensioni calcolate per la materozza sono da intendersi come valori minimi per evitare cavità di ritiro. Come conseguenza dell altezza della staffa, le materozze avranno un altezza totale (compresi gli attacchi alle flange) di 100 mm. La scelta di sistemare le materozze in corrispondenza della parte superiore delle flange è suggerita dal fatto che tale zona è quella che viene riempita per ultima dal metallo liquido; quindi è anche l ultima a raffreddarsi. Di conseguenza, è proprio in questa zona che possono verificarsi cavità di ritiro se non si provvede ad una corretta alimentazione mediante materozze.
15 DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA Il dimensionamento dei vari canali dipende dal tempo di riempimento richiesto per ottenere un getto sano: t R < t S t R < t C t R = tempo di riempimento t S = tempo di solidificazione (si supponga un surriscaldo di 100 C) t C = tempo critico (tempo di esposizione massimo all irraggiamento da parte della forma; dipende dalle caratteristiche della terra)
16 Tempo di solidificazione (2 metodi di calcolo) DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA 1) In base al modulo (in cm) di solidificazione: t S = K M M 1,71 = 16 1,25 1,71 = 23,4 s 2) In base allo spessore minimo (in cm) del getto (nel nostro caso, la flangia): t S = K S S 1,71 = 5 2,8 1,71 = 29 s Tempo critico t C = 10 s t R = 8 s
17 PORTATA MEDIA DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA Ricordando che: Q m = V/t R = /8 = mm 3 /s VELOCITA DI RIEMPIMENTO Avendo scelto l attacco in piano, la staffa inferiore risulta riempita dall alto (colata diretta) e l altezza piezometrica coincide con l altezza H della staffa superiore: v i = 2 gh = = 1.98 m / s La staffa superiore risulta riempita in sorgente ed è possibile ricavare l altezza equivalente h e quindi la velocità di riempimento come segue: hi + h = 2 h f = = m v s = 2gh = = 1.68 m / s
18 DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA Assumiamo come velocità v di riempimento il valore medio tra v i e v s : v = 1,83 m/s Per tenere conto delle perdite di carico, riduciamo tale valore a: v = 1 m/s = 1000 mm/s
19 DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA CALCOLO DELLE SEZIONI Si supponga di adottare un sistema pressurizzato, ossia presentante la sezione del canale di colata maggiore di quella dell attacco, con: S C /S D /S A = 4/3/2 S C = Sezione del canale di colata S D = Sezione del distributore S A = Sezione degli attacchi
20 DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI COLATA La sezione minima del flusso del metallo liquido si presenterà in corrispondenza degli attacchi, quindi: Sezione degli attacchi S A =Q m /v=327500/1000=330 mm 2 S A1 =S A2 =S A /2=330/2=165 mm 2 Sezione del canale di distribuzione S D =1,5 S A =1,5 330=495 mm 2 Sezione del canale di colata S C =2 S A =2 330=660 mm 2
21 CALCOLO DELLA SPINTA METALLOSTATICA Nota l altezza (H = 200 mm) della staffa superiore, si può valutare la forza che tende a sollevarla, trascurando il contributo della forza agente sulle superfici inclinate dell angolo di spoglia. F tot Sulla superficie cilindrica di diametro 99 mm si ha: π D π = γ D H L = = F g Sulle due superfici cilindriche di diametro 200 mm si ha: N π D π 2 2 = 2 γ D H L = = F g N
22 CALCOLO DELLA SPINTA METALLOSTATICA La presenza dell anima (γ a = 16 N/dm 3 ) causa una spinta: F tot π 2 π 2 F3 = V γ g Va γ a = = 4 4 ( ) 13 N La forza totale che tende a sollevare la staffa superiore: F tot = F1 + F2 + F3 = = 255 N Se la forza totale risulta maggiore del peso della staffa superiore, è necessario appoggiare pesi adeguati sulla staffa stessa.
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