Sistemi di Produzione II Il processo di...
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Sistemi di Produzione II Il processo di fusione © 2006 Politecnico di Torino 1 Le lavorazioni: la formatura 2 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 Esercizi sulla fusione
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Sistemi di Produzione II Il processo di fusione
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Le lavorazioni: la formatura
2
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
Esercizi sulla fusione
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Obiettivi della lezione
Evidenziare i fenomeni fisici che regolano la fusione
Mostrare le sequenze produttive delle lavorazioni di fonderia
Fornire la preparazione teorica necessaria per il progetto del processo di fusione
4
Bibliografia per la lezione
“Sistemi di Produzione”A. Villa, G. Murari, D. AntonelliC.L.U.T. Editrice, 2004
capitolo 3 paragrafo 1
“Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione”Santochi, GiustiCasa Editrice Ambrosiana, 2000
capitolo 4 paragrafi 1, 2 e 3
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La fusione
6
La fusione
Il fenomeno del ritiro
La materozza
Descrizione del processo
La solidificazione direzionale
Il sistema di colata
Il modello teorico della colata
Progetto del processo di fusione
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La caratteristica temperatura – volume
Vambiente
Tambiente TemperaturaT i
Volume specifico
T f
8
Ritiro in fase liquida
Vambiente
Tambiente TemperaturaT i
Volume specifico
T f
Ritiroin fase liquida
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Ritiro in fase liquida
Vambiente
Tambiente TemperaturaT i
Volume specifico
T f
Temperatura di inizio
solidificazione
10
Fase liquido – solida
Vambiente
Tambiente TemperaturaT i
Volume specifico
T f
Ritiroin fase di
solidificazione
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Fase liquido – solida
Vambiente
Tambiente TemperaturaT i
Volume specifico
T f
Temperatura di fine
solidificazione
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Ritiro in fase solida
Vambiente
Tambiente TemperaturaT i
Volume specifico
T f
Ritiroin fase solida
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La cavità di ritiro
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La cavità di ritiro
Strati successivi solidificati
Livellisuccessividel liquido
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Il cono di ritiro
Il cono di ritiro
La fusione
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La fusione
Il fenomeno del ritiro
La materozza
Descrizione del processo
La solidificazione direzionale
Il sistema di colata
Il modello teorico della colata
Progetto del processo di fusione
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La materozza
Serbatoio di metallo che alimenta il getto
Ha la funzione di compensare la variazione di volume dovuta al ritiro globale del getto in fase di solidificazione
Evita la formazione di cavità di ritiro all’interno del getto
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Tipi di materozze
A cielo apertoaffiorano sulla parte superiore della formacontatto costante con patm
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Materozza a cielo aperto
Materiale di formatura
poroso
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Materozza a cielo aperto
patm
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Tipi di materozze
A cielo aperto
Ciechesono totalmente immerse nella formauna punta in terra di fonderia rallenta la solidificazione della zonala cavità di ritiro deve essere in contatto con patm
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Materozza cieca
Puntain
terra di fonderia
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Forme della materozza
Forma sferica
Forma cilindrica
Forma a sezione quadrata
Forma a sezione rettangolare
Forma mista (cilindrico – sferica)
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Il collare d’attacco
dD
L
45°
La fusione
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La fusione
Il fenomeno del ritiro
La materozza
Descrizione del processo
La solidificazione direzionale
Il sistema di colata
Il modello teorico della colata
Progetto del processo di fusione
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Disegno del pezzo
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Costruzione del modello
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Riempimento della prima staffa
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Pigiatura della prima staffa
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Capovolgimento della prima staffa
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Posa seconda staffa
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Riempimento seconda staffa
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Distaffatura
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Estrazione modello
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Preparazione delle anime
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Sistemazione dell’anima
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Fasi del processo di fusione
Fusione del metallo in forno
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Fasi del processo di fusione
Fusione del metallo in forno
Colata del metallo fuso in una forma attraverso un sistema di colata
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Colata del metallo fuso
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Fasi del processo di fusione
Fusione del materiale in forno
Colata del metallo fuso in una forma attraverso un sistema di colata
Solidificazione del metallo nella forma
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Fasi del processo di fusione
Fusione del materiale in forno
Colata del metallo fuso in una forma attraverso un sistema di colata
Solidificazione del metallo nella forma
Estrazione del getto dalla forma (distaffatura)
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Estrazione del getto
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La fusione
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La fusione
Il fenomeno del ritiro
Sovrametallo e materozza
Descrizione del processo
La solidificazione direzionale
Il sistema di colata
Il modello teorico della colata
Progetto del processo di fusione
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Modulo di raffreddamento di un solido
È definito come il rapporto tra il volume del corpo e la superficie di scambio termico effettiva
SV
M =
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Modulo di raffreddamento di un solido
A parità di volume una maggiore superficie di scambio termico accelera il raffreddamento
Il solido con M più basso ha un tempo di solidificazione minore
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Modulo di raffreddamento di un cilindro
h
d
50
Modulo di raffreddamento di un cilindro
SV
M =
+⋅
⋅⋅=
hdd
hd
M
222
4
2
π
π
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51
Modulo di raffreddamento di un cilindro
SV
M =
+
⋅=hd
hdM
24
+⋅
⋅⋅=
hdd
hd
M
222
4
2
π
π
52
Modulo di raffreddamento di un cilindro
SV
M =
+
⋅=hd
hdM
24
( )hdhd
M22 +
⋅=
+⋅
⋅⋅=
hdd
hd
M
222
4
2
π
π
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Regola di Chvorinov
Misura il tempo di solidificazione di un getto semplice
2
2
Mt
SV
t
∝
∝
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La direzione di solidificazione
Le parti con M più basso vanno a terminare nella
materozza
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La fusione
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La fusione
Il fenomeno del ritiro
Sovrametallo e materozza
Descrizione del processo
La solidificazione direzionale
Il sistema di colata
Il modello teorico della colata
Progetto del processo di fusione
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Il piano di divisione
58
Il bacino di colata
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Il canale di colata
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Il canale di distribuzione
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Gli attacchi di colata
La fusione
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La fusione
Il fenomeno del ritiro
Sovrametallo e materozza
Descrizione del processo
La solidificazione direzionale
Il sistema di colata
Il modello teorico della colata
Progetto del processo di fusione
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Principi base
Teorema di Bernoulli
h : altezza del punto di colatap, ρ : pressione e densità del fluidov : velocità di colataK : costante funzione del livello d’energia del fluido
K2
2
=++g
vg
phρ
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Principi base
Teorema di Bernoulli
Continuità della portatala portata volumica Q [m3/s]:
2211 vAvAQ ⋅=⋅=
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Principi base
Teorema di Bernoulli
Continuità della portata
Regime di flusso (numero di Reynolds)
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Principi base
Teorema di Bernoulli
Continuità della portata
Regime di flusso (numero di Reynolds)
Principio di Archimedele spinte metallostatiche
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Le spinte metallostatiche
Sono la risultante delle pressioni che il metallo fuso esercita sulle pareti della forma e sulle anime
Queste pressioni possono deformare le pareti della forma con pericolo di formazione di bave e fuoriuscita del metallo fuso
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La spinta d’Archimede
Hgp ⋅⋅= ρ
p
H
?
70
La spinta d’Archimede
H
L
F2
F1
FAP
S
lρ
sρ
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La spinta d’Archimede
( )
SLgP
SHgF
SLHgF
2
1
⋅⋅⋅ρ=
⋅⋅⋅ρ=
⋅−⋅ρ=
s
l
lH
L
F2
F1
FAPS
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La spinta d’Archimede
PFFF 12A −−=H
L
F2
F1
FAPS
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La spinta d’Archimede
SLgSLgSHgSHgFA ⋅⋅⋅ρ−⋅⋅⋅ρ+⋅⋅⋅ρ−⋅⋅⋅ρ= slll
H
L
F2
F1
FAPS
PFFF 12A −−=
74
SLgSLgSHgSHgFA ⋅⋅⋅ρ−⋅⋅⋅ρ+⋅⋅⋅ρ−⋅⋅⋅ρ= slll
La spinta d’Archimede
H
L
F2
F1
FAPS
( )sρ−ρ⋅⋅= lSLgFA
PFFF 12A −−=
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SLgSLgSHgSHgFA ⋅⋅⋅ρ−⋅⋅⋅ρ+⋅⋅⋅ρ−⋅⋅⋅ρ= slll
La spinta d’Archimede
H
L
F2
F1
FAPS
Volumedel solido immerso
( )sρ−ρ⋅⋅= lSLgFA
PFFF 12A −−=
La fusione
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La fusione
Il fenomeno del ritiro
Sovrametallo e materozza
Descrizione del processo
La solidificazione direzionale
Il sistema di colata
Il modello teorico della colata
Progetto del processo di fusione
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Progetto del processo di fusione
Scelta del processo in base alle condizionimateriale da fonderelivello di qualità richiesto al gettovincoli di costo
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Progetto del processo di fusione
Scelta del processo
Dimensionamento del modelloanalisi del fenomeno del ritirosovrametalliangoli di sformoraccordiscomposizione del modello sulla linea di divisioneanime e portate d’animasottosquadri
80
Progetto del processo di fusione
Scelta del processo
Dimensionamento del modello
Scelta del metodo e studio del sistema di colatatempo di colatavelocità di colatasezione del canale di colata
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Dimensionamento del canale di colata
Il tempo di colata (legge empirica)
La velocità di colata (Torricelli)
ρ⋅= V,T 23
Hv ⋅= g2
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Dimensionamento del canale di colata
Sezione del canale di colata
portata Q del canale di colata per il completo riempimento del getto nel tempo T
vSTV
Q ⋅==
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Dimensionamento del canale di colata
Sezione del canale di colata
vSTV
Q ⋅==vQ
S =
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Progetto del processo di fusione
Scelta del processo
Dimensionamento del modello
Scelta del metodo e studio del sistema di colata
Calcolo delle spinte metallostatiche sull’anima e sulle staffe
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85
Progetto del processo di fusione
Scelta del processo
Dimensionamento del modello
Scelta del metodo e studio del sistema di colata
Calcolo delle spinte metallostatiche sull’anima e sulle staffe
Scelta e dimensionamento della materozza
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Sommario della lezione
Il fenomeno del ritiro
La materozza
La solidificazione direzionale
Il sistema di colata
Il modello teorico della colata
Progetto del processo di fusione
Domande di riepilogo
