Descrizione processo di fonderia dalle materie prime al prodotto finito

1. Tecniche e processo
Tecnologie meccaniche
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2.  COSA SI INTENDE PER FONDERIA
 TIPI DI PROCESSO
 COLATA IN FORMA PERMANENTE
 COLATA IN FORMA TRANSITORIA:
 FONDERIA IN TERRA: - il modello
- le anime
- la formatura
- la fusione
- la colata
- estrazione del getto dalla forma
- problemi e difetti
 FUSIONE A CERA PERSA
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3. La Fonderia è la branca della metallurgia che si
occupa dei processi produttivi che permettono
di ottenere degli oggetti metallici tramite
la fusione e la colata di metalli in
apposite forme, ovvero degli oggetti cavi che
daranno la forma al pezzo. Quest’ultimi
vengono detti getti o fusioni.
Fonderia è anche lo stabilimento ove vengono
appunto svolte tali attività.
La fusione è una delle tecnologie di lavorazione tra le più antiche
conosciute: i primi utensili rinvenuti, ottenuti tramite fonderia,
risalgono al 4000 a.C.
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4. COLATA
IN FORMA
TRANSITORIA
in cui la forma per creare il
pezzo viene distrutta al
termine del processo
COLATA
IN FORMA
PERMANENTE
in cui la forma per creare il
pezzo viene riutilizzata in
un elevato numero di cicli
produttivi
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5. COLATA IN FORMA PERMANENTE
La forma è realizzata in acciaio o ghisa e non verrà rotta nella fase di
estrazione del prodotto.
VANTAGGI:
- possibilità di utilizzare la stessa forma in più cicli produttivi;
- produrre getti con minore spessore di parete;
- avere una finitura superficiale migliore;
- possibilità di automatizzare il processo.
Si hanno diversi processi a seconda di come avviene la colata del
metallo nella forma:
colata centrifuga, in cui si muove la forma,
colata sotto pressione o pressofusione,
in cui si muove il metallo liquido,
e la colata continua,
nel caso in cui si muovano ambedue gli elementi.
colata in gravità, non prevede un modello,
utilizzata principalmente per creare
pezzi assial-simmetrici con fori.
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6. COLATA IN FORMA TRANSITORIA
La formatura in forma transitoria può avvenire con l'utilizzo di
un modello permanente, ed è il caso della fonderia in terra.
FONDERIA IN TERRA
La lavorazione classica di fonderia è quella della colata in
terra, per via del fatto che il metallo fuso viene colato in uno
stampo composto da una terra speciale, detta terra da
fonderia, che alla fine del processo verrà rotta per poterne
estrarre il pezzo.
Le terre usate, perdono le loro qualità per effetto dell'alta
temperatura, pertanto è possibile riutilizzarle solamente dopo
un opportuno trattamento.
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7. Caratteristiche principali:
• È uno dei processi dotati di maggiore versatilità e può essere
realizzato praticamente con ogni tipo di metallo o lega. La gamma
di pezzi ottenibili tramite processi di fonderia può variare molto: da
oggetti più piccoli e di geometria decisamente semplice, come
lingotti, a prodotti più ingombranti e di elevata complessità, come
motori navali.
• la fonderia è un processo di natura molto basilare: nella grande
maggioranza dei casi il pezzo ottenuto dovrà subire ulteriori
lavorazioni con lo scopo di essere rifinito per ottenere le
caratteristiche del prodotto desiderato.
• molto conveniente per la realizzazione di un numero molto alto di
pezzi, mentre nel caso si debba realizzare un numero limitato o
medio di pezzi, è opportuno valutare attentamente vantaggi e
svantaggi derivanti da tale lavorazione.
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8. ANALISI DEL PROCESSO:
FASI FONDAMENTALI
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9. Il modello è un oggetto che rappresenta la sagoma che dovrà
assumere il prodotto finale.
Può essere fatto con svariati materiali, ogni materiale ha pregi
e difetti. Il più usato è il legno.
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10. SCOPO
creare nella forma la cavità nella
quale si colerà il metallo fuso
DIMENSIONI
tener conto del ritiro del metallo
nella fase di solidificazione
FORMA
tener conto della necessità di
poter estrarre il modello dalla
forma senza rovinarla
pareti parallele alla direzione di
estrazione del modello dovranno
essere leggermente inclinate
formando un invito
detto sformo o scampanatura
prevedere le portate d'anima,
cioè il calco dei supporti ove
poggeranno le anime per la
creazione dei vuoti nella fusione.
Per evitare tensioni interne, si dovranno evitare bruschi cambiamenti di spessore o di
direzione, prevedendo opportuni raccordi tra le parti.
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11. Sono degli oggetti che servono per ottenere dei fori nella
fusione, cioè delle parti che non devono venir riempite dal
metallo liquido.
Sono realizzabili facilmente nel caso di un rapporto tra
diametro e lunghezza del foro non eccessivamente basso,
poiché potrebbe causare la rottura dell'anima durante la
colata.
Nel caso tale rapporto fosse troppo
basso è opportuno eseguire il foro
tramite altre lavorazioni come quelle
ad asportazione di truciolo.
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12. Le anime sono formate da terre o
sabbie mescolate con agglomerati,
formate con uno stampo in negativo
detto cassa d'anima.
La formatura dell'anima può essere
a caldo oppure a freddo mediante
resine leganti mescolate alla sabbia.
Ovviamente la scelta della
formatura è in base a costi
differenti e a diverse caratteristiche
meccaniche della stessa anima.
Come la forma, l'anima dovrà
presentare determinate
caratteristiche meccaniche in modo
da facilitarne l'estrazione, impedire
eventuali difetti nel pezzo ed
eventuali cedimenti dell'anima
stessa.
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13. E’l'attività di preparazione della forma, cioè del contenitore entro cui verrà
colato il metallo.
Il processo più utilizzato è quello della formatura a guscio o shell molding.
MATERIALE UTILIZZATO: terra da fonderia
CARATTERISTICHE: - è un impasto naturale o sintetico di sabbia
silicea, di agglomerante
(argilla, bentonite, cemento, silicato di sodio o di
etile, resina,olio di lino, catrame, ecc.) e di acqua.
- plasticità e coesione: deve assumere correttamente la
forma impressa dal modello e mantenerla durante la
colata
- porosità o permeabilità: deve lasciarsi attraversare dai
gas che si formano durante la colata
- refrattarietà: deve resistere alle elevate temperature
di colata Erica Barachetti

14. Questo procedimento avviene tramite
4 fondamentali passaggi:
1 - il modello
viene ruotato e
fissato alla
vasca di
deposito
chiudendo il
tutto
2 - l'intero
sistema viene
ruotato per far
aderire la miscela
al modello
precedentemente
riscaldato
3 - riaprendo il
sistema,la miscela
rimane aderente al
modello. Una volta
distaccato tale
guscio, formato dalla
miscela, costituirà il
negativo del getto da
ottenere
4 - tutti i
semigusci
ottenuti vengono
disposti in un
letto e all'interno
di essi viene
fatto colare il
metallo fuso
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15. La fusione del metallo che andrà a formare il getto va fatta in
opportuni forni fusori, diversi a seconda del
materiale da fondere.
Recentemente vengono impiegati anche
forni alimentati a ossigeno e metano.
I principali tipi di forni fusori sono:
• Forno a cupola (cubilotto): comporta investimenti alti nell'acquisto,
che sono poi compensati dall'elevata produttività. E’ il più usato
nella fusione della ghisa.
• Forno ad arco elettrico: è uno dei più diffusi grazie alle alte
temperature ottenibili, al facile controllo delle temperature e al
costo minore rispetto ad altri tipi di forno
• Forno a levitazione: una bobina ad induzione riscalda il materiale e
fa sì che questo sia sospeso all'interno del forno; eliminando la
formazione di gas nella colataErica Barachetti

16. Cubilotto:
Impiegato nelle fonderie per fondere la ghisa e
produrre quindi i getti.
È un forno a struttura verticale, ma di taglia inferiore a quella
di un altoforno. È costituito essenzialmente da un tubo
verticale in lamiera, chiamato tino, rivestito internamente
di materiale refrattario.
Può essere impiegato esclusivamente per
la fusione della ghisa, che viene
chiamata in questo caso di seconda
fusione,per distinguerla da quella di
prima fusione ottenuta dall'altoforno.
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17. uscita gas di combustioneCAMINO
vengono introdotti in strati
alternati, il coke, il fondente e i
pezzi di ghisa da fondere.
BOCCA DI
CARICAMENTO
rivestimento in lamieraMANTELLO
spesse pareti in materiale
refrattario
REFRATTARIO
tubazione di forma anulare che
circonda il forno, per la
distribuzione agli ugelli dell'aria
sotto pressione proveniente,
attraverso un condotto, dai
ventilatori. L'aria necessaria alla
combustione viene detta vento
di fonderia. Il cubilotto può
essere a vento freddo oppure a
vento caldo se l'aria viene
preriscaldata sfruttando i fumi di
combustione del cubilotto stesso.
CAMERA E
CONDOTTA DEL
VENTO
entrata di aria nel cubilotto
necessaria alla combustione
del coke.
UGELLO
dirige la ghisa fusa nella siviera
CANALE DELLA
COLATA
uscita del materiale inadatto
CANALE DELLE
SCORIE
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18. • durante il raffreddamento, nel materiale si verificano fenomeni di ritiro,
dovuti all'abbassarsi della temperatura;
Per questo motivo la forma è sovradimensionata rispetto al pezzo che si vuole ottenere:
ad esempio se il metallo durante tutto il raffreddamento ha un ritiro dell'1%, e si vuole ottenere un pezzo
lungo 1 metro, la lunghezza della forma sarà di 1,01 metri.
Per ovviare alla precisione grossolana del processo, si sovradimensiona ulteriormente il sistema, in modo
che lo spessore sia leggermente maggiore di quello desiderato a valle del ritiro termico: tale spessore
aggiuntivo è chiamato sovrametallo.
- sarà prelevato in un altro tipo di lavorazione per rispettare tolleranze più restrittive;
- dovrà raggiungere un compromesso tra l'avere abbastanza materiale da prelevare e non avere troppo
materiale di scarto.
Per far fronte a fenomeni di ritiro del materiale in transizione di fase, vengono posizionate sul canale di
colata delle materozze, che possono essere definite come della aggiunte di materiale per ovviare a tale
ritiro.
- possono creare difetti di forma nel pezzo chiamati coni o cavità di ritiro
- assolve il compito di serbatoio di metallo liquido compensando via via tutti i ritiri che si
formano naturalmente nel pezzo
Alla fine del processo le materozze vengono rimosse tramite altre lavorazioni per essere rifuse.
spillaggio
metallo fuso
dal cubilotto
raccolta in una
siviera
colata nella
forma tramite
forza di gravità
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19. SIVIERA
E’un recipiente atto a contenere
metallo fuso. Ha la forma di una
grande secchia, ed è costituita da un
involucro di robusta lamiera rivestito
internamente da materiale
refrattario.
Può avere diverse dimensioni, dalle più
grandi, utilizzate nei centri
siderurgici, capaci di trasportare sino
a 400 ton di metallo e che vengono
movimentate e manovrate tramite
carroponte o con appositi carri, sino
alle più piccole, utilizzate nelle
piccole fonderie, che si manovrano a
mano tramite lunghe aste che
fungono da manici, di cui una a
forcella per facilitare il versamento.
Durante questa fase viene spesso fatta
un’ analisi chiamata stirring in grado di
rilevare le caratteristiche del metallo fuso
ottenuto. Erica Barachetti

20. 1
• Una volta solidificato e raffreddato, si estrae il getto dalla forma con l'operazione detta distaffatura.
Nell'eseguire questa operazione la forma di terra viene distrutta, e per questo la formatura in terra viene
detta a perdere o transitoria.
2
• Il pezzo estratto viene ripulito della terra di fonderia con l'operazione di sterratura
3
• si toglie quindi la materozza, il canale di colata ed il montante
4
• si eliminano le bave che si sono formate lungo il piano di contatto delle due semiforme
5
• si tolgono eventuali imperfezioni superficiali ed incrostazioni
6
• il getto può essere avviato alle eventuali successive lavorazioni, trattamenti e controlli.
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21. È importante, nella fase di progetto, eseguire alcune accortezze al fine di
evitare problemi che potrebbero intaccare l'integrità e la funzionalità del
pezzo colato, facendolo diventare uno scarto:
• Un eccessivo tempo di indurimento della forma, causato da un eccessivo
tempo di raffreddamento del metallo, può portare ad un distacco della
terra da fonderia, con la produzione di un pezzo diverso da quello voluto.
ERRORI TIPICI:
nella formatura manuale
sono il cedimento della forma,
il fuori staffa, e le fuoriuscite di liquido.
Il primo è causato dalla compattazione
della sabbia in modo errato o non omogeneo,
che cederà sotto la pressione
del liquido di colata.
Il fuori staffa si verifica quando la faccia inferiore
e superiore della staffa non coincidono e le
fuoriuscite di liquido sono invece dovute ad un errato
sigillo delle staffe o dal loro sbagliato
accostamento.
un errato dimensionamento
del pezzo porta
a cavità e porosità interne o superficiali.
Tali errori possono
essere errati posizionamenti di materozze
o dimensionamenti di raccordi e canali di colata.
Se l'entità di porosità e cavità è considerevole,
si può arrivare a pezzi con caratteristiche
meccaniche nettamente inferiori ai
parametri di progetto. Nel caso di
dimensionamenti eccessivamente sconsiderati
si arriva addirittura al mancato riempimento
di alcuni punti della forma.
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22. COLATA A CERA PERSA
La fusione a cera persa, o microfusione, è una pratica di fonderia a
modello e forma transitori.
 l processo consiste nel creare un modello in cera, che verrà
immerso in una forma contenente sabbia da fonderia.
 Una volta solidificata la sabbia, il tutto viene surriscaldato, in
modo che la cera diventi liquida e possa così fuoriuscire dalla
forma.
 Uscita la cera si procede alla colata e all'estrazione del pezzo.
l pregio di questo processo è l'altissima finitura superficiale del pezzo finale,
che è la più alta ottenibile tra tutti i processi di fonderia.
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23. Microfusione:
La Microfusione è uno dei processi in forma transitoria più utilizzato nella produzione di
getti di ottima qualità e rifinitura, nonché altamente automatizzato.
È la derivazione moderna dell'antico procedimento a cera persa.
Questo tipo di fusione è utilizzata soprattutto in ambito artistico per eseguire stampi di
statue o oggetti:
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24. FINE
PRESENTAZIONE REALIZZATA DA:
BARACHETTI ERICA
2015-2016
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