Ottimizzazione del processo di produzione in guscio di anelli di tenuta in ghisa bianca ad alto tenore di Cromo mediante simulazioni FEM

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1 S. Eufemia (BS) Novembre 2016 Ottimizzazione del processo di produzione in guscio di anelli di tenuta in ghisa bianca ad alto tenore di Cromo mediante simulazioni FEM DIISM Mohamad El Mehtedi a, F. Gabrielli a, M. Simoncini a a DIISM,, Ancona, Italia

2 Obbiettivo Lo scopo della ricerca era quello di individuare nuove leghe a fronte del fatto che gli anelli di tenuta di acciaio stampati a caldo prodotti dall azienda, oltre ad essere più costosi di quelli provenienti dal mercato cinese ed indiano, erano soggetti a grippaggio in condizioni di usura. L azienda ha pensato di rispondere a questo problema producendo anelli in ghisa alto legata, essendo ad effetto autolubrificante potevano risolvere il problema del grippaggio. Ma le tecniche costruttive non erano adeguate e il 40% dei pezzi risultava difettoso e quindi la produzione risultava costosa ed antieconomica.

3 Introduzione Le guarnizioni di tenuta metalliche a frizione sono tenute rotanti utilizzate nelle applicazioni più estreme, come nelle macchine cingolate e nelle macchine di movimento terra, per i quali la resistenza alla corrosione e all abrasione diventano di estrema importanza.

4 Introduzione La tecnica adottata per la produzione degli anelli è la shellmolding, accoppiando dei castelli formati da 8 anelli ciascuno di diametro 227mm; la collaborazione è nata dalle esigenze della fonderia di ottimizzare il processo di fusione, allo scopo di ridurre la percentuale degli scarti e ridurre i difetti presenti negli anelli. A tale proposito è stato utilizzato il software di simulazione MAGMASoft, modificando la forma e individuando la posizione ottimale delle materozze e dei canali di adduzione

5 Le configurazioni studiate con Magma-soft Tre configurazioni: A) castello configurazione base B) castello capovolto a 180 C) castello capovolto con materozze comunicanti

6 Ambiente FEM L analisi del processo di raffreddamento sarà eseguita attraverso lo studio dopo la simulazione dei grafici sotto elencati: GRADIENT COOLRATE LIQTOSOL FEEDING

7 Risultati FEM GRADIENT

8 Risultati FEM COOLRATE

9 Risultati FEM LIQTOSOL

10 Risultati FEM FEEDING

11 Risultati FEM FEEDING (A)

12 Risultati FEM FEEDING (B)

13 Risultati FEM FEEDING (C)

14 Validazione sperimentale (A)

15 Validazione sperimentale (A) a) b) Cavità di ritiro in corrispondenza della a) parte sottile e b) parte centrale della sezione

16 Validazione sperimentale (B)

17 Validazione sperimentale (B) a) b) Cavità di ritiro in corrispondenza: a) parte sottile b) parte centrale c) parte massiccia della sezione c)

18 Validazione sperimentale (C)

19 Validazione sperimentale (C) a) b) Cavità di ritiro in corrispondenza: a) parte sottile b) parte centrale c) parte massiccia della sezione c)

20 Validazione sperimentale (C) a) b) Cavità di ritiro in corrispondenza: a) parte sottile b) parte centrale c) parte massiccia della sezione c)

21 Conclusioni Si può concludere che la migliore configurazione analizzata è quella caratterizzata da guscio capovolto e dalle materozze comunicanti, con la temperatura di colata pari a 1480 C tutti gli anelli realizzati con castelli capovolti mostrano i benefici legati alla velocità di raffreddamento più uniforme, in quanto si riesce ad ottenere una struttura omogenea

22 Conclusioni le materozze comunicanti attraverso un foro realizzato sui gusci consentono di ottenere un riempimento della forma più omogeneo e lo spostamento del baricentro termico all interno delle materozze stesse. In questo modo, si riduce notevolmente la presenza di cavità di ritiro all interno dei getti anche se nella parte centrale della sezione dell anello risultano ancora presenti delle microcavità, si assiste all assenza di difettosità in prossimità della parte più massiccia che risulta essere quella con maggiore funzionalità per l anello di tenuta

23 S. Eufemia (BS) Novembre 2016 DIISM Ottimizzazione del processo di produzione in guscio di anelli di tenuta in ghisa bianca ad alto tenore di Cromo mediante simulazioni FEM Grazie per l attenzione Contatto Prof. Mohamad El Mehtedi Tel Cell m.elmehtedi@univpm.it