Esercitazione 2 – Fonderia: Esercizio 1

ESERCITAZIONE 2 – FONDERIA FONDERIA

ESERCIZIO 1

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Si desidera realizzare un pezzo in ghisa grigia ( =7,2 kg/dm 3); effettuiamo quindi il dimensionamento del modello in legno, delle materozze e del sistema di colata per la successiva fusione in terra. Calcoliamo inoltre la spinta metallostatica agente sulla forma, tenendo conto delle seguenti considerazioni: 

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le superfici hanno tutte rugosità =3 μm; pertanto occorrerà prevedere del sovrametallo su tutto il pezzo sia per compensare il ritiro di solidificazione, ma soprattutto per poter lavorare le superfici sulle macchine utensili;

il piano di separazione del modello e quindi delle staffe dovrà coincidere con l’asse del pezzo stesso;



è opportuno l’utilizzo di un’anima per la realizzazione del foro interno.

Dimensionamento modello

Iniziamo con il calcolo delle dimensioni per il modello in legno. Dobbiamo quindi considerare i seguenti aspetti: Ritiro lineare Sovrametallo Raccordi Angoli di spoglia     

Portate d’anima

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Sottosquadri

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Ricaviamo da tabella la percentuale di ritiro lineare, il valore di sovrametallo e l’angolo di spoglia :

Ritiro Lineare = 1%

Sovrametallo = 4 mm, scelto come valore medio fra il minimo della dimensione più grande ed il massimo della dimensione più piccola (3,5 ÷ 4,5 mm).

Come altezza di riferimento si assume un valore pari a 95mm (pari a Dmax/2) Angolo di Spoglia = 2°

Con questi valori possiamo dimensionare il nostro modello in legno (valore nominale + ritiro nominale + sovrametallo): Quota nominale [mm] 32 60 90 190 234

Sovrametallo [mm]

Ritiro [mm]

8 -8 8 8 8

0.32 0.6 0.9 1.9 2.34

Quota modello [mm] 40 53 99 200 244





Per il calcolo del raggio di raccordo sugli angoli, tipicamente s i considera lo spessore massimo mas simo del componente nella zona interessata. Nel nostro caso abbiamo s=40mm, di conseguenza ci troviamo nella condizione evidenziata, ottenendo un raggio r aggio di raccordo R=13.2 mm che possiamo approssimare a 14mm.

r=4 mm (pari al sovrametallo, da testo esercizio); R=14 mm

Per la realizzazione corretta del componente, nella progettazione del modello sarà necessario

considerare la presenza di un’anima per la realizzazione r ealizzazione del foro. Dobbiamo quindi prevedere una geometria tale da ospitare le portate d’anima. È possibile assumere un’ estensione delle portate d’anima è di 45mm (tale valore è basato sull’esperienza) e anche per esse deve essere previsto un angolo di sformo di 2° per facilitare l’estrazione del modello.





Dimensionamento delle materozze

Per quanto riguarda il dimensionamento delle materozze possiamo sfruttare la simmetria del pezzo per facilitare il calcolo del volume necessario, considerando solo metà del pezzo. Suddividiamo ancora questo metà modello in due porzioni che indicheremo con 1 e 2.

Parte 1

Parte 2





Il volume e la superficie di scambio sc ambio termico dei volumi individuati risultano: 2 2 V1= π*(100 -26.5 )*40= 1167797 mm 3 S1= π*(1002-26.52)+ π*(1002-49.52)+ π*200*40+ π*53*40= 84678 mm2 V2= π*(49.52-26.52)*82= 450075 mm 3 S1= π*99*82+ π*53*82= 39137 mm 2 Risulta ora possibile calcolare i moduli di raffreddamento dei due volumi: M1 = V1/S1 = 1167797/84677 = 13.8 mm M2 = V2/S2 = 450075/39136 = 11,5 mm Possiamo constatare che M1 è maggiore del 10% di M 2, di conseguenza la condizione per avere solidificazione direzionale è rispettata. La materozza viene posizionata sull’elemento con modulo di raffreddamento maggiore e il suo modulo è determinato dalla relazione: Mm = 1,2*M1 = 1.2*13.8= 16.5 mm.

La geometria della materozza è definita dal testo dell’esercizio.

Utilizzando le relazioni riportate nella figura otteniamo: Vm=181*M m3 = 181*16.5 3= 813075 mm 3 Vm=1.6*a3 → a= 80 mm b=1.5*a → b= 120 mm h=1.25*a → h= 100 mm d=0.66*a → d= 53 mm L=0.18*a → L= 15 mm





R= 5*23= 115 mm Si osserva che utilizzando una sola materozza, non tutto il pezzo, avente una lunghezza di 244 mm,

viene coperto dall’influenza della materozza; saranno dunque necessarie due materozze. Andiamo ora a verificare che la materozza dimensionata, rispetti la relazione Vr,max=0.14*Vm Il volume del cono di ritiro massimo che possiamo ottenere è: Vr,max=0.14*Vm = 0.14*813075= 113830 mm 3 Il volume del cono di ritiro che effettivamente otteniamo nell a nostra materozza è dato dalla relazione: Vr = (b/100)*(V1+V2+Vm) Vr = (2.5/100)*(1167797+84677+813075)= (2.5/100)*(1167797+84677+813075)= 60774 mm 3 Dal momento che il volume del cono di ritiro che realmente si ottiene è inferiore al cono di ritiro

massimo, si ha che il cono di ritiro è compreso nell’80% dell’altezza della materozza. Dimensionamento sistema colata

Per il dimensionamento del sistema di colata è necessario determinare la portata del metallo e la sua velocità. Il tempo di riempimento t r dovrà dovrà rispettare le seguenti condizioni:

{ <<  Dove ts è il tempo di solidificazione e t c è il tempo critico. Per calcolare i tempi di solidificazione solidifi cazione usiamo la legge di Chorinov ts = (M/k)2 che può essere anche scritta come ts = M2/k s (con k s = 5 mm2/s assumento un surriscaldamento pari a 100°C).

Ts1 = 13.82/5 = 38 secondi Ts2 = 11.52/5 = 26.5 secondi Il tempo critico per una colata in forma in terra deve essere compreso tra 4 e 25 secondi. Si assume







Rispettando i vincoli imposti si assume Tr = 9 secondi. Da qui ricaviamo la portata volumica del materiale come: Qm = 2* (V1 +V2+ Vm) / tr =2* =2* (1167797+450075+813075) / 9 = 540210 mm 3/s.

∗ ∗ℎ √ 2 ∗

Dal Teorema di Bernoulli ricaviamo che la velocità di colata è v = dove h è l’altezza delle staffe. Le staffe servono ad ospitare tutti gli elementi della forma, la loro altezza sarà quindi data dalla somma di altezza del semi-modello e altezza della materozza. Nel nostro caso l’altezza del semi-modello è pari a 100mm mentre l’altezza della materozza è pari a 100mm, di conseguenza l’altezza minima delle staffe dovrà essere di 200 mm. Confrontando questo valore con le altezze unificate presenti sul testo dell’esercizio scegliamo delle staffe aventi h=200 mm.

Usando tale valore otteniamo una velocità ideale pari a 1.98 m/s, mentre una velocità reale di 1 m/s (assumendo un coefficiente di perdita c=0.5). Per il dimensionamento delle sezioni di colata utilizziamo i seguenti rapporti: SC/SD/SA  4/3/2 SA = Qm/v = 540210 / 1000 = 540 mm 2 essendoci due attacchi di colata allora SA1=SA2=A/2=270 mm2. Da questa si ha che la sezione del canale distributore: SD = 1,5 * S A1 = 405 mm2 mentre la sezione del canale di colata è pari a SC = 2 * SA = 1080 mm2. (si fa riferimento al valore complessivo di SA perché il flusso si divide entrando nel canale distributore) CALCOLO DELLA SPINTA METALLOSTATICA

La forza complessiva viene calcolata a come

 =  +  + 

Esercitazione 2 – Fonderia: Esercizio 1

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