Le lavorazioni: la formatura. Le lavorazioni: la formatura. Le lavorazioni industriali. Il processo di fusione La fusione in forma transitoria

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1 Le lavorazioni: la formatura Le lavorazioni: la formatura Le lavorazioni industriali Il processo di fusione La fusione in forma transitoria La fusione in forma permanente La formatura dei polimeri 006 Politecnico di Torino 1

2 Obiettivi della lezione Analizzare concettualmente e numericamente le varie fasi del progetto di fusione Saper applicare le nozioni acquisite su tutti gli aspetti riguardanti le tecnologie di fonderia 3 Bibliografia per la lezione Sistemi di Produzione A. Villa, G. Murari, D. Antonelli C.L.U.T. Editrice, 004 capitolo 3 paragrafo 1 Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione Santochi, Giusti Casa Editrice Ambrosiana, 000 capitolo 4 paragrafi e Politecnico di Torino

3 Dati di calcolo Studio del modello Progetto della materozza Analisi del canale di colata Politecnico di Torino 3

4 Dimensionamento del processo di fonderia 7 Dimensionamento del processo di fonderia D 190 D 50 D Politecnico di Torino 4

5 I dati di calcolo Il pezzo viene realizzato per fusione in terra sintetica dal peso specifico: γ Il getto utilizza ghisa grigia, il cui peso specifico è: γ F G = ρ = ρ F G g g = 4 N dm N = 73 dm Tutte le quote del pezzo finito devono rispettare un grado di tolleranza IT Progetto del processo di fusione Dimensionamento del modello Scelta e dimensionamento della materozza Scelta del metodo e studio del sistema di colata Calcolo della spinta metallostatica sull anima Politecnico di Torino 5

6 Dati di calcolo Studio del modello Progetto della materozza Analisi del canale di colata Politecnico di Torino 6

7 Dimensionamento del modello La forma da utilizzare in fonderia va suddivisa secondo un piano di sietria che permetta di non avere sottosquadri 13 Dimensionamento del modello La forma da utilizzare in fonderia va suddivisa secondo un piano di sietria che permetta di non avere sottosquadri Le superfici interne devono essere perfettamente cilindriche Politecnico di Torino 7

8 Dimensionamento del modello La forma da utilizzare in fonderia va suddivisa secondo un piano di sietria che permetta di non avere sottosquadri Le superfici interne devono essere perfettamente cilindriche Il modello a partire dal quale si realizza la forma non è una copia del pezzo da produrre 15 Fattori di calcolo del modello Sovrametallo Grado di ritiro Angoli di sformo Portate d anima Raggi di raccordo Politecnico di Torino 8

9 Sovrametallo Il valore del sovrametallo è legato alla quota nominale della parte interessata dal getto Per getti in acciaio di piccole medie dimensioni si può considerare S = 4 8 Per sicurezza si assume un valore medio per tutte le parti che compongono il pezzo S = 8 17 Valori di ritiro dalla fase liquida alla solida Materiale Ritiro [%] Materiale Ritiro [%] Acciai non legati 1,80 Ghise nere 0,50 Acciai legati 1,80 Leghe alluminio 1,35 Acciai al Mn,30 Leghe Cu-Sn 1,50 Acciai inossidabili Leghe Cu-Zn 1,0 Ghise grigie 1 Leghe Cu-Zn-Sn 1,30 Ghise sferoidali (perl.) 1,0 Leghe Cu-Al 1,9 Ghise sferoidali (ferr.) 0,50 Leghe di Zn 1,30 Ghise bianche 1,60 Leghe antifrizione 0, Politecnico di Torino 9

10 Valori di ritiro dalla fase liquida alla solida Materiale Ritiro [%] Materiale Ritiro [%] Acciai non legati 1,80 Ghise nere 0,50 Acciai legati 1,80 Leghe alluminio 1,35 Acciai al Mn,30 Leghe Cu-Sn 1,50 Acciai inossidabili Leghe Cu-Zn 1,0 Ghise grigie 1 Leghe Cu-Zn-Sn 1,30 Ghise sferoidali (perl.) 1,0 Leghe Cu-Al 1,9 Ghise sferoidali (ferr.) 0,50 Leghe di Zn 1,30 Ghise bianche 1,60 Leghe antifrizione 0,50 19 Tabella delle dimensioni del modello Quota pezzo [] Sovrametallo [] Ritiro [] Quota modello [] Dimensione modello [] D ,5 4,5 4,5 D ,9 98,9 100 D ,9 199, , 8, ,7 179, Politecnico di Torino 10

11 Angoli di sformo Modelli Modelli in legno Angoli di sformo 1 Modelli metallici 30 Per portate d anima verticali 10 1 Per nervature sottili 1 1 Angoli di sformo Modelli Modelli in legno Angoli di sformo 1 Modelli metallici 30 Per portate d anima verticali 10 1 Per nervature sottili Politecnico di Torino 11

12 Le portate d anima Pur non effettuando alcun dimensionamento bisogna considerare che anche le portate d'anima hanno un angolo di sformo per l'estrazione del modello dalla forma 3 I raggi di raccordo I raggi di raccordo interni: a causa della presenza di uno spigolo si crea una zona in cui il passaggio del metallo fuso danneggia la forma questo spigolo vivo rappresenta una zona critica al momento del ritiro Politecnico di Torino 1

13 I raggi di raccordo interni R S A s 5 Tabella dei raggi di raccordo interni s S [] A R [] s < /3 S = 30 > 30 0,7 S + 0 1,4 S 10 0,33 S s > /3 S = 30 > 30 s + 0 s + 0,7 S 10 0,33 S Politecnico di Torino 13

14 Tabella dei raggi di raccordo interni s S [] A R [] s < /3 S = 30 0,7 S > 30 1,4 S 0,33 S s > /3 S = 30 s > 30 s + 0,7 S 0,33 S 7 I raggi di raccordo I raggi di raccordo interni: a causa della presenza di uno spigolo si crea una zona in cui il passaggio del metallo fuso danneggia la forma questo spigolo vivo rappresenta una zona critica al momento del ritiro I raggi di raccordo esterni agevolano lo scorrimento del metallo fuso da tabelle analoghe a quelle dei raggi interni si ricava R = Politecnico di Torino 14

15 Costruzione della forma R = 10 D = 00 D = 100 D = R = Politecnico di Torino 15

16 Dati di calcolo Studio del modello Progetto della materozza Analisi del canale di colata 31 Progetto della materozza Posizionare le materozze in corrispondenza alla parte di materiale che solidifica per ultima (ossia che ha il modulo di raffreddamento più alto) Controllare che il volume di metallo fornibile possa compensare il ritiro del getto Politecnico di Torino 16

17 Dimensionamento Si scompone il getto in unità elementari di spessore costante in modo che ogni unità funga da serbatoio di alimentazione per quella adiacente 33 Dimensionamento La condizione generale è un efficace direzionalità della solidificazione si realizza quando tra due unità elementari contigue (denominate i-1 e i) è soddisfatta la condizione Mi i 1 [ 1 n] 1, 1 M ; i : Politecnico di Torino 17

18 Dimensionamento La materozza si colloca in corrispondenza al pezzo con M più alto M 1, mat M n la maggiorazione è dovuta alla presenza del cono di ritiro sulla materozza 35 Schema della solidificazione direzionale M mat M 1 M M 3 M < 1 < M < M3 Mmat Politecnico di Torino 18

19 Dimensionamento della materozza Data la geometria del pezzo è necessario utilizzare due materozze a cielo aperto Si sceglie la forma cilindrica Si ipotizza di utilizzare un sistema di colata nel piano di divisione 37 La materozza h D Politecnico di Torino 19

20 La materozza h D L interfaccia tra le due metà del pezzo non è zona di scambio termico 39 Dimensionamento Si isolano i due cilindri di flangia e di boccola (M incognito) Il modulo di raffreddamento è definito come il rapporto tra il volume del getto e la superficie di scambio termico effettiva V M = S Politecnico di Torino 0

21 Calcolo del volume del getto V Volume dei dischi: πd π = h = ( 190) Calcolo del volume del getto V Volume dei dischi: πd π = h = Volume del pezzo centrale: V ( 190) 6 3 ( 90) 6 3 πd π = h = 130 0, Politecnico di Torino 1

22 Calcolo del volume del getto V Volume dei dischi: πd π = h = Volume del pezzo centrale: ( 190) 6 3 ( ) 6 3 πd π 90 V = h = 130 0, Volume dell anima: V ( 50) 6 3 πd π = h = 170 0, Calcolo del volume del getto Volume totale del getto: V tot = V dischi + V centrale V anima V tot ( 1, 1 + 0, 8 0, 3) =, Politecnico di Torino

23 Calcolo della materozza Calcolo del modulo di raffreddamento del pezzo M p e della materozza M mat : 6 3 V 1, 6 10 M p = = = 15, 38 5 S 1, Calcolo della materozza Calcolo del modulo di raffreddamento del pezzo M p e della materozza M mat : 6 3 V 1, 6 10 M p = = = 15, 38 5 S 1, M mat = 1, Mp = 18, Politecnico di Torino 3

24 Calcolo della materozza Noto M mat si può ricavare il diametro della materozza D: M mat π D h = 4 π D h 47 Calcolo della materozza Noto M mat si può ricavare il diametro della materozza D: M mat π D h = 4 π D h D M mat = Politecnico di Torino 4

25 Calcolo della materozza Noto M mat si può ricavare il diametro della materozza D: M mat π D h = 4 π D h M = mat D 4 D = 4 M = 74 mat 49 Calcolo della materozza L altezza h della materozza deve essere tale da ospitare completamente il cono di ritiro del getto Da considerazioni di tipo empirico si deduce: h mat D Politecnico di Torino 5

26 Dati di calcolo Studio del modello Progetto della materozza Analisi del canale di colata Politecnico di Torino 6

27 Calcolo del tempo di colata Secondo una relazione empirica: T = 3, V ρ ρ G = γ g G = = 7441, 4 kg 3 m T = 3, 1, , 4 11, 1 s 53 Dimensionamento del canale di colata Calcolo della portata in volume Q = V T = S v Q 6 3 1, 6 10 = = 0, , 1 s 6 s Politecnico di Torino 7

28 Dimensionamento del canale di colata Calcolo dell altezza della forma H = R max,forma + h materozza H = ( ) = 174 Le staffe in coercio hanno dimensioni standard quindi si pone H = Dimensionamento del canale di colata La velocità del getto nella parte inferiore v = g H v = 1981 s m s Politecnico di Torino 8

29 Dimensionamento del canale di colata Calcolo della sezione del canale di colata: Q = V T = S v S = Q v S =, Il diametro del canale di colata Calcolo del diametro del canale di colata: S = π Φ 4 Φ = 4 S π Φ 9, Politecnico di Torino 9

30 Le spinte metallostatiche sull anima F = V anima ( γ ) G γ F F N F = 0, 3 dm 3 = 3 dm ( 73 4) 16, 4 N 59 Soario della lezione Per progettare un ciclo di lavorazione per fusione di un pezzo meccanico occorre: dimensionare il modello dimensionare e posizionare la materozza dimensionare e posizionare il canale di colata dimensionare le portate d anima e le staffe Domande di riepilogo Politecnico di Torino 30