Lavorazioni per fusione: fonderia e processo di colata in terra

Lavorazioni per Fusione

La fonderia è la tecnologia che consente di creare manufatti industriali o artistici (detti getti) portando a fusione i materiali, colandoli in forme di materiale refrattario e facendoli raffreddare in modo da far loro acquisire la forma desiderata.

Processo Tecnologico

1. Realizzazione del modello del manufatto in materiali facilmente lavorabili (legno, gesso, cera, resine). Talvolta, oltre al modello vero e proprio, si costruiscono in materiale refrattario le anime che vengono inserite nella forma per occupare il posto delle eventuali cavità presenti nel pezzo fuso
2. Creazione della forma ottenuta per calco dal modello e che ospiterà nelle sue cavità il materiale fuso; dovendo la forma resistere al calore rilasciato dal materiale fuso, essa viene realizzata in materiali refrattari, quali terre e sabbie (per metalli ad alto punto di fusione), o metallici (per materiali a basso punto di fusione). Al suo interno si creano anche delle cavità per l'immissione e la fuoriuscita del materiale fuso. Modello con anime Formatura
3. Colata del materiale fuso nella forma e suo raffreddamento Colata
4. Liberazione del getto dalla forma (distaffatura) e sua finitura (eliminazione di bavature, levigatura e trattamento delle superfici). Getto grezzo Getto finito
5. Controllo del getto con procedimenti di laboratorio (chimico, meccanicotecnologico, ecc.).

Lo Stabilimento di Fonderia

L'impianto di fonderia si articola in vari reparti, che prendono il nome dall'operazione che viene svolta

Reparti di uno Stabilimento di Fonderia

Reparti Principali

• Modellatura
• Formatura
• Fusione
• Finitura
• Controllo

Reparti Secondari

• Falegnameria
• Deposito modelli
• Laboratorio materiali da formatura
• Laboratorio chimico-fisico
• Laboratorio meccanico-tecnologico

Fusibilità e Colabilità

Affinchè un materiale possa essere utilizzato in fonderia deve possedere le caratteristiche tecnologiche di FUSIBILITA' e COLABILITA'

Proprietà dei Materiali

Proprietà di un materiale di fondere a determinate temperature

Attitudine di un materiale a riempire un contenitore di qualsiasi forma allo stato liquido

Lavorazioni per Fusione

• Carburatori
• Testate di motori
• Raccordi di tubazioni
• Caloriferi
• Rubinetterie
• Bancali di macchine utensili
• Volani
• Componenti di grandi dimensioni

S BING ZUPY 0

Processi di Fonderia

Tipi di Formatura

Forma Transitoria

• Colata in terra
• Formatura a guscio
• Cold-box
• Microfusione o a cera persa
• Con modello a perdere

Forma Permanente

• In conchiglia:
  • per gravità,
  • sottovuoto,
  • pressofusione
• Colata centrifuga

Colata in Terra

Costruzione del Modello e delle Anime

Il modello è un oggetto che rappresenta la sagoma che dovrà assumere il prodotto finale. Per modello s'intende il complesso delle parti necessarie a realizzare la forma di fusione. Esse possono essere:

• corpo di modello, che riproduce la forma esterna dell'oggetto da fondere;
• casse d'anima, per le cavità da ottenere nel getto;
• sagome, per ottenere la forma in terra o sabbia mediante traslazione o rotazione.

Corpo di modello. Cassa d'anima. Forma con canali di colata e di scarico. Anima. Forma con anima pronta per la colata. Getto grezzo. Getto finito. Modello a sagoma (a raffetto) per modellare la sabbia con traslazioni successive. Modello a sagoma per modellare la sabbia mediante rotazione.

Il modello da realizzare, deve essere concepito e disegnato in modo da favorire le seguenti condizioni:

• Facilità di colata Fornire gli spigoli vivi di raccordi e smussi
• Facilità di estrazione
  • Inclinazione delle pareti con angoli di sformo

L S S Profilo di modello con gli angoli di sformo.

• Assenza di «sottosquadro» a b) c) sottosquadro 1 anima V 2 portata d'anima d) 1
• Avere dimensioni superiori a quelle del getto che si vuole ottenere per compensare il ritiro

Ritiro dei Metalli da Fonderia

• Ghisa grigia 1,00%
• Ghisa bianca 1,50%
• Ghisa sferoidale 0,80%
• Acciaio 1,60%
• Bronzo (Sn = 20%) 1,54%
• Ottone (Zn = 30%) 1,58%
• Alluminio 1,70%
• Leghe leggere 1,40 %
• Essere maggiorato per i sovrametalli I sovrametalli variano da 1 a 10mm

Materiali da Costruzione per i Modelli

Dipende dal numero e conformazione delle fusioni da produrre, e dipende dai procedimenti di formatura prescelti.

• Legno
• Metallo (per la formatura di grandi serie)
• Gesso (per modelli d'arte)
• Cera (per modelli d'arte e di oreficeria)
• Materie plastiche (in campo automobilistico per modelli a perdere)

https://www.youtube.com/watch?v=0Ur6wLDU9yg

Classificazione dei Modelli

1. MODELLI PER ESTERNI
2. MODELLI PER INTERNI o CASSE D'ANIMA

Modelli per Esterni

• A TUTTA VISTA
• TRANSITORI MODELLI CHE VENGONO DISTRUTTI AL MOMENTO DELLA COLATA
• SU PLACCA
• A UNA SOLA FACCIA
• A DOPPIA FACCIA
• A DUE PLACCHE
• A SAGOMA
• A RAFFETTO

Modelli per Interni (o Casse d'Anima)

CASSA D'ANIMA PER LA COSTRUZIONE DI UN'ANIMA CILINDRICA

Mezze casse d'anima anima Spine di riferimento 0

Fasi della Costruzione di un Getto in una Forma di Terra, con Anima

SEZIONE IN MEZZERIA DEL GETTO DA REALIZZARE

FORMA DI TERRA CON CANALE DI COLATA E MONTANTE

MODELLO IN LEGNO O

ANIMA DI TERRA

FORMA CON ANIMA PRONTA PER LA COLATA DEL METALLO

SEZIONE IN MEZZERIA DEL GETTO DOPO LA STERRATURA E L'ASPORTAZIONE DELL'ANIMA

I modelli si distinguono con colori diversi in funzione del materiale da usare nella fusione.

Colorazione dei Modelli

• Ghisa Rosso cinabro
• Acciaio e ghisa malleabile Azzurro oltremare
• Bronzo ed ottone Giallo arancio
• Leghe leggere Grigio chiaro
• Parti del getto da asportare Strisce nere sul colore corrispondente
• Portate d'anima Nero
• Altri metalli Senza colore

https://www.youtube.com/watch?v=LI1F0OAMtas

Terre da Fonderia

QUARZO -> refrattarietà

Componenti delle Terre da Fonderia

ARGILLA > potere legante

ALTRE SOSTANZE (calce, ossido di ferro, allumina, ecc)

Proprietà delle Terre da Fonderia

• REFRATTARIETA'
• PLASTICITA'
• PERMEABILITA'
• FINEZZA
• CONSISTENZA

Recupero delle Terre (Terre Rigenerate)

Le terre già usate vengono recuperate dopo opportune operazioni.

SEPARATORI MAGNETICI

SETACCI

Distinzione tra «Terre Vecchie» e «Terre Nuove»

! PER LE ANIME -> TERRA NUOVA

Lavorazione delle Terre

1. Trituratore
2. Molazza

La molazza consiste in una vasca metallica in cui ruotano due grossi cilindri di ghisa durissima, posti a una certa distanza dal loro asse di rotazione. La terra immessa nella vasca viene energicamente triturata e mescolata

1. Disintegratore

I disintegratori separano i grani di terra molazzata spingendoli in aria ed operando anche una utile aerazione

Setaccio

1. Setaccio

Setaccio rotativo

Con queste operazioni si ottengono le TERRE DA MODELLO > per il primo strato di copertura del modello

Dalle terre vecchie setacciate e depolverate si ottengono TERRE DA RIEMPIMENTO > per completare il riempimento della forma

La Formatura

• FORMATURA A MANO
• FORMATURA A MACCHINA
• FORMATURA A VERDE
• FORMATURA A SECCO
• FORMATURA A MANO

https://www.youtube.com/watch?v=beLWCi0m9ic

Le terre vengono immesse nelle staffe coprendo il modello e vengono pressate. Nella terra si praticano le tirate d'aria

STAFFE

Attrezzi per la Formatura a Mano

• Ago
• Cazzuole
• Mazzuoli
• Spatole
• Battola
• Uncini
• Soffietto
• Lisciatoi

• FORMATURA A MACCHINA
  • MACCHINA A COMPRESSIONE
  • MACCHINA A SCOSSA
  • MACCHINA LANCIATERRA
  • MACCHINA A COMPRESSIONE

PISTONE MODELLO STAFFE COMPRESSORE

• MACCHINA A SCOSSA
• MACCHINA LANCIATERRA

TRAMOGGIA STAFFA PIASTRA MODELLO

• FORMATURA A VERDE SENZA ESSICCAZIONE -> PIU' VELOCE ED ECONOMICO
• FORMATURA A SECCO CON ESSICCAZIONE -> PIU' LUNGO E COSTOSO

Dispositivi di Colata

• BACINI DI COLATA
• CANALI DI COLATA
• MATEROZZE

Tipi di Bacini di Colata

• a) A TAZZA
• b) CON POZZETTO
• c) A SIFONE

a) COLATA DIRETTA b) COLATA LATERALE c) COLATA IN SORGENTE d) COLATA A PETTINE

Bacini di Colata

a) A TAZZA b) CON POZZETTO c) A SIFONE

Canali di Colata

a) Getto COLATA DIRETTA b) Getto COLATA LATERALE c) Getto COLATA IN SORGENTE d) Getto COLATA A PETTINE

Materozze

canale di colata materozza getto terra da fonderia staffa Fig. 1 - Rappresentazione schematica di una fusione.

La funzione della materozza (o delle materozze) è quindi quella di evitare le "cavità da ritiro", che altrimenti si formerebbero, come mostrato in fig. 2.

cavità Fig. 2 - Il raffreddamento di un getto non alimentato produce cavità.

Fig. 3 - Alimentazione di un getto tramite una materozza. cono da ritiro metallo fuso cavità

Finitura dei Getti, Controllo e Collaudo

• DISTAFFATURA
• STERRATURA
• SABBIATURA
• SBAVATURA
• CONTROLLO E COLLAUDO
• DISTAFFATURA : LIBERAZIONE DEL GETTO DALLA FORMA A MANO A MACCHINA Scuotitore a tavola vibrante.
• STERRATURA -> ELIMINAZIONE DI RESIDUI DI TERRA A MANO A MACCHINA
• SABBIATURA A MACCHINA
  • pulire a fondo il getto;
  • ridurre la rugosità superficiale;
  • preparare il pezzo ad ulteriori lavorazioni o trattamenti;
  • consentire la rilevazione di difetti superficiali

Sabbiatrice a barile. Sabbiatrice a tunnel. Graniglia a pallini. Graniglia a spigoli vivi.

• SBAVATURA-> ELIMINAZIONE DI BAVE, CANALI DI COLATA, MATEROZZE A MANO A MACCHINA Scalpellatura dei canali di colata.
• CONTROLLO E COLLAUDO RAGGI X, ESAMI MAGNETICI ES: COLLAUDO A PERCUSSIONE

Difetti e Prove

DIFETTO	DESCRIZIONE	PROVA
Inclusioni endogene	Si producono volutamente, sono minuscole particelle che rimangono intrappolate nel bagno liquido.	non sono rivelabili con le comuni PnD
Inclusioni esogene	Particelle di scoria o refrattarie trascinate dal metallo liquido che rimangono intrappolate nel bagno.	US
Coni di ritiro e ritiri secondari	Cavità che si producono in testa ed all'interno del getto a causa della contrazione del metallo durante la solidificazione e il raffreddamento.	US, RX, LP, MS
Soffiature	Cavità tondeggianti isolate che si producono quando i gas espulsi dal metallo rimangono intrappolati nella solidificazione.	US, RX
Porosità o microporosità	In relazione alla loro dimensione sono moltitudini di piccole cavità di gas raggruppate in volumi più o meno estesi.	US, RX
Riprese di colata	Visibili sulla pelle del getto si estendono in profondità. Si producono a causa di un'interruzione della colata durante la quale si è avuta l'ossidazione della superficie.	US, LP, MS
Segregazioni	Concentrazioni di impurezza localizzate ai bordi dei grani situate nella zona centrale, cioè nell'ultima zona che si solidifica e sono gli elementi con il più basso punto di solidificazione del bagno.	US
Sacche d'aria	Cavità che si producono a causa di sacche di aria inglobate nel getto, rimaste nella forma durante il processo di colaggio. Si verifica tale difetto specialmente nel processo di pressofusione.	visivo, US, RX
Soffiature o porosità superficiali	Cavità di gas molto allungate e spesso aperte alla superficie.	visivo, US, RX
Cricche superficiali	Si producono a causa del guscio solidificato di spessore molto irregolare per effetto dell'azione fluidostatica del cuore ancora fuso.	LP, MS, CI
Cricche interne	Zone segregate con tenori di zolfo e altri elementi chimici superiori al normale.	US
Cavità di ritiro	Difetti tridimensionali senza ossidi nel loro interno, che scompaiono nelle successive lavorazioni plastiche.	US, RX

• Ultrasuoni (US);
• Radiografia (RX);
• Correnti Indotte (CI);
• Magnetoscopia (MS);
• Liquidi Penetranti (LP);
• Rivelazione Fughe (RF).