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Introduzione Fonderia Le
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Introduzione Fonderia Le

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  • 1. I Processi Tecnologici (Fonderia) Dipartimento di Meccanica 1 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I La tecnica produttiva opera nei campi: - Lavorazione delle materie prime - Industria manifatturiera Produzione e trasformazione dei Trasformazione dei materiali materiali fino al livello secondo forme e dimensioni dei semilavorati prefissate per ottenere oggetti funzionali Trasformazione dallo stato di grezzo o semilavorato allo stato di prodotto finito tramite macchine operatrici o utensili Dipartimento di Meccanica 2 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 1
  • 2. Il processo di progettazione di un prodotto, richiede una chiara identificazione delle funzioni e delle specifiche del manufatto. Spesso si hanno a disposizione più soluzioni tra le quali scegliere. Il criterio da applicare è quello economico: - produzione del pezzo col ciclo di lavorazione meno costoso; - grado di precisione e finitura necessari; - garanzia delle caratteristiche tecniche e resistenziali richieste. Processo di costruzione, descrizione ed analisi delle forme, delle proprietà di un prodotto e del suo processo produttivo al fine di svolgere una determinata funzione. Dipartimento di Meccanica 3 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Solo una corretta conoscenza dei procedimenti tecnologici di lavorazione permette di progettare correttamente un pezzo scegliendone oculatamente materiali e ciclo produttivo. Il primo step è quindi l’ANALISI FUNZIONALE Questa analisi è strettamente legata alla fase di progettazione del componente. Non si può prescindere da essa e deve essere effettuata dal tecnologo in stretta collaborazione con il progettista. Occorre rispondere a domande quali: A cosa serve? Dove viene usato? In che tipo di ambiente? A quali carichi è soggetto? Con quale materiale? Dipartimento di Meccanica 4 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 2
  • 3. Per la scelta del processo produttivo più appropriato, è necessario arrivare a classificare i processi in modo da definirne i campi di applicazione e le possibili scelte alternative. Entrano, in questo senso, in gioco anche ulteriori fattori: -volume produttivo; -materiale; -dimensioni dei pezzi; -precisione richiesta; -complessità della forma da ottenere; -disponibilità di macchine ed attrezzature. Dipartimento di Meccanica 5 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I PROCESSI DI LAVORAZIONE Formatura Deformazione Asportazione Stato liquido: Laminazione Con taglienti a fonderia Estrusione geometria definita: Stato solido: polveri Trafilatura - tornitura, - fresatura, … Forgiatura Con taglienti a Lamiere geometria indefinita: - rettificatura, … Con metodi non convenzionali Dipartimento di Meccanica 6 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 3
  • 4. FONDERIA Dipartimento di Meccanica 7 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I La fusione è una tra le tecniche più antiche per la produzione di manufatti metallici (fin dal 3000 a.C.). L’obiettivo è dare al metallo una determinata forma partendo dallo stato liquido. La colata è l’operazione con la quale il metallo liquido viene versato nella forma dove assume la forma della cavità relativa e si solidifica. Dipartimento di Meccanica 8 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 4
  • 5. Al termine dalla solidificazione esso viene estratto dalla forma (che può essere o meno a perdere, ovvero distrutta) fornendo così un grezzo avente la forma della cavità riempita con il metallo fuso. Dipartimento di Meccanica 9 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Solo alla fine dell’800 però la fonderia ha assunto un carattere industriale con il perfezionamento degli impianti, con lo sviluppo della ricerca sui materiali e con il progresso tecnologico. Dipartimento di Meccanica 10 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 5
  • 6. Il procedimento in pratica consiste nel preparare una cavità, detta forma, che è il negativo del pezzo che si vuole ottenere, nella quale colare poi il metallo o la lega metallica fusi scelti per la realizzazione del pezzo. Dipartimento di Meccanica 11 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Il pezzo che esce dalla forma è detto getto e può essere un grezzo per lavorazioni successive (semilavorato), oppure un pezzo finito. Dipartimento di Meccanica 12 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 6
  • 7. Non tutti i materiali sono adatti ad essere impiegati in fonderia. Occorre verificarne le proprietà tecnologiche che sono: fusibilità e colabilità Le prerogative di materiali adatti ad essere fusi sono: - fondere a temperature relativamente basse (buona fusibilità, max. 1500-1600 °C); - riempire completamente la forma (buona fluidità o colabilità o scorrevolezza); - mantenere una sufficiente omogeneità strutturale durante la solidificazione (nessuna o minima segregazione); - fornire getti sani esenti da difetti. Dipartimento di Meccanica 13 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I La forma può essere di due tipi: • A perdere (forma transitoria) • Non a perdere (forma permanente) TIPI DI FORMATURA Forma transitoria Forma permanente • Colata in terra • In conchiglia: • Formatura a guscio - per gravità, • Cold-box - sottovuoto, - pressofusione • Microfusione o a cera persa • Colata centrifuga • Con modello a perdere Dipartimento di Meccanica 14 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 7
  • 8. Dipartimento di Meccanica 15 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Particolari che possono essere prodotti per fusione sono: • Carburatori • Testate di motori • Volani • Bancali di macchine utensili • Raccordi di tubazioni • Parti di caloriferi • Rubinetterie • Valvolame • Componenti di grande dimensione Dipartimento di Meccanica 16 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 8
  • 9. La fonderia presenta il vantaggio della rapidità di esecuzione e della convenienza economica nella realizzazione di pezzi la cui forma renderebbe troppo costoso o difficile la lavorazione con altri metodi Dipartimento di Meccanica 17 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Modifiche di geometria al modello rispetto al pezzo finito per poterne garantire l’estrazione dalla forma e che la forma stessa non si distrugga. • Angoli di sformo o spoglie • Raccordi sugli spigoli ed angoli • Accorgimenti per la realizzazione di fori (anime) • Accorgimenti per la realizzazione Modello di sottosquadri Se il pezzo deve essere successivamente lavorato, è necessario prevedere un opportuno sovrametallo. Dipartimento di Meccanica 18 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 9
  • 10. SFORMI E SPOGLIE L’estrazione del modello dalla terra può essere effettuata senza distruggere la forma solo se sono presenti adeguati angoli di spoglia. Questi dipendono dal materiale del modello e dalla profondità dell’impronta. Dipartimento di Meccanica 19 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I RACCORDI SU ANGOLI E SPIGOLI E’ necessario sostituire agli spigoli ed agli angoli adeguati raggi di raccordo che permettano un contenimento delle tensioni locali, un migliore andamento delle isoterme di raffreddamento ed una migliore tenuta della terra costituente la forma. Per gli angoli il valore di tali raggi è suggerito dalla pratica industriale come funzione degli spessori delle parti da collegare. Per gli spigoli si suggerisce un valore pari al sovrametallo. Dipartimento di Meccanica 20 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 10
  • 11. Come ottenere i fori Dipartimento di Meccanica 21 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Esempi di anime Dipartimento di Meccanica 22 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 11
  • 12. REALIZZAZIONE DI FORI E SOTTOSQUADRI: LE ANIME Problema … Dipartimento di Meccanica 23 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Soluzione … Dipartimento di Meccanica 24 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 12
  • 13. SOVRAMETALLO Ha lo scopo di prevedere del materiale di “riserva” sulle superfici da lavorare tramite successive operazioni di asportazione di truciolo. Dipartimento di Meccanica 25 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Come immettere il materiale fuso nella forma: i canali di colata Questo tipo di colata si definisce “in gravità” perché il riempimento della forma è garantito dal solo peso del metallo liquido. Dipartimento di Meccanica 26 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 13
  • 14. Durante la fase di solidificazione hanno origine alcuni fenomeni che vanno presi in considerazione per poter correttamente progettare il modello e realizzare la forma. • Ritiro • Cavità di ritiro • Tensioni di ritiro • Formazione di cricche a caldo Dipartimento di Meccanica 27 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I RITIRO Dipartimento di Meccanica 28 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 14
  • 15. RITIRO – effetti sulle dimensioni ∆L = L0 *α* ∆T → ∆L = L0 * rit% Dipartimento di Meccanica 29 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I CAVITA’ DI RITIRO - 1 Andamento della solidificazione in un corpo fuso e andamento delle isoterme in corrispondenza di angoli e spigoli Dipartimento di Meccanica 30 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 15
  • 16. CAVITA’ DI RITIRO - 2 Cavità e concavità di ritiro in un getto non alimentato Dipartimento di Meccanica 31 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I CAVITA’ DI RITIRO - 3 Questi pezzi sono scarti! Dipartimento di Meccanica 32 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 16
  • 17. CAVITA’ DI RITIRO – L’impiego delle materozze Per eliminare questo problema occorre spostare il baricentro termico (ovvero l’ultima parte che solidifica) predisponendo materozze che forniscono materiale liquido al pezzo durante la solidificazione. Dipartimento di Meccanica 33 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I TENSIONI DI RITIRO Si hanno diverse velocità di raffreddamento e quindi diverse temperature e conseguenti accorciamenti nelle varie barrette. ∆L = L0 *α* ∆T Poiché sono vincolate esse devono ridurre la lunghezza della stessa quantità e quindi risultano sottoposte a tensioni interne. Dipartimento di Meccanica 34 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 17
  • 18. TENSIONI DI RITIRO – effetti sul pezzo prodotto Dipartimento di Meccanica 35 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I CRICCHE A CALDO Il ritiro ostacolato dalla forma può dare origine alla formazione di cricche dove siano presenti spigoli vivi e conseguenti concentrazioni di sforzi. Ampi raggi di raccordo evitano tale pericolo. Dipartimento di Meccanica 36 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 18
  • 19. FONDERIA CON FORME A PERDERE FORMA TRANSITORIA Dipartimento di Meccanica 37 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Riassumendo quindi un modello, rispetto al pezzo finito che si vuole ottenere, presenta modifiche dimensionali e di forma in quanto occorre tenere conto di: • ritiro • sovrametallo • angoli di spoglia • raccordi • scomposizione in più parti • eventuali portate d’anima • eventuali sottosquadri Dipartimento di Meccanica 38 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 19
  • 20. Forma allestita per la colata Dipartimento di Meccanica 39 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Getto ottenuto Dipartimento di Meccanica 40 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 20
  • 21. Esempi di modelli Dipartimento di Meccanica 41 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Esempi di modelli Dipartimento di Meccanica 42 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 21
  • 22. Sequenza di formatura Getto da ottenere Modello scomponibile Cassa d’anima Dipartimento di Meccanica 43 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Semi modello inferiore Formatura staffa di base Semi modello superiore Forma completa con canali ecc. C – canale di colata M - materozze Anima Forma allestita per la colata Dipartimento di Meccanica 44 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 22
  • 23. La formatura con forma a perdere può essere effettuata in diversi modi: • formatura in terra “a verde” • formatura in sabbia-silicato • hot box • cold box • formatura a guscio • formatura in sabbia-cemento Dipartimento di Meccanica 45 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Esistono altri tipi di colata che permettono un grado di precisione dei pezzi ottenuti più elevato con forma a perdere: si parla della formatura a guscio (shell molding) ottenuta dal più vecchio metodo della cera persa. Dipartimento di Meccanica 46 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 23
  • 24. In altri casi è possibile lavorare con modello a perdere in polistirolo espanso. La procedura seguita in questo caso è illustrata in figura. Dipartimento di Meccanica 47 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Esempi di colata in gravità Esegui il filmato cliccando sull’immagine … Esegui il filmato cliccando sull’immagine … Dipartimento di Meccanica 48 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 24
  • 25. Esempi di attacchi di colata Dipartimento di Meccanica 49 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I FONDERIA CON FORME PERMANENTI COLATA IN CONCHIGLIA PRESSOFUSIONE Dipartimento di Meccanica 50 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 25
  • 26. Le problematiche sono le stesse viste per la formatura in terra, ovvero sformi, ritiro, sovrametallo, … La forma è ottenuta all’interno di stampi in metallo che quindi possono essere utilizzati più e più volte. La colata può ancora avvenire per semplice immissione del metallo liquido nella forma, oppure tramite spinta del metallo stesso (si esercita cioè una pressione sul liquido). In questo caso si parla di colata sotto pressione ed in particolare di pressofusione che può essere eseguita a camera calda o a camera fredda. Dipartimento di Meccanica 51 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I La Pressa Camera calda Camera fredda Dipartimento di Meccanica 52 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 26
  • 27. Esempio di stampo per pressocolata Dipartimento di Meccanica 53 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Schema di funzionamento ed esempio di macchina di pressocolata a camera calda Esegui il filmato cliccando sull’immagine … Esegui il filmato cliccando sull’immagine … Dipartimento di Meccanica 54 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 27
  • 28. Schema di funzionamento ed esempio di macchina di pressocolata a camera calda Esegui il filmato cliccando sull’immagine … Esegui il filmato cliccando sull’immagine … Dipartimento di Meccanica 55 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Schema esempio di funzionamento e particolari di una macchina di pressocolata a camera calda Esegui il filmato cliccando sull’immagine … Dipartimento di Meccanica 56 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 28
  • 29. Modalità di riempimento della cavità (flusso del metallo liquido) Dipartimento di Meccanica 57 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Esempi di pezzi pressocolati Dipartimento di Meccanica 58 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 29
  • 30. Dipartimento di Meccanica 59 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I Vantaggi della pressocolata Complessita ’ delle forme Cadenze produttive elevate Riproducibilita’ perfetta Automatizzazione - robotizzazione Piccole – medie – grandi e grandissime serie Dipartimento di Meccanica 60 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 30
  • 31. Si ha spesso la tendenza a dire che il processo di pressocolata è riservato esclusivamente alle grandi e grandissime serie. Bisogna dimenticare questo preconcetto. Tutto è funzione della complessità del pezzo e delle tecniche di produzione meno onerose. Di riflesso, quello che graverà sul costo o sull’investimento totale, è il costo di lavorazione necessario alla produzione. Per questo non è raro incontrare serie di 500 pezzi all’anno realizzati in fonderia di pressocolata. Tuttavia la grande maggioranza delle serie è superiore a 5000 pezzi all’anno in uno o due lotti. La taglia del pezzo o il peso, sono anche parametri da considerare. Generalmente più i pezzi sono piccoli più le serie sono grandi. Dipartimento di Meccanica 61 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I La pressocolata permette l’ottenimento di forme più complesse rispetto alla colata in gravità Le leghe che possiedono una eccellente fluidità o «colabilità», permettono il riempimento di tutte le cavità o impronte, qualunque sia la loro complessità grazie alla azione di spinta. Si possono ottenere filettature «grezze di fonderia» a passo 100, su piccoli diametri. Le propietà fisiche, i deboli calori specifici e latenti di fusione, il breve intervallo di solidificazione, combinati con macchine sofisticate, permettono di avere tempi di produzione elevati (da 80 a 1500 iniezioni all’ora) con più impronte all’interno dello stesso stampo. Non è difficile incontrare delle fabbricazioni di milioni di pezzi al giorno nelle fonderie di pressocolata. Dipartimento di Meccanica 62 Sezione Tecnologie Meccaniche e Produzione Tecnologia Meccanica I 31