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Fonderia 108 Realizzazione di fori ciechi o passanti per mezzo di
Tecnologia Meccanica Anime getto anima Realizzazione di fori ciechi o passanti per mezzo di occupazione di una parte del getto con materiale di formatura Staffa inferiore terra di formatura portata d’anima requisiti delle anime - maggiore refrattarietà - elevata resistenza meccanica fino al termine della solidificazione - friabilità Fonderia 108 Tecnologia Meccanica realizzazione delle anime cassa d’anima armatura soffiaggio delle anime armature semplici Fonderia tirate d’aria interne all’anima 109 Tecnologia Meccanica Dimensionamento delle anime Le anime devono sopportare sollecitazioni termiche e sollecitazioni meccaniche Quindi non devono essere troppo snelle e non devono essere circondate da troppo liquido L S D<2S D S Inflessione e conseguente eccessiva deformazione (tolleranze) o rottura Sovra-cottura e conseguente difficoltà di rimozione L≤D P S D<2S D S P ≤ D/2 2S ≤ D ≤ 3S L ≤ 3D 2S ≤ D ≤ 3S L ≤ 2D 3S ≤ D 3S ≤ D L ≤ 5D Fonderia L ≤ 3D 110 Tecnologia Meccanica FUSIONE E COLATA Fusione Forni A combustibile - solido - liquido - gassoso Elettrici - a resistenza - ad arco • indiretto (radiante) • diretto - ad induzione • bassa frequenza • alta frequenza Fonderia 111 Tecnologia Meccanica Cubilotto Carica: strati alterni di - coke - fondente - metallo Fonderia 112 Tecnologia Meccanica Impiegato per la rifusione di ghise comuni e speciali. Temperatura: Tf della ghisa 1150 - 1350 °C + max 200 °C di surriscaldamento. Rivestimento: - acido (mattoni siliciosi a base SiO2, 90%) : il più usato, economico, ottima resistenza agli sbalzi termici ; - basico (dolomite calcinata: ossidi CaO e MgO): favorisce la desolforazione FeS + CaO -> FeO + CaS FeO + C -> Fe + CO basicità della scoria: (CaO%+MgO%)/SiO2% - neutro (a base di magnesite calcinata (MgO 85-90% + … ) e cromite (FeO.Cr2O3) - grafite : zona del rivestimento al disotto degli ugelli Carica del cubilotto (dote): - carbon coke: pezzatura d = 120 mm, buona resistenza meccanica, quantità: 10% della carica metallica - ghisa: pani e rottami (pani di I fusione: titolati, pani di II fusione: composizione più incerta) - fondente: 20-30 % del peso del coke * calcare (CaCO3), dolomite (CaCO3.MgCO3), magnesite (MgCO3) * fuorite (CaF2), cenere di soda (Na2CO3) Fonderia 113 Tecnologia Meccanica Portata d' aria (all’incirca 1 tonn d' aria per la fusione di 1 tonn di ghisa), dipende anche dalla pezzatura del coke e dalla sua porosità. Rendimento: occorre limitare la temperatura dei gas in uscita (150 - 300 °C) η = 45-50% Temperatura Aumenta col preriscaldamento dell’aria (alimentazione a “vento caldo”). Presenta un massimo con la portata d' aria: una portata eccessiva determina ossidazione, > perdite di Mn e Si ed una riduzione della temperatura; una portata bassa determina una bassa velocità di fusione, aumento di carbonio ed erosione del refrattario. Inoculazione (per l’affinamento della struttura della ghisa): impiego di ferro-leghe es. Fe-Si 85 % + Al. Fonderia 114 Tecnologia Meccanica Colata gravità centrifuga sotto pressione sfrutta la pressione dovuta al peso del metallo liquido forma messa in rotazione, si genera forza centrifuga sul metallo pompe alternative grande versatilità pezzi relativamente semplici pezzi complicati tolleranze generalmente scadenti buone finiture / tolleranze ottime finiture forme transitorie conchiglie metalliche permanenti conchiglie metalliche permanenti, costose costi di impianto automazione Fonderia 115 Tecnologia Meccanica Sistema di colata per fonderia in terra Sistema principale - bacino di colata - canale di colata - canale orizzontale - attacco di colata Altri elementi - filtri pozzetti sfiati trappole Fonderia 116 Tecnologia Meccanica Sistemi di colata diretta dimensionamento Danni alla forma Gocce fredde sul piano di separazione Facile realizzazione con tre staffe Forma in tre parti Colata in sorgente il dimensiomento del sistema si realizza a partire da quantità di materiale da colare tempo ammissibile (produttività, resistenza termica della forma) velocità del fluido (danneggiamenti per erosione) per ottenere le sezioni dei canali di colata Fonderia 117 Tecnologia Meccanica Altri sistemi di colata Colata a stella bacino getto Colata a pioggia Getti larghi e bassi 1 2 Colata a pettine laterale Per riempire la materozza con liquido a temperatura più alta Fonderia 1 Colata in due fasi 2 118 Tecnologia Meccanica Dimensionamento sistema di colata Circuito idraulico in cui circola un fluido perfetto in condizioni stazionarie Astr = sezione di strozzatura = conversione energia potenziale in energia cinetica 2⋅ g ⋅ H vstr = k H As Ar Ag k ∈ [1 ÷ 4] Q = Astr ⋅ vstr la portata non è un parametro libero ma va scelta in funzione di - volume del getto - tempo di riempimento Fonderia 119 Tecnologia Meccanica Tempo di riempimento t r Vg Vg + accessori forma del getto (??) se è piccolo --> portate eccessive e resa bassa se è grande --> difetti - prematura solidificazione - collasso della forma per irraggiamento ( t i ) t i formatura a verde fine (AFS > 100) grossa (AFS < 100) 3-5 5 - 12 formule empiriche (attenzione alle unità di misura) tr = 6.4 ⋅ s ⋅ Pg Tempo di irraggiamento ti maggiore di tr sintetica 20 - 60 1 tr = 0.045 + 1.64 Vg tr = Vg Fonderia ( formula di Dietert per acciai) 120 Tecnologia Meccanica Nota la portata posso calcolare la sezione Astr Astr = Vg tr ⋅Vstr Posizionamento Astr Verificare che: vstr ≈ 1m / s tr ≤ ti sistemi pressurizzati Astr = Ag riduzione boccame velocità elevate portate uniformi sistemi non pressurizzati Astr = As velocità basse portate disuniformi consigliati se c’è presenza di ossidi Fonderia 121 Tecnologia Meccanica Sistemi pressurizzati As : Ar : : 8 : 3 1 : 2 : 1 : 2 Attacchi di colata : As ≡Astr : Ag≡Astr 4 2 Sistemi non pressurizzati 4 : Ar : Ag H : H [H ] dm 1 1 (sezione rettangolare) altre sezioni …… Fonderia : H H : 2 2 a b≥4a L≈ b b L 122 Tecnologia Meccanica Meccanismi di danneggiamento della forma per irraggiamento Tr Tr Td Td V2 Tr Td T r' Riempimento di getti di forma particolare Td di 2 T r' = tempo di riempimento V Fonderia 123 Tecnologia Meccanica Spinte metallostatiche pz = γ ⋅ h1 Per un liquido si ha: h1 Peso specifico H p = ρ ⋅ g ⋅h = γ ⋅h battente px = γ ⋅ H z y x Fonderia 124 Tecnologia Meccanica Nz ξ → z = f ( x, y ) z z Nx superficie di contenimento del liquido y αξ n̂ x N z = γ ⋅ zξ ⋅ cos αξ ⋅ ds ∫ξ r N = ∫ γ ⋅ zξ ⋅ nˆ ⋅ ds → ξ N x = ∫ γ ⋅ zξ ⋅ sin αξ ⋅ ds ξ Fonderia Angolo rispetto alla normale alla superficie x 125 Tecnologia Meccanica Esempio 1: parete orizzontale affondata Nz h r N = zˆ ⋅ N z = zˆ ⋅ ∫ γ ⋅ zξ ⋅ cos αξ ⋅ ds = a ξ = zˆ ⋅ ∫ a 0 ∫ b 0 b γ ⋅ h ⋅ dxdy = zˆ ⋅ γ ⋅ h ⋅ a ⋅ b L z y La spinta corrisponde al volume di terra sopra al getto per la densità del metallo x Nz Fonderia 126 Tecnologia Meccanica b Esempio 2: parete verticale affiorante h r N = xˆ ⋅ N x = xˆ ⋅ ∫ γ ⋅ zξ ⋅ sin αξ ⋅ ds = Nx ξ = xˆ ⋅ ∫ h 0 h2 ∫0 γ ⋅ z ⋅ dydz = xˆ ⋅ γ ⋅ 2 ⋅ b b z y b Esempio 3: parete verticale non affiorante h2 r N = xˆ ⋅ N x = xˆ ⋅ ∫ γ ⋅ zξ ⋅ sin αξ ⋅ ds = h1 ξ x Nx h12 − h22 = xˆ ⋅ ∫ ∫ γ ⋅ z ⋅ dydz = xˆ ⋅ γ ⋅ ⋅b h1 0 2 h2 b Fonderia 127 Tecnologia Meccanica b Esempio 4: parete inclinata affiorante r l b N = ∫ γ ⋅ zξ ⋅ nˆ ⋅ ds = ∫ ∫ γ ⋅ nˆ ⋅ z (l ) ⋅ dydl N 0 0 ξ Nx Ny N h z dl = dz dl α dz sin α y r l b N = ∫ ∫ γ ⋅ nˆ ⋅ z (l ) ⋅ dydl = 0 0 = nˆ ⋅ ∫ h 0 dz γ ⋅ h2 ⋅ b ∫0 γ ⋅ z ⋅ dy sin α = nˆ ⋅ 2 ⋅ sin α b γ ⋅ h2 ⋅ b γ ⋅ h2 ⋅ b γ ⋅ h2 ⋅ b r N y = nˆ × yˆ ⋅ 2 ⋅ sin α = cos α ⋅ 2 ⋅ sin α = 2 ⋅ tan α N = 2 2 2 N = nˆ × xˆ ⋅ γ ⋅ h ⋅ b = sin α ⋅ γ ⋅ h ⋅ b = γ ⋅ h ⋅ b x 2 ⋅ sin α 2 ⋅ sin α 2 Fonderia 128 Tecnologia Meccanica b Esempio 5: parete cilindrica affiorante r 0 b N = ∫ γ ⋅ zξ ⋅ nˆ ⋅ ds = ∫π ∫ γ ⋅ nˆ ⋅ z ⋅ dyrdθ = 2 ξ 0 h 0 N θ b = ∫π ∫ γ ⋅ nˆ ⋅ ( −r cos θ ) ⋅ dyrdθ 2 0 0 b N x = ∫π ∫ γ ⋅ sin θ ⋅ ( − r cos θ ) ⋅ dyrdθ = 2 0 d 2θ sin(2θ ) (cos 2θ ) = ∫π ∫ γ ⋅ ⋅ dyr =b ⋅ γ ⋅ r 2 ⋅ 0 2 2 4 2 0 b 0 0 b b N y = ∫π ∫ γ ⋅ cos θ ⋅ ( r cos θ ) ⋅ dyrdθ = ∫π ∫ γ ⋅ 2 0 = b ⋅γ ⋅ r2 ⋅ 2 sin 2θ + 2θ 4 0 π 2 = b ⋅γ ⋅ r2 ⋅ 0 0 π 2 b ⋅γ ⋅ r2 = 2 cos(2θ ) + 1 d 2θ ⋅ dyr = 2 2 π 4 Fonderia 129 Tecnologia Meccanica Esempio 6: parete cilindrica non affiorante r 0 b N = ∫ γ ⋅ zξ ⋅ nˆ ⋅ ds = ∫ π ∫ γ ⋅ nˆ ⋅ z ⋅ dyrdθ = − ξ =∫ 0 − π 2 ∫ b 0 2 b 0 γ ⋅ nˆ ⋅ ( h − r cos θ ) ⋅ dyrdθ h Nx = ∫ 0 − π 2 ∫ b 0 N γ ⋅ sin θ ⋅ ( h − r cos θ ) ⋅ dyrdθ = 1 = b ⋅ r 2 ( r − 2h ) ⋅ γ 2 Ny = ∫ 0 − π 2 ∫ b 0 θ γ ⋅ cos θ ⋅ ( h − r cos θ ) ⋅ dyrdθ =b ⋅ r ⋅ h − Fonderia πr γ 4 130 Tecnologia Meccanica Nz Esempio 7: caso reale di getto cilindrico π r b N = ∫ γ ⋅ zξ ⋅ nˆ ⋅ ds = ∫ 2π ∫ γ ⋅ nˆ ⋅ z ⋅ dyrdθ = − ξ =∫ π ∫ 2 − π b 0 2 π 2 0 H θ γ ⋅ nˆ ⋅ ( h − r cos θ ) ⋅ dyrdθ b N x = ∫ 2π ∫ γ ⋅ sin θ ⋅ ( h − r cos θ ) ⋅ dyrdθ =0 − Ny = ∫ 2 π 2 − π 2 0 ∫ b 0 γ ⋅ cos θ ⋅ ( h − r cos θ ) ⋅ dyrdθ = D πr = b ⋅ r ⋅ 2h − γ 2 La spinta corrisponde al volume di terra sopra al getto per la densità del metallo Fonderia π r2 πr N y = γ b ⋅ 2r ⋅ h − ⋅ b = b ⋅ r ⋅ 2h − γ 2 2 131 Tecnologia Meccanica Esempio 7: caso reale di getto cilindrico con anima H θ Nz D Fonderia 132 Tecnologia Meccanica Spinte metallostatiche sulle anime Le anime sono completamente circondate dal metallo liquido, tranne le loro portate, e quindi sono assoggettate alla spinta di Archimede: F = γmetallo ( Vanima - Vportate ) Nel calcolo della resistenza allo scoperchiamento della staffa, a questo valore bisogna sottrarre il peso dell’anima stessa Panima = γanima Vanima NB: le anime verticali non hanno liquido sulla loro superficie inferiore e quindi non sono soggette a spinte a meno che non abbiano sotto-squadri. Fonderia 133
