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Sistemi di Produzione/ Tecnologia Sistemi di Produzione/ Tecnologia MeccanicaMeccanica
La solidificazione dei getti• Il fenomeno del ritiro
Temperatura
Volume
specifico
Ta Tf Ti Tc
V1
V2
V3
V4
Contrazione in
fase liquida
Contrazione in
fase di solidificazione
Contrazione allo stato
solido
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Esempio
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La solidificazione dei getti• La formazione del cono di ritiro
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La solidificazione dei getti
• La formazione del cono di ritiro
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• Definizione: il modulo termico (M) di un getto è parial rapporto tra il Volume e le sue superfici di scambiotermico.
Il concetto di modulo termico
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Metodi per il calcolo di M
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La solidificazione dei getti
A parità di volume maggiore è il modulo
termico maggiore è il tempo di solidificazione.
x
x
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La solidificazione direzionale
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Esempio
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Il metodo dei cerchi inscritti
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Le modalità di scambio termico
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Il sistema di alimentazione• Generalità.
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Esempio.
t1.jpg t2.jpg t3.jpg
complessivo.avicomplessivo.avi
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Metodo Modulo Termico
Suddividere il getto in forme elementari e
calcolare i moduli di raffreddamento.
Verificare la direzione di solidificazione.
Determinare il numero di materozze necessarie
Per ogni zona predisporre una materozza di
opportuno modulo.
Verificare il raggio di alimentazione e il volume
alimentabile (numero delle materozze).
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Il raggio di influenza
R = k S
k parametro funzione
del materiale del getto.
3,5 - 5 acciaio.
5 ghisa.
5-8 bronzo.
5-7 leghe leggere.
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Il raggio di influenza
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Il collare di attacco
Materozze cieche Materozze a cielo aperto
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Esempio
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Esempio
M1 = 15 mm
M2 = 13 mm
M3 = 11 mm
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Dimensionamento sistema
alimentazioneDiagramma di Caine
Consente di determinare le dimensioni di una materozzache:
…
1 rilascia la “giusta quantità” di metallo al getto che vasolidificando
2 rimane liquido finchè il getto (o la parte di esso cheviene alimentata) è solidificato completamente
…Da: A theoretical approach to the problem of dimensioning risers
By J.B. Caine
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BUONI
NON
BUONI
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Sistemi di Produzione/ Tecnologia Sistemi di Produzione/ Tecnologia MeccanicaMeccanica
Il sistema di colata
Obiettivo: progettare l’insieme di canalizzazioni che
permettono alla lega liquida di riempire la forma.
REGOLE PRATICHE
• La forma deve essere riempita rapidamente.
• Occorre evitare forti velocità e turbolenze della corrente fluida.
• Occorre evitare che la scoria penetri all’interno.
• Alla fine del riempimento, il gradiente termico deve essere adatto a
una corretta solidificazione direzionale.
• Occorre distribuire la vena fluida in modo contemporaneo nelle
varie parti del getto.
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Sistemi di Produzione/ Tecnologia Sistemi di Produzione/ Tecnologia MeccanicaMeccanica
Il sistema di colataElementi caratteristici:
• bacino di colata
• canale di colata
• canale distributore
• attacchi di colata
• trappole, filtri, pozzetti
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Sistemi di Produzione/ Tecnologia Sistemi di Produzione/ Tecnologia MeccanicaMeccanica
Sistema pressurizzato
Rapporto delle
sezioni
Sc / Sd / Sa
2 / 2 / 1
4 / 3 / 2
4 / 8 / 3
Sc
Sd
Sa
Il sistema assicura che i differenti
canali siano sempre pieni di metallo
liquido.
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Sistemi di Produzione/ Tecnologia Sistemi di Produzione/ Tecnologia MeccanicaMeccanica
Sistema non pressurizzatoRapporto delle
sezioni
Sc / Sd / Sa
1 / 2 / 2
1 / 4 / 4
1 / 2 / 4Sc
Sd
Sa
Il sistema assicura una velocità ridotta
ed un moto quasi laminare della vena
fluida negli attacchi.
Idoneo per leghe che si ossidano
facilmente (alluminio, magnesio, titanio)
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Dimensionamento sezioni
caratteristicheOccorre determinare l’area della sezione di strozzatura (sezione
minima)
Imponiamo un bilancio di massa :
vSt
QS
r
⋅=⋅ρ
Dove:
• Q = peso del metallo da colare (kg)
• ρ = peso specifico del metallo (kg/m3)
• tr = tempo di riempimento (s)
• Sc= area (complessiva) sezione di strozzatura (m2)
• v = velocità metallo nella sezione di strozzatura (m/s)
=
A
C
S
S
S
S
Sistema non pressurizzato
Sistema pressurizzato
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Il tempo di riempimento consigliato può essere valutato come:
4.032.0
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Gst
oppure
Gt
r
r
⋅⋅=
÷=
Dove:
• G = peso del getto (kg)
• s = spessore medio del getto (mm)
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Vincoli temporali
Il tempo di riempimento deve essere minore:
• del tempo di inizio solidificazione ts delle parti sottili del getto
• del tempo di esposizione massimo tc all’irraggiamento da parte della forma
cr
sr
tt
tt
≤
≤
][
][
71.1
71.1
sskt
sMkt
Ss
Ms
⋅=
⋅=
Il valore di ts può essere calcolato mediante una di queste formule sperimentali:
Dove:
• M = modulo termico del getto [cm]
• s = spessore della zona più sottile [cm]
• KM, ks = costanti empiriche
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Valori indicativi delle costanti k in funzione della temperatura di surriscaldo per getti colati in
sabbia silicea.
Valori indicativi del tempo critico di esposizione tc (s).
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Mentre la velocità nella sezione di strozzatura vale
(secondo il principio di Bernoulli):
mHgcv ⋅⋅= 2
Dove:
• g = 9.8 (m/s2)
• Hm = altezza dal pelo libero (mm)
• c perdite di carico
In ogni caso la velocità nella
sezione di strozzatura deve essere
inferiore a 1 m/s per evitare
turbolenze ed inclusioni
Hm
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Altezza dal pelo liberoColata diretta Colata in sorgente
2
2
+=
if
m
hhHhHm =
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Perdite di caricoSistema pressurizzato
• vengono considerate tutte le perdite di carico dal bacino di colata
sino alla sezione degli attacchi
• c ≈ 0.5 – 0.65
Sistema non pressurizzato
• vengono considerate le perdite di carico dal bacino di colata al
piede del canale di colata
• c ≈ 0.9
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Esempi di sistemi di colata
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La spinta metallostatica.Per tutto il tempo in cui la lega si mantiene liquida all’interno
della forma, ogni punto delle pareti interne della forma
stessa è soggetta da una pressione funzione della densità
della lega e della profondità del punto considerato rispetto
al pelo libero del liquido.
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La spinta metallostatica.
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La spinta metallostatica.
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I difetti di fonderia.
Numerosi parametri influiscono sulla qualità finale del greggio di fonderia.
• Escrescenze metalliche.
• Cavità.
• Soluzioni di continuità.
• Superfici difettose.
• Pezzi incompleti.
• Deformazioni o forme non corrette.
• Inclusioni.
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I difetti di fonderia.Escrescenze metalliche• Difetto: bave di piccolo spessore e dimensioni limitate
• Cause: giochi negli accoppiamenti, eccessiva temperatura di colata
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Escrescenze metalliche• Difetto: bave di maggiore spessore ed estensione
• Cause: eccessiva spinta metallostatica
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Escrescenze metalliche• Difetto: distacco di sabbia
• Cause: erosione su parti non raccordate, scarsa e permeabilità coesione
sabbia
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Cavità• Difetto: soffiature
• Cause: impedita evacuazione dei prodotti gassosi
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Soluzioni di continuità• Difetto: fratture a freddo
• Cause: eccessive tensioni di trazione causate dal ritiro in fase solida
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Soluzioni di continuità• Difetto: cricche
• Cause: eccessive tensioni di trazione causate dal ritiro in fase solida in parti
mal raccordate
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Soluzioni di continuità• Difetto: riprese
• Cause: incollaggio di due vene fluide unitesi a temperatura troppo bassa o
con superfici ossidate
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Superfici difettose• Difetto: “buccia d’arancia”
• Cause: terra mal rigenerata o con agenti inquinanti
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Pezzi incompleti• Difetto: pezzo incompleto
• Cause: prematura solidificazione di uno spessore sottile
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Cavità• Difetto: cavità di ritiro
• Cause: insufficienza di alimentazione da parte delle materozze