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Tesina Tecniche Di Fusione

Tecniche di fusione

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  1 CANDIDATO: Federico Ceriola ; Matr. 276193 DOCENTE: Andrea Terenzi TECNICHE DI FUSIONE In forma transitoria Si utilizzano forme a perdere, ovvero delle forme utilizzabili una sola volta. Il materiale da formatura più anticamente usato è la terra naturale, costituita da silice (materiale refrattario) e argilla (materiale legante). Le caratteristiche di questo materiale sono: refrattarietà, coesione, permeabilità, scorrevolezza e sgretolabilità. Al giorno d’oggi si utilizzano sostituti sintetici di questi materiali. I processi di formatura si differenziano principalmente a seconda del legante utilizzato per la forma, il che influenza il processo utilizzato per l’indurimento.   Processi meccanici    IN TERRA SINTETICA: Il legante nel processo è la bentonite, ovvero un’argilla il cui componente attivo e la montmorillonite e la percentuale nella formulazione della terra varia dal 4% al 10%. Tra gli additivi ci sono amido (rende la terra più plastica), farina di cereali (per minimizzare i difetti della forma), pece macinata (controlla possibili reazioni del metallo con la forma). La formatura avviene tramite compressioni in pressa e vibrazioni. Generalmente si producono pezzi dal peso compreso tra i 100 e i 150 kg.      IN FOSSA: si esegue sia con gli stessi leganti della formatura in terra sintetica che con leganti ad indurimento chimico. Il pavimento viene scavato e da lì si ricava la forma, senza uso di staffe di supporto per la forma. Questo processo è utilizzato per la produzione di materiali di grandi dimensioni e peso (fino a 100 tonnellate), è prassi dunque scomporre la forma in sezioni.   Processi Chimici    FORMATURA A CO 2 : Legante costituito da silicato di sodio o vetro solubile in percentuale dal 3% al 7%. La reazione chimica sulla quale si basa il processo porta alla formazione di carbonato di sodio e silice amorfa che provoca il consolidamento della massa. Tra gli additivi abbiamo resine fenoliche ed ureiche, facilitano la disgregazione e il compattamento. Buona  2 finitura superficiale e precisione dimensionale, usata per leghe non ferrose fino a getti di 100 tonnellate.    FORMATURA IN SABBIA CEMENTO: legante costituito da cemento e acqua. L’indurimento avviene con le tipiche reazioni di idratazione dei materiali cementizi. Per i modelli viene utilizzato il polistirolo e la conducibilità termica della forma è molto buona. Abbiamo tuttavia scarsa precisione dimensionale e finitura superficiale.    FORMATURA IN COLD-BOX: la forma è indurita a freddo grazie alla reazione di cura di una resina termoindurente con un gas che funge da catalizzatore. I processi utilizzati sono due:    Ashland: la resina è formofenolica e poli-isocianato, i catalizzatori sono trietilammina e dietilammina. Otteniamo buona finitura e precisione con getti che vanno da 1 kg a 100 kg.    S0 2 : la resina è fenolica o furanica con un perossido (MEK  –    metiletichetone) mentre l’indurente è proprio S0 2 e acqua. Si ottengono getti fino a 40 tonnellate con buona finitura e precisione. Processi termici    SHELL  –   MOLDING: il legante (resina fenolica) è presente al 2-4% e avvolge la silice con uno spessore sottilissimo. Si può avere sabbia prerivestita che viene spruzzata sul modello che a sua volta viene portato a temperatura in modo da indurire la forma. Le forme sono generalmente costituite da due gusci la cui caratteristica è quella di avere una notevole permeabilità in modo da rendere assenti difetti di soffiatura. Si possono eseguire solo piccoli getti, al massimo 30 kg, con buona precisione e finitura.    MICROFUSIONE: Applicazione del metodo a cera persa. I modelli vengono realizzati in cera tramite iniezione in conchiglia evitando quindi problemi di sottosquadro, estrazione e complessità geometriche. Preparazione dei modelli a grappoli. Esistono ora due soluzioni: 1.   Versamento di una miscela refrattaria a base di zirconia molto fine ed etilsilicato in una vasca in cui è presente il modello in cera. La miscela viene fatta aderire tramite vibrazioni e poi in cottura viene fatta indurire. La cera si scioglie e defluisce dai canali di scolo.  3 2.   Il modello in cera viene immerso in un bagno di materiale ceramico. Quando questo è ancora allo stato liquido viene spruzzata sopra la miscela. Si ripete l’operazione fino al raggiungimento dello spessore desiderato. Si mand a in cottura per l’indurimento e la cera si scoglie.  Questo metodo è applicabile ad ogni tipo di lega ma occorre considerare nel dimensionamento del modello il doppio ritiro di cera e metallo. Di solito si impiega per piccoli getti (5kg) ma gode di un ottimo livello di precisione dimensionale.  Tra i processi presentati fa eccezione il processo POLICAST che prevede l’utilizzo di sola sabbia come materiale per la formatura. Il modello è in polistirolo rivestito con una vernice refrattaria, il quale viene lasciato in forma per poi pirolizzarsi per effetto della colata di metallo fuso. La vernice fa si che la sabbia non si sgretoli durante la colata e che la forma venga mantenuta. Generalmente i modelli sono a grappoli e si fa uso di vibrazioni per favorire la formatura. Il problema di questo processo sono i modelli, in quanto essi sono a perdere (costi), mentre la sabbia è riciclabile completamente. Utilizzato principalmente per elementi in ghisa e alluminio. In forma permanente A differenza della fusione in forma transitoria, le forme sono costituite da leghe metalliche come acciai legati, in modo da poter essere utilizzate per un numero elevato di getti. Il processo si presta all’automatizzazione delle fasi di colata ed estrazione, di conseguenza è utilizzata questa tecnica per le produzioni in serie di un ingente numero di pezzi. Il metallo della conchiglia favorisce maggiore scambio termico e dunque getti con struttura cristallina fine, inoltre si riescono ad ottenere prodotti di maggiore precisione dimensionale con elevata qualità superficiale. A causa del veloce scambio termico, la conchiglia è mantenuta in temperatura per il controllo delle velocità di raffreddamento, dei ritiri, delle tensioni e dei fenomeni che possono creare problemi in fase di estrazione. Non essendo però di materiale poroso la forma deve essere dotata di opportuni canali di sfogo. Per la colata vengono utilizzate leghe la cui temperatura di ingresso (di colata) non danneggi la conchiglia. Le tecniche utilizzate con queste forme sono la colata per gravità e la colata sotto pressione.    COLATA PER GRAVITA’: non si lavorano getti con spessori minimi inferiori a 4 mm ed occorre sempre prevedere degli angoli di sformo (dell’ordine dei 3°). Le conchiglie sono realizzate con ghise ed acciai legati al cromo  4 molibdeno o al tungsteno e le loro superfici sono poi rivestite vernici contenti polveri refrattarie e lubrificanti.    COLATA SOTTO PRESSIONE: la lega liquida viene iniettata ad elevate pressioni e questo consente di ottenere piccoli spessori. Questo processo ha numerosi vantaggi in termini di proprietà meccaniche, precisione e finitura. Si dividono in:    INIETTO FUSIONE (camera di pressione calda): il pistone durante la salita aspira la lega dal crogiolo che può essere isolato dal contatto con l’atmosfera, evitando l’ossidazione della lega. Dura nte la corsa in discesa il fuso viene iniettato dalla conchiglia. Adatto a leghe di magnesio e sconsigliato per leghe di alluminio.    PRESSO FUSIONE (camera di pressione fredda): la macchina è alimentata per batch prelevando la lega da un forno nelle vicinanze. Vengono utilizzate principalmente leghe di alluminio e rame per una produttività di circa 150 pezzi/ora. Con la colata in conchiglia si generano getti piccoli, dell’ordine di una decina di kg.  Nelle fusioni per colata in forma permanente il tempo di raffreddamento del getto in forma è minore rispetto a quello in forma transitoria. Questo ci offre minore tempo di ciclo e migliori proprietà del getto ma allo stesso tempo incorriamo il rischio della solidificazione prematura durante il riempimento. Inoltre per la realizzazione dei sottosquadri utilizzo radiali che escono radialmente dalla conchiglia durante l’estrazione, la quale avviene per mezzo degli estrattori che facilitano la fuori uscita del getto a seguito del ritiro termico. Gli angoli di sformo, contrariamente alle colate informe transitorie, non servono ad estrarre il modello ma direttamente il getto. Colata centrifuga La colata centrifuga rientra nei processi fusori per colata sotto pressione. Avviene introducendo il metallo liquido nella forma con l’ausilio di una pressione indotta dall’esterno.  Il metallo liquido colato nella forma è costretto a riempirla per effetto della forza centrifuga che nasce dalla rotazione della forma stessa. In questo modo si riescno ad ottenere pezzi di forma assialsimmetrica senza dover impiegare anime per la realizzazione della cavità interna. In pratica il fuso viene spinto contro le pareti della forma dalla forza centrifuga. Questo tipo di processo può essere fatto in forma permanente o in forma transitoria, a patto che le forme in terra siano in grado di resistere all’azione erosiva esercitata dal metallo durante il riempimento.