Capitolo 7 – Ottimizzazione dello stampo e del processo di colata

7.1 – PRIMA COLATA (URGNANO, BG )

Lega utilizzata: Cu-Al
Temperatura di colata: 1060°C/1070°C
Forno a induzione

Analisi dei risultati e considerazioni.

  1. La sabbia rossa (legata) è la migliore per questo tipo di test perchè permette un buona fedeltà di riproduzione del modello, mentre la sabbia gialla (non legata) non ha le caratteristiche meccaniche richieste e tende a disfarsi all’atto della rimozione del modello dalla staffa.
  2. Per evitare il pericolo della rottura dello stampo è necessario aggiungere alcuni perni metallici del diametro di pochi decimi di millimetro nelle parti più delicate, in particolare nel primo tratto di spirale all’uscita dalla materozza.
  3. L’alimentazione manuale non è adatta ai nostri scopi perchè è necessario avere un identico volume di lega colato per ogni stampo.
  4. Il controllo della temperatura prima della colata con il pirometro ottico è inadeguato e deve essere sostituito con un termometro ad immersione.
Figura 19

 

7.2 – SECONDA COLATA (CELLATICA, BS)

Lega: Cu90Sn10 e Cu85Sn10Pb5
Temperatura: 1150°C/1170°C
Forno a crogiolo con alimentazione a gas.

Accorgimenti adottati rispetto alla prima colata:
Le parti più fragili dello stampo sono state rinforzate con i piccoli perni metallici.

  • Il volume di fuso per ogni colata è fissato a 4 kg.
  • La temperatura del fuso è misurata con un pirometro ad immersione.
  • Gli stampi sono stati realizzati con sabbia legata.
  • Al fuso è stato aggiunto fosforo per eliminare l’eccesso di ossigeno, in modo da avvicinarsi alla situazione reale di una colata industriale.
  • Uso di borace e soda come scorificanti.

La scelta delle leghe è stata fatta in base alla necessità di valutare l’efficacia dello stampo nel distinguere le caratteristiche di due leghe di cui si suppone una diversa colabilità. La lega standard Cu90Sn10 (figura 20) e la Cu85Sn10Pb5 (figura 21) per verificare l’adeguatezza delle dimensioni dello stampo e confrontare due tra le leghe previste dal piano di lavoro.

Figura 20

 

Figura 21
 In tabella 2 sono riportati i parametri dimensionali misurati sui getti.

 

Tabella 2

 

Dalla tabella traspare che la dispersione dei risultati sulla lega Cu-Sn risulta troppo elevata e questo è stato imputato ad un ridotto controllo della velocità di colata. Inoltre, per quanto riguarda la Cu85Sn10Pb5, l’elevata colabilità della lega ha fornito risultati di complessa interpretazione perchè lo stampo risulta sempre riempito. Questo è stato valutato negativamente in quanto non permette di discriminare leghe che abbiano colabilità simile. Allo stesso tempo si è visto che i perni utilizzati per bloccare i bordi della spirale dovranno essere applicati sull’intero stampo e non solo sulla prima parte. Infatti in due casi su tre la penultima spira mostra segni di cedimento della sabbia.

Un design alternativo dovrebbe prevedere anche un maggior controllo delle interfacce tra le staffe al fine di evitare che una lega troppo fluida vi scorra attraverso falsando i risultati. Per regolare la velocità di flusso all’interno dello stampo si sono ipotizzate più soluzioni: ad esempio l’inserimento di un filtro ceramico all’imboccatura tra materozza e canale di colata come è prassi usuale delle colate in sabbia industriali (questo filtro ha il duplice effetto di bloccare scorie o eventuali impurezze nel fuso e di regolare la velocità con cui la materozza alimenta lo stampo). Altre soluzioni ipotizzate ma non alternative a quella esposta riguardano la produzione di tre spirali in un unica soluzione e alimentate da un’unica materozza.

In figura 22-24 si riportano i disegni schematici sottoposti ai responsabili della digitalizzazione del modello; i vantaggi e gli svantaggi che si riscontrano sono:

1. La spinta idrostatica è la stessa, come la temperatura. La quantità di lega potrebbe eccedere la portata del crogiolo e per leghe a bassa colabilità si potrebbero avere risultati non misurabili

Figura 22: Il flusso passa dalla materozza alla camera di colata attraverso un filtro e poi si distribisce uniformemente ai tre canali di comunicazione con le spirali

2. In questo caso la colata viene fatta in una materozza che, riempita, porta alle spirali con regolazione tramite filtro della velocità di colata. Uno dei rischi che si corre è quello di produrre un raffreddamento troppo rapido del fuso prima che completi il processo di colata con una forte dipendenza dalla temperatura esterna dell’ambiente di colata.

Figura 23: Il flusso passa dalla materozza direttamente alla camera di colata. I filtri sono posizionati nei tre canali di comunicazione con le spirali.

3. In questo caso si usa un design simile a quanto progettato per la colata singola ma si impone che l’ingresso della spirale arrivi nella parte finale invece che partendo dal centro. Il lato positivo è che per leghe ad elevata colabilità nella parte centrale della spirale si ha la continuazione in verticale (ex canale di colata) ottenendo un allungamento del modello stesso. Il lato negativo è che potrebbe essere necessario apportare ulteriori modifiche alla testa della spirale per ottimizzare la ricezione del fuso.

 

Figura 24: Dalla materozza il flusso passa attraverso il filtro ed entra nelle spirali dalla parte opposta rispetto alle soluzioni precedenti.

Per tutte e tre le ipotesi sarà indispensabile produrre una tipologia di materozza con canali di alimentazione seguendo la stessa prassi vista per il primo modello di spirale e in fase di progetto sarà necessario controllare che l’accesso alle tre spirali sia identico in modo da garantire che la velocità di flusso delle tre spirali sia identica.