44474-Esercitazione fonderia

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Tecnologia Meccanica Università Università di Bergamo Facoltà Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale Anno Accademico 2010-2011

ESERCITAZIONE Fonderia Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Tecnologia Meccanica Università Università di Bergamo Facoltà Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale Anno Accademico 2010-2011

STRUTTURA ESERCITAZIONE: - Richiami di Fonderia - Dimensionamento del modello - Dimensionamento sistema di alimentazione - Dimensionamento del sistema di colata Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Richiami di fonderia

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Progettazione ciclo di fonderia Si tratta di progettare:
il modello
la forma (in terra) pronta per la colata (riempimento e alimentazione)di un particolare meccanico, fornite le caratteristiche del materiale ed il disegno del prodotto finito rispettando
la fattibilità del prodotto stesso,
l’estraibilità del modello dalla forma,
la necessità di realizzare sottosquadri o fori passanti
la necessità di progettare le anime e di dimensionare le portate d’anima. Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Richiami di fonderia

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Riepilogo delle problematiche Ritiro Fenomeni che hanno Cavità di ritiro luogo durante Alimentazione la fase di raffreddamento Tensioni di ritiro in fase liquida e solida

Aspetti geometrici del modello e sua realizzabilità realizzabilità

Materozze - Dimensionamento Raffreddatori

Formazione di cricche a caldo

Attenzione alle variazioni di spessore Raccordi - Dimensionamento

Sovrametallo

Lavorazioni successive

Angoli di spoglia

Estraibilità del modello dalla forma

Raccordi

Riduzione tensioni Aumento resistenza forma

Scomposizione in più più parti Fori

Anime e portate d’anima

Sottosquadri Altri elementi

Canale e attacchi di colata

Dimensionamento Spinta metallostatica

Filtri - Trappole - Sfiati Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Richiami di fonderia

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Ritiro

Il materiale versato nella cavità della forma, una volta solidificato e raffreddato completamente, presenterà un volume minore di quello che aveva al momento della colata. Per compensare questa contrazione volumetrica si aumentano le dimensioni del modello (rispetto a quelle del pezzo) di una quantità pari al ritiro previsto. Valori medi di ritiro lineare (UNI 473)

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Sovrametallo

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Richiami di fonderia

Generalmente un pezzo realizzato per fusione presenta sia un grado di finitura superficiale piuttosto scarso sia errori dimensionali e di forma. Risulta quindi necessario disporre, su dette superficie di un opportuno sovrametallo. Quindi il modello presenterà, rispetto al pezzo finito, dimensioni maggiori (se le quote sono relative a superficie esterne) e minori (se le quote sono relative a fori o, in generale, a superficie interne) di una quantità pari al sovrametallo previsto. Valori indicativi del sovrametallo (in mm) per getti in acciaio realizzati mediante fusione in terra.

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Richiami di fonderia

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Sovrametallo Valori indicativi del sovrametallo (in mm) per getti in ghisa realizzati mediante fusione in terra.

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Disegno del Prodotto

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Richiami di fonderia

Ghisa grigia

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Richiami di fonderia

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Modello Sovrametallo su tutte le superfici: 3 mm Ritiro: 1 % Angolo di sformo: 2°

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Richiami di fonderia

1 – Piano di divisione delle staffe Sformo

Pds

Sformo

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Richiami di fonderia

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2 – Sovrametallo – Ritiro – Sformi Il sovrametallo può essere aggiunto o sottratto a seconda che si tratti di superfici interne o esterne: dipende dal caso specifico Il ritiro va sempre aggiunto Gli sformi sono diversi fra superfici interne ed esterne Per la realizzazione di fori o cavità interne si utilizzano le anime

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Richiami di fonderia

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Dim.

Rit.

Sovram.

Modello

Dia. 60

+ 0.6

+3 +3

66.6

67

Dia. 30

+ 0.3

-3 -3

24.3

24

Dia. 20

+ 0.2

-3 -3

14.2

14

Dia. 40

+ 0.4

+3 +3

46.4

47

Dia. 70

+ 0.7

-3 -3

64.7

65

Dia. 90

+ 0.9

+3 +3

96.9

97

10

+ 0.1

+3 -3

10.1

10

20

+ 0.2

+3 +3

26.2

26

30

+ 0.3

+3 +3

36.3

36

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Richiami di fonderia

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3 – Realizzazione foro

Per realizzare un foro è necessario mettere nella cavità realizzata dal modello nella forma in terra, un’ un’anima che rappresenta il foro stesso. Questo significa che il modello è pieno come se il foro non ci fosse. fosse Devono però essere previste delle portate d’ d’anima che hanno lo scopo di sostenere l’anima una volta inserita nella forma. Passi: 1) Dimensionare il foro tenendo conto di ritiri e sovrametalli 2) Dimensionare le portate d’anima 3) Aggiungere le portate d’anima al modello 4) Disegnare l’anima

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Abbiamo già visto le quote relative al pezzo che riportiamo … Dim.

Rit.

Sovram.

Anima

Dia. 30

+ 0.3

-3 -3

24.3

24

Dia. 20

+ 0.2

-3 -3

14.2

14

20

+ 0.2

+3 +3

26.2

26

30

+ 0.3

+3 +3

36.3

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Portate d’anima

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Richiami di fonderia

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Modello finale

Portata d’anima

Raccordo da tabella

Semimodello superiore Semimodello inferiore

Raccordo pari al sovrametallo

Portata d’anima

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Richiami di fonderia

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Modello e anima tridimensionali Anima Semimodello superiore

Semimodello inferiore

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Richiami di fonderia

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Forma allestita

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Grezzo di fonderia

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Richiami di fonderia

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Dimensionamento del modello

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Esercitazione 25 marzo 2010

E IL M E M SI ESA C ’ FA A D M TE

Allievi Meccanici

Tema

Si studi la realizzazione del componente descritto nel disegno, ottenuto mediane fusione in terra e modello in legno

Dati del problema Acciaio per getti (FeG520) Peso specifico: 7.8 g/cm3

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Dimensionamento del modello

Disegno del Prodotto

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Dimensionamento del modello

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Si richiede:


Il progetto di massima del modello (scelta del piano di divisione delle staffe, angoli di spoglia, raggi di raccordo) e dell’anima (con relative portate d’anima). Si preveda un opportuno sovrametallo (uguale su tutte le superfici) per permettere la successiva lavorazione del componente alle macchine utensili.
Il dimensionamento e il posizionamento delle materozze e del canale di colata.
La scelta delle staffe (dimensioni secondo le tabelle UNI allegate).
Il calcolo della spinta metallostatica.

N.B. E’ richiesto un disegno qualitativo (quotato) del modello e dell’anima in cui, oltre al piano di divisione delle staffe, siano indicati gli angoli di spoglia, i raggi di raccordo e le portate d’anima. Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del modello

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Grezzo

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Dimensionamento del modello

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Grezzo Acciaio per getti (FeG520)

Valori medi di ritiro lineare (UNI 473)

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Dimensionamento del modello

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Scelta del piano di divisione delle staffe - Evitare sottosquadri - Omogeneità del materiale - Mantenimento superfici cilindriche - Rendere agevoli le operazioni di formatura - Rispettare i vincoli impiantistici

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Dimensionamento del modello

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Disegno e dimensionamento del modello • Ritiro • Sovrametallo • Angoli di spoglia • Raggi di raccordo • Portate d’anima

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Dimensionamento del modello

Disegno e dimensionamento del modello

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Disegno e dimensionamento del modello

GTSL TMSG

Dimensionamento del modello

Bergamo Brescia

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Dimensionamento del modello

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Disegno e dimensionamento del modello Ritiro = 1.8 % Sovrametallo = 4-5 mm Quota pezzo [mm]

Ritiro [mm]

Sovrametallo [mm]

Quota modello [mm]

Quota arrotondata [mm]

φ

500

9

10

519

519

φ

400

7.2

-10

397.2

397

φ

100

1.8

10

111.8

112

150

2.7

-10

142.7

143

100

1.8

10

111.8

112

50

0.9

10

60.9

61

25

0.45

10

35.45

35

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Dimensionamento del modello

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Disegno e dimensionamento del modello Angoli di spoglia = 2°- 3° Raggi di raccordo Angoli 10 – 15 mm Spigoli pari al sovrametallo Portate d’anima - non presenti

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Dimensionamento del modello

Disegno quotato

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Dimensionamento del modello

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Dimensionamento delle staffe Vedi Tabelle Questa operazione può essere svolta in questa fase ma richiederà una verifica una volta dimensionate le materozze

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

Dimensionare il sistema di alimentazione per il grezzo in figura.

In particolare determinare: 1) Numero 2) Posizione 3) Dimensioni

degli alimentatori (compresi di colletto) che si riterrà opportuno introdurre affinché il getto si presenti privo di difetti, ovvero: - senza cavità di ritiro - senza porosità Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

Acciaio per getti (FeG520)

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

Moduli termici Scomponiamo il grezzo in geometrie elementari:

Volume π (D2 − d 2 ) ⋅ h / 4 = = M1 = 2 2 2 Superficie πDh + πdh + 2π ( D − d ) / 4 − 4 s M1: barra

π (519 2 − 397 2 ) ⋅ 61 / 4 = = π 519 ⋅ 61 + π 397 ⋅ 61 + 2π (519 2 − 397 2 ) / 4 − 4 ⋅ 352

= 15.47 mm Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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M2: barra Volume 352 ⋅143 M2 = = = 8.75 mm Superficie 4 ⋅ 35 ⋅143

M3: cilindro D2 112 2 H 112 π π 4 4 = = 20 .35 mm M3 = 2 D2 112 − 4 s 2 π112⋅ 112 + 2π − 4 ⋅ 35 2 π D H + 2π 4 4 Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Solidificazione direzionale 15.47

8.75

20.35

- Una materozza centrale - N sulla corona circolare

Da cosa dipende N ? • distanza di alimentazione Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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In prima approssimazione, considerata la simmetria del grezzo, prendiamo N=4 X

X

X

X

X

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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M3=20.35 M1=15.47

Materozza 1

M2=8.75

Il modulo da proteggere risulta pari a M1=15.47 mm Di conseguenza il modulo della materozza1 vale Mm=1.2 M1=18.56 mm Selezioniamo una materozza circolare con diametro D=100 mm Dovendo essere Mm=Vm/Sm otteniamo

Vm =

π 1002 ⋅ h 4

= 7854 ⋅ h

mm

Sm =

π 100 2 4

+ π 100 ⋅ h = 7854 + 314 ⋅ h

mm

Da cui h= 72.04 mm

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Materozza 1 Dimensionamento del collare

Collare coibentato

Materozza 1 collare Dimensioni collare

Dm(mm)

d (mm)

L (mm)

100

(0.40*100)= 40

(0.18*100)=18

axb=630x630 oppure axb=630x800 Hsup=125 mm Hsup=125-30.5-18= 76.5 mm Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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M3=20.35 M1=15.47

M2=8.75

Materozza 3

Il modulo da proteggere risulta pari a M3=20.35 mm Di conseguenza il modulo della materozza1 vale Mm=1.2 M3=24.42 mm Selezioniamo una materozza circolare con diametro D=120 mm Dovendo essere Mm=Vm/Sm otteniamo

Vm =

π 1202 ⋅ h 4

= 11310 ⋅ h

mm

Sm =

π 120 2 4

+ π 120 ⋅ h = 11310 + 377 ⋅ h

mm

Da cui h= 131. 42 mm Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Materozza 3 Dimensionamento del collare

Collare coibentato

Materozza 3 collare Dimensioni collare

Dm(mm)

d (mm)

L (mm)

120

(0.40*120)= 48

(0.18*120)=22

axb=630x630 oppure axb=630x800 Aumento Dm

Hsup=125-56-22= 47 mm oppure Hsup=160-56-22= 82 mm oppure…

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Supponiamo di aumentare il Dm Primo caso

Selezioniamo una materozza circolare con diametro D=140 mm Dovendo essere Mm=Vm/Sm otteniamo

Vm =

π 1402 ⋅ h 4

= 15394 ⋅ h

Sm =

π 140 2 4

+ π 140 ⋅ h = 15394 + 440 ⋅ h

Sapendo che Mm=1.2 M3=24.42 mm

Da cui h= 80.84 mm

Materozza 3 collare Dimensioni collare

Dm(mm)

d (mm)

L (mm)

140

(0.40*140)= 56

(0.18*140)=25

Hsup=125-56-25= 44 mm axb=630x630 oppure axb=630x800

Hsup=160-56-25= 79 mm

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Supponiamo di aumentare il Dm Primo caso

Selezioniamo una materozza circolare con diametro D=160 mm Dovendo essere Mm=Vm/Sm otteniamo

Vm =

π 1602 ⋅ h 4

= 20106 ⋅ h

Sm =

π 160 2 4

+ π 160 ⋅ h = 20106 + 503 ⋅ h Da cui h= 62.73 mm

Sapendo che Mm=1.2 M3=24.42 mm Materozza 3 collare Dimensioni collare

Dm(mm)

d (mm)

L (mm)

160

(0.40*160)= 64

(0.18*160)=29

Hsup=125-56-29= 40 mm axb=630x630 oppure axb=630x800

Hsup=160-56-29= 75 mm

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Materozza 1 Dimensionamento del collare

Collare coibentato

Materozza 1 collare Dimensioni collare

Dm(mm)

d (mm)

L (mm)

100

(0.40*100)= 40

(0.18*100)=18

axb=630x630 oppure axb=630x800 Hsup=160 mm Hsup=160-30.5-18= 111.5 mm Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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61

112

35

160

79

140 111.5

100

112

143

61

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

Verifica distanza di alimentazione

Si individuano tre tratti da alimentare: • corona circolare • quattro razze • perno centrale (per la materozza centrale in primis)

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Corona

S (mm) 61

Dmat 100

Distanza DA alimentare Distanza di alimentazione Esito (π*458-4*Dmat)/8= 130 3.5*S= 214 OK

Distanza di alimentazione >= Distanza da alimentare

OK

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Razze 7xs

S (mm) 35

Dmat 100 - 140

Distanza DA alimentare Distanza di alimentazione Esito 229-50-70 = 109 3.5*2*S= 245 OK

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Mozzo

S (mm) 112

Distanza da Distanza di alimentare alimentazione (mm) (mm) 112 3.5*S+2.5*S 672

Esito ok

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Resa della materozza Vr = b

100

⋅ (V p + Vm )

Volume della cavità di ritiro

b = coeff. di ritiro volumetrico

Volume massimo alimentabile dalla materozza

Vmax = Vm ⋅ ((14 − b) / b)

Clindrica o ovale

Vmax = Vm ⋅ ((20 − b) / b)

Emisferica o sferica

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Resa della materozza Vmax = Vm ⋅ ((14 − 1.8) / 1.8) Vmax1 =

π 100 2 ⋅111.5

⋅ ((14 − 1.8) / 1.8) = 5935428 mm3

4 5935428 = 1483857 mm3 Vmax1 = 4 π 140 2 ⋅ 79 ⋅ ((14 − 1.8) / 1.8) = 8242527 mm3 Vmax 3 = 4

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Materozza 1: diagramma Caine

Utilizzeremo materozze non coibentate. I coefficienti dell’Eq. di Caine valgono:

x=

1

a +c y −b

0.9 0.8

a = 0.1

Area pezzi sani

0.7

y

0.6

b = 0.03 ⇒ y =

0.5

c =1

0.4 0.3

0.1 +0.03 x −1

0.2 0.1 0

1

1.1

1.2

1.3 x

1.4

1.5

1.6

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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Materozza 1: curve isodelta M3=20.35 M1=15.47

(

M2=8.75

)

π 5002 − 4002 ⋅ 50 V 3534000 V1 = = 3534000mm3 ⇒ 1 = = 884000mm3 4 4 4 Posto X = M m / M p e Y = Vm / V p ed esprimendo anche Vm in funzione del rapporto δ = H / D

π M p (1 + 4δ)3 k= 4 Vp δ2 3

Y = kX

3

3 π M p (4δ + 1)3 3 π 12.53 (4δ + 1)3 3 y= x ⇒y= x 4 Vp 4 884000 δ 2 δ2

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

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y≥

Scegliamo un rapporto x=1.3

0.1 + 0.03 ≥ 0.36 1.3 − 1

1 0.9 0.8 0.7 delta=1.5 0.6 y

delta=1 0.5 delta=0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1

1.1

1.2

1.3 x

1.4

1.5

1.6

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

1 0.9 0.8 0.7 delta=1.5 0.6 y

delta=1 0.5 delta=0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1

1.1

Il volume della materozza vale: (in funzione del volume da proteggere)

1.2

Materozza 1 12.5 Mp (mm) Vp (mm3) 883573 1.3 x

1.3 x

1.4

Delta 0.5 1.0 1.5

y 0.41 0.48 0.58

1.5

1.6

Vm (mm 3)=y*Vp 363977 421269 513762

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Le dimensioni della materozza valgono:

H =δ ⋅D Vm =

Materozza 1 12.5 Mp (mm) 3 Vp (mm ) 883573 1.3 x

Delta 0.5 1.0 1.5

π 4

D2H =

y 0.41 0.48 0.58

π 4

D 3δ

⇒D=3

Vm (mm 3)=y*Vp 363977 421269 513762

4 Vm

π δ

Dm (mm) Hm(mm) 97.5 48.8 81.3 81.3 75.8 113.8

Scegliamo delle materozze cilindriche con dimensioni standard: Dm (mm)

Hm (mm)

100

50

80

80

75

115

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Materozza 1: dimensionamento collare collare coibentato

Materozza 1 collare Hm(mm) d (mm) 50 40 80 32 115 30

Dm (mm) 100 80 75

dimensioni collare

L (mm) 18 14 14

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

M3=20.35 M1=15.47

M2=8.75

Materozza 3

Il modulo da proteggere risulta pari a M3=20.35 mm Di conseguenza il modulo della materozza1 vale Mm=1.2 M3=24.42 mm Selezioniamo una materozza circolare con diametro D=120 mm Dovendo essere Mm=Vm/Sm otteniamo

Vm =

π 1202 ⋅ h 4

= 11310 ⋅ h

mm

Sm =

π 120 2 4

+ π 120 ⋅ h = 11310 + 377 ⋅ h

mm

Da cui h= 131. 42 mm Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Materozza 3: diagramma Caine

Iniziamo con l’ipotizzare materozze non coibentate. I coefficienti dell’Eq. di Caine valgono:

a x= +c y −b

1 0.9 0.8

Area pezzi sani

0.7

a = 0.1

y

0.6

b = 0.03

0.5 0.4

⇒ y=

c =1

0.3

0.1 + 0.03 x −1

0.2 0.1 0

1

1.1

1.2

1.3 x

1.4

1.5

1.6

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

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Materozza 3: curve isodelta M3=20.35 M1=15.47

V3 =

M2=8.75

π 100 2 ⋅100 4

= 785000mm3

Posto X = M m / M p e Y = Vm / V p ed esprimendo anche in funzione del rapporto δ = H / D

Vm

π M p (1 + 4δ)3 k= 4 Vp δ2 3

Y = kX

3

3 π M p (4δ + 1)3 3 π 17.53 (4δ + 1)3 3 y= x ⇒y= x 4 Vp δ2 4 785000 δ 2

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

y≥ Scegliamo un rapporto x=1.2

0.1 + 0.03 ≥ 0.53 1.2 − 1

2 1.8

delta=1.5

1.6

delta=1

1.4

delta=0.5

y

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1

1.1

1.2

1.3 x

1.4

1.5

1.6

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

2 1.8

delta=1.5

1.6

delta=1

1.4

delta=0.5

y

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1

Il volume della materozza vale: (in funzione del volume da proteggere)

1.1

1.2

Materozza 3 17.5 Mp (mm) Vp (mm 3) 785398 1.2 x

1.3 x

1.4

Delta 0.5 1.0 1.5

y 1.00 1.16 1.41

1.5

1.6

Vm (mm3)=y*Vp 785546 909197 1108816

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Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Le dimensioni della materozza valgono:

H =δ ⋅D Vm =

Materozza 3 17.5 Mp (mm) 3 Vp (mm ) 785398 1.2 x

π 4

Delta 0.5 1.0 1.5

D2H =

y 1.00 1.16 1.41

π 4

D 3δ

⇒D=3

Vm (cm 3)=y*Vp 785546 909197 1108816

4 Vm

π δ

Dm (mm) Hm(mm) 126 63 105 105 98 147

Scegliamo delle materozze cilindriche con dimensioni standard: Dm (mm) Hm(mm) 120 60 100 100 95 15 Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

Dimensionamento del sistema di alimentazione

GTSL TMSG Bergamo Brescia

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Materozza 3: dimensionamento collare collare coibentato

dimensioni collare

Dm (mm) 120 100 95

Materozza 3 collare Hm(mm) d (mm) 60 48 100 40 145 38

L (mm) 22 18 17

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Dimensionare il sistema di colata per il grezzo in figura. In particolare determinare: - numero - posizione - dimensioni del canale di colata, canale di distribuzione e attacchi di colata.

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Grezzo

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Grezzo

Acciaio per getti (FeG520)

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GTSL TMSG

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Dimensionamento del sistema di colata

Bergamo Brescia

Volume del getto

Scomponiamo il getto in geometrie elementari:

1

V1: =

3

2

π (519 2 − 397 2 )⋅ 61 4

= 5353959 mm 3

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

( (

))

2 V = 22 .⋅5143 ⋅ 15⋅44==375 cm 3 mm 3 =2 35 700700

V2:

2 π 112 π 10⋅2112 ⋅10

V=3 =

V3:

44

3 = 785cm3 mm = 1103428

VM3: 1 materozza

VM1: 4 materozze VM 1 =

π 100 2 ⋅111.5 4

4 = 3502876 mm

3

Materozza 1 Materozza 3

Dm (mm) Hm(mm) 100 112 140 79

VM 3 =

π 1402 ⋅ 79 4

= 1216111 mm3

Vgetto: 5353959+700700+1103428+3502876+1216111=11877074 mm3 Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Dimensionamento sezioni caratteristiche Occorre determinare l’area della sezione di strozzatura (sezione minima) Imponiamo un bilancio di massa :

V = SS ⋅ v tr

SC Sistema non pressurizzato  SS =  S  A Sistema pressurizzato

Dove: • V =volume del metallo • tr = tempo di riempimento (s) • SS= area (complessiva) sezione di strozzatura • v = velocità metallo nella sezione di strozzatura

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Vincoli temporali

Il tempo di riempimento deve essere minore: • del tempo di inizio solidificazione ts delle parti sottili del getto • del tempo di esposizione massimo tc all’irraggiamento da parte della forma Il valore di ts può essere calcolato mediante una di queste formule sperimentali:

t s = k S ⋅ s1.71

Dove: •s = spessore della zona più sottile [cm] = costante empirica da tabella • ks

t s = k M ⋅ M 1.71

Dove: •M = Modulo si solidificazione [cm] = costante empirica da tabella • kM Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Surriscaldo Materiale

Acciai Ghise malleabili e bronzi Ghisa grigia e sferoidale

50°C 100°C 150°C 200°C kM kS kM kS kM kS kM kS 2.0 0.6 8.0 3.0 18.0 6.0 30.0 10.0 3.0 0.9 12.0 3.5 25.0

7.5 45.0 14.0

4.0 1.3 15.0 5.0 38.0 12.0 65.0 20.0

Valori indicativi delle costanti k in funzione della temperatura di surriscaldo per getti colati in sabbia silicea. Forme ed anime Forme in terra (verde) agglomerate con leganti sintetici 4- 25 s fino a 60 s

Valori indicativi del tempo critico di esposizione tc (s). Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di colata

Vincoli temporali

Il tempo di riempimento deve essere minore: • del tempo di inizio solidificazione ts delle parti sottili del getto • del tempo di esposizione massimo tc all’irraggiamento da parte della forma Il valore di ts può essere calcolato mediante una di queste formule sperimentali:

t s = k S ⋅ s1.71 = 0.6 ⋅ 2.51.71 = 3 [ s ](+50°) t s = k S ⋅ s1.71 = 3 ⋅ 2.51.71 = 14 [ s ]( +100°) t s = k S ⋅ s1.71 = 6 ⋅ 2.51.71 = 29 [ s ](+150°) Dove: •s = spessore della zona più sottile [cm] • ks = costante empirica da tabella Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di colata

Vincoli temporali

Il tempo di riempimento deve essere minore: • del tempo di inizio solidificazione ts delle parti sottili del getto • del tempo di esposizione massimo tc all’irraggiamento da parte della forma Il valore di ts può essere calcolato mediante una di queste formule sperimentali:

t s = k M ⋅ M 1.71 = 8 ⋅ 0.6251.71 = 3.6 [ s ] t s = k M ⋅ M 1.71 = 8 ⋅1.31.71 = 12.5 [ s ] t s = k M ⋅ M 1.71 = 8 ⋅1.751.71 = 21 [ s ] Dove: •M = Modulo si solidificazione [cm] = costante empirica da tabella • kM Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Vincoli temporali Il tempo di riempimento deve essere minore: • del tempo di inizio solidificazione ts = 12.5 s • del tempo di esposizione massimo tc =14 s

Tempo di riempimento = 10 s Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

Calcolo della portata Vgetto= 11877074 mm3 Q= V/tr= 11658732/10=1187707 mm3 /s

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Dimensionamento del sistema di colata

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Velocità di riempimento v = c 2⋅ g ⋅ H

h

Dove: • g = 9.8 (m/s2) • H = altezza dal pelo libero (m) • c = perdite di carico

v = 0.5 2 ⋅ g ⋅ 0.160 = 0.89 m / s

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Velocità di Dimensionamento riempimentodel sistema di colata

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v = c 2⋅ g ⋅ Hm  h f + hi   Hm =    2  

2

2

 (160 − 56) + 160   = 130.53 mm Hm =    2  

hi

hf

Dove: • g = 9.8 (m/s2) • Hm= altezza dal pelo libero (m) • c = perdite di carico

v = 0.5 2 ⋅ g ⋅ 0.131 = 0.8 m / s

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Sezioni v media

Dimensionamento del sistema di colata

v = 0.5 ⋅ (0.89 + 0.80) ~ = 0.85 m / s

Q 1187707 mm3 = 1397 mm 2 SA = = 850 mm / s v Rapporto delle sezioni Sc = canale colata / Sd = canale distributore / Sa= attacchi Sc / Sd / Sa 4/3/2

S C = 2794 mm 2

S D = 2096 mm 2

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Dimensionamento del sistema di colata

Dimensioni Tecnologia Meccanica – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Gianluca D’Urso – A.A. 10/11

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

La spinta metallostatica Dove: g = peso specifico liquido (kg/m3) V1,2,3 = volume (m3)

V2

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

La spinta metallostatica V1

V2

V3

Ipotesi: trascuro materozze

V1 =

π (519 2 − 397 2 )⋅ (160 − 35) 4

= 10971227 mm3

V2 = (35 ⋅143) ⋅ (160 − 17.5) ⋅ 4 = 2852850 mm 3

Altezza staffa: 160 mm

V3 =

π 1122 ⋅ (160 − 61) 4

= 975351.4 mm3

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Dimensionamento del sistema di colata

GTSL TMSG Bergamo Brescia

V = V1 + V2 + V3 = 14799428 mm 3

F = γ (V1 + V2 + V3 ) = 115 kg

Verso l’alto

Dimensioni staffa

La staffa superiore pesa:  kg 

γ sabbia = 2.7  3   dm 

Vsabbia = Vstaffa − V pezzo / 2 − Vmaterozze = (630 ⋅ 800 ⋅160) − 2346 − 2248 = = 80640000 − 7158087 − 4500645 = 68981268 mm3

F=186 kg 186 > 115

Verso il basso OK

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