Capitolo 5 – Pianificazione dei modelli e organizzazione dei test
Data l’assenza in letteratura di test standard per la valutazione della colabilità si è scelto di utilizzare una metodologia empirica in uso presso alcune fonderie soprattutto di ghisa. Altri modelli sono stati presi in esame [9] ed è parso interessante pianificare colate su stampi che permettano l’ottenimento di una lastra forata, parte che verrà sviluppata nel corso degli sviluppi della ricerca. La scelta della preparazione degli stampi in sabbia è legata alla necessità di svolgere numerosi test in tempi rapidi con di volta in volta un adattamento del modello alle esigenze riscontrate, in modo da raggiungere uno stampo standard che possa poi essere utilizzato indistintamente dalla lega a base rame di cui si voglia testare la colabilità.
5.1– LEGHE E PARAMETRI DI COLATA
I parametri impostati per ogni colata saranno:
Temperatura
Si fissa una temperatura di colata, uguale per tutti i campioni, . Per ottenerla si valuterà il punto di fusione di ciascuna lega (se sconosciuto) tramite diagrammi di equilibrio o DTA. La temperatura di colata verrà controllata con termocoppia o pirometro ottico direttamente sul fuso.
Tipologia di materiale per la costruzione degli stampi
Si sceglie materiale industrialmente utilizzato che permetta di ottenere pezzi che non necessitino di successive finiture ed un unica tipologia di rifinitura della superficie interna dello stampo, in modo da poter valutare al meglio la colabilità della lega e la sua fluidità in funzione della rugosità superficiale ottenuta dopo solidificazione.
5.2 – PARAMETRI IN ESAME E METODI DI MISURA
Colabilità: la colata avverrà al centro dello stampo. La zona di arrivo del flusso di lega è concepita in modo tale da limitare problemi di turbolenza, spruzzi, gocce o altri macrodifetti e in modo che il flusso nel resto della spirale si muova con la massima coerenza. Misurando la distanza percorsa nello stampo, a parità di condizioni sperimentali, si otterrà la fluidità relativa di ciascuna lega.
Qualità di riempimento dello stampo: radiografie presso il C2RMF di Parigi. Dall’insieme dei dati sarà possibile formulare una prima analisi sulla qualità di riempimento, sull’influenza degli eventuali elementi di lega inseriti e della progettazione dello stampo (materiale e accorgimenti tecnici).
Misura dell’eterogeneità micro e macroscopica del metallo dopo colata: un certo numero di campioni verrà prelevato meccanicamente e preparato in sezione metallografica per una più fine analisi al microscopio (MO, SEM, EDXS), in modo da osservare eventuale macrosegregazione composizionale, distribuzione particolare di inclusioni di piombo e difetti.
5.3 – ELABORAZIONE DEL MODELLO
La spirale è stata disegnata secondo un modello normalmente utilizzato per le ghise ma modificato in modo tale da evitare problemi di turbolenze, schizzi o altro nel corso della colata con l’aggiunta di una zona emisferica di arrivo del dardo di colata. E’ importante tenere presente che lo scopo non è quello di riempire perfettamente e/o completamente lo stampo ma quello di valutare, a parità di parametri, la colabilità discriminando le leghe in funzione del cammino percorso all’interno della spirale.
La forma del provino da colata su cui effettuare i tests è stata elaborata sulla base delle esigenze segnalate dalla fonderia; esso ha la forma di una spirale con spire a sezione trapezoidale (dimensioni trapezio:base maggiore 1 cm, base minore 0,5 cm, altezza 1 cm).
A seguito delle consultazioni con gli esperti di Metal Leghe, a seconda del risultato dei primi tentativi di colata, si deciderà di inserire o meno un filtro ceramico nel canale di alimentazione allo scopo di regolare il flusso di lega all’interno dello stampo e bloccare eventuali scorie, ossidi o impurezze.
Il modello impiegato per la realizzazione degli stampi è ricavato da un prototipo in resina, ottenuto con la tecnica della prototipazione rapida: una tecnologia innovativa che consente la produzione di oggetti di geometria complessa (in tempi ridotti rispetto alla normale produzione di modelli) partendo dalla definizione matematica dell’oggetto, realizzata su un modello CAD tridimensionale. Il modello in resina, rispetto ad altri materiali, presenta il vantaggio di poter riprodurre fedelmente il modello teorico partendo da un modello in formato digitale.
I disegni tridimensionali (figura 8) corrispondono ad una prima modellizzazione fedele al modello in ghisa; nella realtà sono stati modificati ed adattati a quanto discusso in sede di progettazione.
Per facilitare la fase di realizzazione delle forma in sabbia, il modello in resina epossidica, è stato diviso in due metà: il canale di colata/materozza, e la spirale con il volume di arrivo del dardo di colata. I due pezzi sono uniti tra loro da una spina di centraggio, al fine di garantire stabilità durante la fase di riempimento della forma con la terra da fonderia.
Il prototipo così ottenuto è servito a realizzare un modello in metallo (ottone). Oltre a servire come test su cui verificare fattibilità realizzativa, dimensioni e peso, esso verrà impiegato per la produzione di tutti gli stampi. Rispetto a quello in resina è più resistente, maneggevole e rigido, quindi adatto alla produzione di più pezzi.