IT202100011309A1 - Stampo e metodo per la produzione di pezzi metallici mediante colata in getti di un materiale metallico fuso - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

Nel suo aspetto pi? generale, la presente invenzione riguarda la produzione di pezzi metallici mediante colata in getti di un materiale metallico fuso.

In particolare, la presente invenzione riguarda uno stampo ed un metodo per la produzione di pezzi metallici mediante colata in getti di un materiale metallico fuso in cui lo stampo comprende un inserto realizzato in grafite.

Arte nota

Come ? noto, la colata in getti di metalli, in particolare metalli non ferrosi, prevede la solidificazione di un metallo colato per gravit? o a bassa pressione all?interno di una cavit? di uno stampo realizzato in un opportuno materiale metallico (normalmente una lega metallica), in cui la cavit? ha una forma corrispondente alla sagoma esterna del pezzo da produrre che si vuole ottenere.

In particolare, lo stampo comprende due semi-stampi mobili in allontanamento o avvicinamento tra loro cos? da aprire o chiudere lo stampo, rispettivamente. Nella posizione di chiusura dello stampo, i semistampi definiscono tra essi una cavit? in comunicazione con l?esterno tramite un canale di colata, tale cavit? avendo forma sostanzialmente corrispondente alla sagoma del pezzo da produrre.

Come ? noto, il ciclo produttivo di una colata in getti prevede una operazione preliminare di applicazione di un agente distaccante sulle superfici dei semi-stampi che definiscono la cavit? di colata dello stampo.

Questa operazione consiste frequentemente nell?immergere lo stampo aperto ancora relativamente caldo da cui ? stato estratto il pezzo nel ciclo produttivo precedente in un liquido acquoso contenente polvere di grafite (ad esempio una sospensione). La conseguente evaporazione dell?acqua consente alla grafite di aderire sulle superfici interne dei semistampi ottenendo cos? uno strato sottile di grafite adeso su tali superfici. Analoga operazione viene effettuata anche in occasione del primo ciclo produttivo poich?, in questo caso, lo stampo viene solitamente preriscaldato prima di essere sottoposto a grafitatura.

La suddetta operazione ? di basilare importanza poich? lo strato di grafite esplica un?azione distaccante e lubrificante contribuendo a favorire lo scorrimento del metallo fuso all?interno dello stampo, preservandone contemporaneamente le superfici dall?aggressione del metallo fuso, facilitando l?estrazione dei pezzi stampati dallo stampo ed inibendo i fenomeni di corrosione sugli stessi. Inoltre, la grafitatura esercita anche un?azione di pulizia delle superfici della cavit? dello stampo.

Successivamente, si provvedono ad inserire eventualmente una o pi? anime all?interno dello stampo, secondo necessit?, per definire eventuali cavit? e/o fori all?interno del pezzo da produrre, cio? parti del pezzo che non devono essere riempite con il metallo fuso.

Le anime sono componenti a perdere del processo di fusione poich? esse vengono frantumate e rimosse al termine del ciclo produttivo di fusione. Pertanto, le anime vengono realizzate con materiali fragili ma allo stesso tempo resistenti alle elevate temperature del processo di fusione, in particolare esse possono essere costituite da sabbia (ad esempio la cosiddetta ?sabbia per fonderia?) tenuta insieme da un legante, ad esempio resine organiche.

Quindi, lo stampo viene chiuso e ruotato nella maniera opportuna per effettuare l?alimentazione del getto di metallo fuso all?interno dello stampo tramite il canale di colata.

L?alimentazione pu? essere effettuata manualmente dall?operatore, ad esempio in un processo di colata per gravit?, oppure il getto di metallo fuso proveniente da un forno pressurizzato pu? essere iniettato ad una bassa pressione (ad esempio 0,7 bar) all?interno della cavit? dello stampo. Almeno subito dopo l?alimentazione del getto del metallo fuso, lo stampo pu? essere disposto verticalmente cos? da consentire al metallo fuso di riempire la cavit? dello stampo e solidificare formando il pezzo desiderato.

Successivamente, lo stampo viene raffreddato e poi aperto per estrarre il pezzo prodotto e rimuovere le eventuali anime, concludendo cos? il ciclo produttivo.

Sebbene lo stampo e il metodo di colata sopra descritti siano sostanzialmente rispondenti allo scopo per cui sono proposti, essi presentano diversi inconvenienti.

? da notare infatti che l?operazione preliminare di applicazione sulle superfici interne dello stampo dell?agente distaccante a base di grafite, operazione denominata anche grafitatura, se da un lato ? fondamentale per consentire l?estrazione del pezzo dallo stampo, dall?altro comporta una rilevante dispersione nell?ambiente di polveri sottili di grafite il che ha un impatto negativo sia sull?inquinamento sia sulla sicurezza degli operatori nell?ambiente di lavoro.

Inoltre, la procedura di rivestimento dello stampo mediante grafitatura risulta essere piuttosto lunga e laboriosa e richiede apparecchiature specifiche dotate di vasca riempita con il liquido acquoso (acqua) contenente grafite nel quale lo stampo ancora caldo da cui ? stato estratto il pezzo prodotto nel precedente ciclo produttivo viene immerso e contemporaneamente raffreddato.

Questo comporta maggiori costi di investimento, produttivi e di manutenzione dovuti all?utilizzo delle suddette apparecchiature aggiuntive e una notevole durata dei cicli produttivi se si considera che la grafitatura viene ripetuta all?inizio di ciascun ciclo produttivo con conseguente riduzione della capacit? produttiva in termini di pezzi prodotti per unit? di tempo.

Scopo principale della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione uno stampo ed un metodo per la produzione di pezzi metallici mediante colata in getti di un metallo fuso che abbiano caratteristiche strutturali e/o funzionali tali da ridurre l?impatto ambientale e/o aumentare la sicurezza di esecuzione di ciascun ciclo produttivo, cos? da superare gli inconvenienti precedentemente citati con riferimento alla tecnica nota.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione uno stampo e un metodo come sopra che consentano di aumentare la capacit? produttiva riducendo la durata di ciascun ciclo produttivo.

Uno scopo ulteriore della presente invenzione di mettere a disposizione uno stampo e un metodo come sopra che siano di realizzazione pi? semplice ed economica.

Sommario dell'invenzione

Tali scopi sono raggiunti primariamente da uno stampo per la produzione di pezzi metallici mediante colata in getti di un materiale metallico fuso comprendente un primo semi-stampo e un secondo semistampo cooperanti tra loro in allontanamento o avvicinamento tra una posizione di apertura ed una posizione di chiusura dello stampo, rispettivamente, caratterizzato dal fatto che detto primo semi-stampo e detto secondo semi-stampo comprendono ciascuno un porta-matrice in materiale metallico e una matrice in grafite disposta in maniera rimovibile in una cavit? di detto porta-matrice, dette matrici avendo ciascuna almeno un incavo su rispettive superfici interne contrapposte che definiscono una cavit? di colata dello stampo avente forma sostanzialmente corrispondente alla sagoma esterna di detti pezzi metallici.

In una forma di realizzazione, ciascun porta-matrice presenta un incavo aperto verso l?esterno e affacciato nella cavit? di colata dello stampo in modo da essere in comunicazione di fluido con l?almeno un incavo della rispettiva matrice, gli incavi dei porta-matrice essendo sostanzialmente allineati e contrapposti tra loro cos? da definire insieme un canale di colata in comunicazione con la cavit? dello stampo.

In una forma di realizzazione, ciascun porta-matrice presenta almeno un?area ribassata formata su una sua superficie rivolta verso l?interno dello stampo e affacciata verso la cavit? di alloggiamento della rispettiva matrice e recante un foro filettato, e ciascuna rispettiva matrice presenta almeno un?area ribassata formata su detta superficie interna che ? adiacente a detta almeno un?area ribassata del porta-matrice, dette aree ribassate adiacenti del porta-matrice e della rispettiva matrice definendo ciascuna una sede filettata ribassata a cavallo delle suddette superfici interne del porta-matrice e della rispettiva matrice, lo stampo comprendendo inoltre mezzi di fissaggio rimovibile disposti in dette sedi filettate.

In una forma di realizzazione, il primo semi-stampo e il secondo semi-stampo presentano internamente almeno un canale passante esternamente alla cavit? di colata e in comunicazione con l?esterno, detto almeno un canale essendo destinato ad essere percorso da un fluido di riscaldamento e/o raffreddamento di detto stampo. In particolare, in una forma di realizzazione, l?almeno un canale passante ? ricavato nei portamatrice del primo semi-stampo e del secondo semi-stampo, detti canali essendo estesi esternamente alle cavit? di alloggiamento delle rispettive matrici e in comunicazione con l?esterno ed essendo destinati ad essere percorsi da detto fluido di riscaldamento e/o raffreddamento di detto stampo.

In una forma di realizzazione, ciascun porta-matrice dello stampo comprende primi canali estesi trasversalmente tra estremit? contrapposte del porta-matrice dietro la cavit? di alloggiamento della rispettiva matrice, e secondi canali estesi lateralmente e in prossimit? della cavit? di alloggiamento della rispettiva matrice lungo sostanzialmente l?intera estensione longitudinale di detta cavit? di alloggiamento, le estremit? di detti secondi canali essendo raccordate a rispettive estremit? di detto porta-matrice.

In una forma di realizzazione, lo stampo, ad esempio il primo semi-stampo e/o il secondo semi-stampo, presenta/presentano almeno un foro passante in comunicazione con l?esterno e con la cavit? di colata per applicare un vuoto in una zona della cavit? di colata di inserimento di una rispettiva anima. In tal modo, la cavit? di colata dello stampo pu? essere messa in comunicazione di fluido con un gruppo di aspirazione esterno allo stampo, ad esempio una piastra di aspirazione, cos? da mantenere in posizione (cio? sostenere) ciascuna anima inserita nello stampo, con quest?ultimo disposto in posizione verticale, in ciascun ciclo produttivo di fusione. Allo stesso tempo, l?aspirazione consente di asportare dallo stampo eventuali gas che possono formarsi durante il processo di fusione, ad esempio rilasciati dalle anime, consentendo con ci? di migliorare la qualit? del manufatto prodotto con tale processo.

I suddetti scopi sono raggiunti altres? da un metodo per la produzione di un pezzo metallico mediante colata in getti di un metallo fuso, il metodo comprendendo le fasi di:

- mettere a disposizione uno stampo come descritto sopra; - facoltativamente predisporre almeno un?anima nella cavit? di colata di detto stampo e chiudere lo stampo;

- eventualmente preriscaldare lo stampo chiuso ad una temperatura operativa compresa in un intervallo di temperature prestabilito;

- versare il materiale metallico fuso all?interno della cavit? dello stampo chiuso e raffreddare al contempo lo stampo cos? da mantenerlo ad una temperatura operativa compresa in detto intervallo di temperatura prestabilito, ottenendo detto pezzo metallico;

- aprire lo stampo ed estrarre il pezzo metallico formato dalla cavit? dello stampo.

In una forma di realizzazione, il preriscaldamento e/o il raffreddamento dello stampo viene effettuato mediante scambio termico con un fluido diatermico circolante nell?almeno un canale dei portamatrice dello stampo.

In una forma di realizzazione, il primo semi-stampo e/o il secondo semi-stampo, presenta/presentano almeno un foro passante in comunicazione con l?esterno e con la cavit? di colata e il metodo comprende le fasi di:

- mettere a disposizione uno stampo come descritto sopra disposto verticalmente,

- predisporre almeno un?anima nella cavit? di colata in modo che ciascuna anima ricopra un rispettivo foro del primo semi-stampo e/o del secondo semi-stampo e applicare allo stesso tempo un vuoto da detto almeno un foro cos? da sostenere detta almeno un?anima in posizione nella cavit? di colata;

- chiudere detto stampo ed eventualmente preriscaldare lo stampo chiuso ad una temperatura operativa compresa in un intervallo di temperature prestabilito;

- alimentare un materiale metallico fuso all?interno della cavit? dello stampo chiuso e raffreddare al contempo lo stampo cos? da mantenerlo ad una temperatura operativa compresa in detto intervallo di temperatura prestabilito, ottenendo detto pezzo metallico;

- rimuovere il vuoto, aprire lo stampo ed estrarre il pezzo metallico formato dalla cavit? dello stampo.

Le caratteristiche e i vantaggi dello stampo e del metodo secondo la presente invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un loro esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

In tali disegni:

- la figura 1 mostra schematicamente una vista prospettica di uno stampo comprendente un primo semi-stampo e un secondo semistampo secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra schematicamente una vista in sezione longitudinale dello stampo di Figura 1;

- la figura 3 mostra schematicamente una vista in sezione trasversale dello stampo di Figura 1;

- la figura 4 mostra schematicamente una vista in prospettiva di un semi-stampo dello stampo di Figura 1;

- la Figura 5 mostra una vista in prospettiva e a parti staccate del semi-stampo di Figura 4;

- la Figura 6 mostra una vista dal lato interno di un primo semistampo e di un secondo semi-stampo dello stampo di Figura 1.

la Figura 7 mostra una vista in prospettiva di un semi-stampo di uno stampo secondo un?altra forma di realizzazione dell?invenzione collegato ad una piastra di aspirazione;

- le Figure 8 e 9 mostrano rispettivamente una vista dall?alto e laterale del semi-stampo di Figura 12;

- la Figura 10 mostra una vista in sezione del semi-stampo di Figura 7 lungo la linea di traccia D-D di Figura 8.

Descrizione dettagliata

Nella presente invenzione, con il termine ?colata in getti? ? da intendersi un qualsiasi processo di fusione in getti per gravit? o in bassa pressione di metalli o leghe metalliche.

Con riferimento alle Figure 1-7, con 1 ? globalmente e schematicamente indicato uno stampo secondo l?invenzione per la produzione di pezzi metallici mediante colata in getti di un metallo fuso.

? opportuno notare che le figure rappresentano viste schematiche e non sono disegnate in scala, ma sono invece disegnate in modo da enfatizzare le caratteristiche importanti dell?invenzione. Ulteriormente, nelle figure, i diversi componenti sono rappresentati in modo schematico, la loro forma potendo variare a seconda dell?applicazione desiderata. ? inoltre opportuno notare che, nelle figure, numeri di riferimento identici si riferiscono ad elementi identici per forma o funzione.

Lo stampo 1 ? particolarmente indicato per la produzione di rubinetti e simili componenti di rubinetteria mediante colata in getti di un materiale metallico fuso avente un punto di fusione relativamente basso, ad esempio ottone.

Nella presente descrizione, con il termine ?materiale metallico? s?intende comprendere sia un metallo sostanzialmente puro sia una lega metallica.

Lo stampo 1 comprende un primo semi-stampo 2 e un secondo semi-stampo 3 cooperanti tra loro in allontanamento o avvicinamento tra una posizione di apertura ed una posizione di chiusura dello stampo 1, rispettivamente. Tra il primo semi-stampo 2 e il secondo semi-stampo 3 ? definita una cavit? 4 di colata che, nella posizione di chiusura dello stampo, presenta una forma corrispondente alla sagoma del pezzo da produrre, la cavit? 4 essendo in comunicazione con l?esterno tramite un canale 5 di colata.

In accordo con una caratteristica della presente invenzione, il primo semi-stampo 2 e il secondo semi-stampo 3 comprendono ciascuno un porta-matrice 6 in materiale metallico e una matrice 7 in grafite disposta in maniera rimovibile in una cavit? o sede 8 di alloggiamento del porta-matrice 6.

Il materiale metallico formante il porta-matrice 6 pu? essere un qualsiasi metallo o lega metallica adatto/adatta a resistere adeguatamente alle temperature operative del processo di colata da utilizzare e pu? essere scelto/scelta in funzione delle caratteristiche e dei materiali dei pezzi da produrre. A titolo di esempio non limitativo, il materiale metallico formante il porta-matrice 6 pu? essere scelto tra ghisa, acciaio, lega metallica rame-berillio e bronzo.

Il porta-matrice 6 ? in forma di un blocco che presenta una cavit? 8 aperta costituente sede di alloggiamento (inserimento) della rispettiva matrice 7, la cavit? 8 essendo delimitata da un fondo 9 e da pareti laterali 10 terminanti in un bordo perimetrale 11 in corrispondenza di una superficie di estremit? 12 rivolta verso l?interno dello stampo 1. Pi? in dettaglio, la cavit? 8 di ciascun porta-matrice 6 di un semi-stampo 2 o 3 presenta una forma sostanzialmente complementare a quella della rispettiva matrice 7 cos? da racchiudere tale matrice 7 mediante un accoppiamento tra forme complementari senza ?vuoti? tra matrice 7 e porta-matrice 6 lasciando accessibile una superficie 13 della matrice 7 rivolta verso l?interno. Tale superficie 13 interna di una matrice 7 di un semi-stampo 2 o 3 risulta essere sostanzialmente a filo con la superficie interna 12 del rispettivo porta-matrice 6 e sostanzialmente affacciata e contrapposta ad una superficie 13 della matrice 7 dell?altro semi-stampo 2 o 3.

In accordo con la presente invenzione, le matrici 7 dei semistampi 2 e 3 sono realizzate entrambe in grafite e presentano ciascuna almeno un incavo (o impronta/calco) 14 sulla rispettiva superficie 13 rivolta verso l?interno che definisce una porzione (sostanzialmente una met?) della sagoma del pezzo (manufatto) metallico da produrre. Pi? in dettaglio, gli incavi 14 sulle superfici 13 contrapposte delle matrici 7 dei semi-stampi 2 e 3 sono formati in modo da definire all?interno dello stampo 1 la suddetta cavit? 4 di colata avente forma sostanzialmente corrispondente alla sagoma esterna del pezzo metallico da produrre. Inoltre, ciascun porta-matrice 6 presenta sulla superficie interna 12 un incavo 18 aperto verso l?esterno e affacciato nella cavit? 8 cos? da essere in comunicazione di fluido con l?almeno un incavo 14 formato sulla rispettiva matrice 7. Pi? in particolare, gli incavi 18 dei porta-matrice 6 dei semi-stampi 2 e 3 sono sostanzialmente allineati e contrapposti tra loro cos? da definire nel loro complesso il suddetto canale 5 di colata in comunicazione con la cavit? 4 di colata dello stampo 1 quest?ultima definita, a sua volta, dagli incavi 14 formati sulle superfici interne 13 delle matrici 7.

Le matrici 7 possono essere realizzate secondo processi di per s? convenzionali da un blocco in grafite tagliando tale blocco in modo da renderlo di dimensioni sostanzialmente corrispondenti a quelle della cavit? 8 di alloggiamento di un rispettivo porta-matrice 6 di un semistampo 2 o 3, e rimuovendo materiale dalla superficie 13 della matrice 7 cos? da praticare gli incavi 14, utilizzando ad esempio a questo scopo una macchina utensile fresatrice a controllo numerico che riproduce negli incavi 14 una forma pre-impostata.

Il fissaggio rimovibile di ciascuna matrice 7 al rispettivo portamatrice 6 pu? essere effettuato inserendo la matrice 7 nella cavit? 8 di alloggiamento del rispettivo porta-matrice 6 e quindi bloccando la matrice 7 in posizione mediante mezzi di fissaggio (ad esempio viti 15 di fissaggio) disposti in sedi filettate ribassate formate a cavallo sulla superficie 12 rivolta verso l?interno del porta-matrice 6 e sulla superficie 13 rivolta verso l?interno della rispettiva matrice 7.

Pi? in dettaglio, nella presente forma di realizzazione, ciascuna sede filettata ribassata per una vite 15 di fissaggio comprende un?area 16 ribassata formata sulla superficie 12 del porta-matrice in prossimit? del bordo 11 della cavit? 8 di alloggiamento (cos? da essere affacciata verso l?interno della cavit? 8), detta area 16 ribassata avendo un foro filettato per l?inserimento di detta vite 15 di fissaggio, e un?area ribassata 17 adiacente formata in una zona di estremit? della superficie 13 rivolta verso l?interno della rispettiva matrice 7.

In tal modo, nel fissaggio tra un porta-matrice 6 e una rispettiva matrice 7, ciascuna vite 15 di fissaggio pu? essere avvitata nel foro dell?area 16 ribassata del porta-matrice 6 fino a che la testa della vite 15 o una rondella associata ad essa va in battuta contro l?area 16 ribassata del porta-matrice 6 e contro l?area 17 ribassata della matrice 7 ottenendo con ci? il bloccaggio rimovibile della matrice 7 nel porta-matrice 6.

Per lo sbloccaggio di una matrice 7 dal rispettivo porta-matrice 6 ? sufficiente svitare le viti 15 di fissaggio dalle rispettive sedi filettate 16,17 dopodich? si pu? procedere all?estrazione della matrice 7 dal rispettivo porta-matrice 6. Tale estrazione pu? rendersi necessaria, ad esempio, per effettuare operazioni di pulizia e/o manutenzione delle matrici 7 o per la sostituzione delle stesse, ad esempio, in caso di avvio di un ciclo produttivo di un pezzo diverso che richiede una matrice con diversi incavi 14.

Vantaggiosamente, dopo rimozione delle vite 15 di fissaggio, le sedi ribassate 16,17 possono fungere da porzioni di leva che agevolano l?estrazione delle matrici 7 dai rispettivi porta-matrice 6.

In accordo con un altro aspetto della presente invenzione, lo stampo 1 comprende inoltre una pluralit? di canali passanti 20, 21 ricavati nei porta-matrice 6 del primo semi-stampo 2 e del secondo semistampo 3, detti canali 20, 21 essendo estesi esternamente alle cavit? 8 di alloggiamento delle rispettive matrici 7 e in comunicazione con l?esterno ed essendo destinati ad essere percorsi da un fluido di riscaldamento e/o raffreddamento di detto stampo 1.

Pi? in particolare, ciascun porta-matrice 6 dello stampo 1 comprende primi canali 20 sostanzialmente paralleli tra loro estesi trasversalmente tra estremit? contrapposte del porta-matrice 6 dietro la cavit? 8 di alloggiamento della rispettiva matrice 7, e secondi canali 21 sostanzialmente paralleli tra loro estesi lateralmente ed in prossimit? di una parete laterale 10 della cavit? 8 di alloggiamento della rispettiva matrice 7 lungo sostanzialmente l?intera estensione longitudinale di detta cavit? 8 di alloggiamento. Le estremit? dei secondi canali 21 sono raccordate, tramite raccordi 22 ad estremit? longitudinali e/o trasversali del porta-matrice 6 cos? da porre i secondi canali 21 in comunicazione con l?esterno.

In accordo con la presente invenzione, i primi canali 20 e i secondi canali 21 con i rispettivi raccordi 22 di ciascun porta-matrice 6 di un semi-stampo 2 o 3 sono destinati ad essere percorsi da un fluido diatermico (ad esempio un olio) e pertanto sono in comunicazione di fluido (cio? collegati) con un circuito chiuso esterno di raffreddamento che utilizza tale fluido diatermico. A questo riguardo, vantaggiosamente, i primi canali 20 e i secondi canali 21 di ciascun porta-matrice 6 possono essere alimentati con il fluido diatermico del circuito di raffreddamento in maniera indipendente mediante rispettive valvole associate a tali canali 20,21 in comunicazione con una unit? di comando e controllo (PLC) per regolarne l?apertura e la chiusura secondo necessit?.

In tal modo, lo stampo 1 e in particolare le matrici 7 possono essere raffreddate in maniera efficiente durante tutto il processo di colata mediante scambio termico con il fluido diatermico per asportare eventuale calore in eccesso e mantenere la temperatura dello stampo entro un intervallo di temperatura prestabilito, ad esempio una temperatura compresa tra 150?C e 170?C.

Inoltre, utilizzando lo stesso circuito e lo scambio termico con il fluido diatermico, lo stampo 1 pu? essere preriscaldato, se necessario, alla temperatura prestabilita o desiderata in occasione del primo ciclo produttivo.

A questo riguardo, il circuito di raffreddamento dello stampo 1 pu? essere dotato di opportuni mezzi di riscaldamento e/o raffreddamento del fluido diatermico (ad esempio riscaldatori, refrigeratori e/o scambiatori di calore), di mezzi di regolazione della portata e/o velocit? di tale fluido nei canali 20, 21 e nei raccordi 22 di ciascun porta-matrice 6 di un semi-stampo 2 o 3 (ad esempio pompe) e eventualmente di mezzi di controllo della temperatura e/o flusso del fluido diatermico (ad esempio sonde di temperatura e/o velocit?) in comunicazione elettrica con un?unit? di comando e controllo (PLC).

Alternativamente o in aggiunta, la PLC pu? essere programmata o contenere programmi preimpostati per comandare e/o regolare la velocit? e/o portata di circolazione del fluido diatermico di riscaldamento e/o raffreddamento dello stampo 1 all?interno dei canali 20 e 21 e dei raccordi 22 in funzione di parametri di processo (ad esempio temperatura del materiale metallico fuso, tempo di colata ecc.).

Ci? consente vantaggiosamente di portare e/o mantenere i semi-stampi 2 e 3 alla temperatura appropriata nelle varie fasi di ciascun ciclo di lavorazione. In particolare, secondo un aspetto della presente invenzione, tramite l?unit? di comando e controllo dei suddetti mezzi, il circuito di riscaldamento e/o raffreddamento pu? consentire, tramite il fluido diatermico, il preriscaldamento dello stampo 1 (semi-stampi 2 e 3) ad una temperatura prestabilita prima del primo ciclo produttivo e il raffreddamento dello stampo 1 durante il processo di colata cos? da mantenerlo a tale temperatura prestabilita smaltendo il calore in eccesso del materiale metallico fuso colato nello stampo 1 attraverso il fluido diatermico freddo passante nei canali 20 e 21 e nei raccordi 22 dei semistampi 2 e 3.

In questo modo, al termine di ciascun ciclo di lavorazione, lo stampo 1 si trova gi? nelle condizioni ottimali per procedere al ciclo di lavorazione successivo senza necessit? di effettuare alcuna operazione preliminare di grafitatura delle superfici interne dello stampo.

Per quanto riguarda la produzione di pezzi metallici con lo stampo 1 sopra descritto, vi ? da dire che ciascun ciclo di lavorazione pu? prevedere una fase iniziale di preriscaldamento dello stampo 1 chiuso ad una temperatura prestabilita, ad esempio una temperatura compresa tra 150?C e 170?C mediante circolazione continua del fluido diatermico del circuito di riscaldamento/raffreddamento, opportunamente riscaldato, nei canali 20,21 e nei raccordi 22 dei semi-stampi 2 e 3. Tale preriscaldamento pu? rendersi necessario in occasione del primo ciclo produttivo di produzione di determinati pezzi metallici.

Successivamente, le superfici interne 13 del primo semi-stampo 2 e del secondo semi-stampo 3 possono essere sottoposte ad una operazione di pulizia, ad esempio con un getto d?aria o con mezzi meccanici come spazzole, per asportare eventuali residui (essenzialmente polveri) della lavorazione del ciclo precedente rimaste attaccate a tali superfici.

Quindi, almeno un?anima pu? essere predisposta nella cavit? 4 di colata dello stampo 1, in corrispondenza del primo semi-stampo 2 e/o del secondo semi-stampo 3, secondo necessit?.

Successivamente, si provvede a chiudere lo stampo 1 e lo stampo chiuso viene eventualmente preriscaldato ad una temperatura operativa.

A questo punto, si provvede ad alimentare un getto di materiale metallico fuso all?interno della cavit? 4 di colata dello stampo 1 attraverso il canale di colata 5 in maniera manuale o mediante una apposita apparecchiatura (ad esempio con un getto a bassa pressione) e con lo stampo 1 ruotato verso l?alto, cio? disposto verticalmente, si consente al materiale metallico fuso di riempire la cavit? 4 dello stampo 1 e solidificare formando il pezzo desiderato. Allo stesso tempo, si provvede a raffreddare lo stampo 1 smaltendo il calore in eccesso attraverso il fluido diatermico circolante nei canali 20, 21 e nei raccordi 22 dei semi-stampi 2 e 3 opportunamente raffreddato in modo controllato cos? da mantenere una temperatura sostanzialmente costante all?interno dello stampo 1 durante tutta la fase di colata, ad esempio una temperatura compresa tra 150?C e 170?C.

Al termine della colata, lo stampo 1 viene aperto allontanando i semi-stampi 2 e 3 e si provvede ad estrarre il pezzo formato dallo stampo 1, il quale ? gi? pronto per iniziare un nuovo ciclo di lavorazione.

Nelle Figure 12-15, ? illustrato un semi-stampo di uno stampo secondo un?altra forma di realizzazione dell?invenzione, il quale stampo ? indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 30.

Agli elementi dello stampo 30 che risultano essere strutturalmente e/o funzionalmente equivalenti a corrispondenti elementi dello stampo 1 sopra descritto verranno attribuiti gli stessi numeri di riferimento di questi ultimi e non verranno descritti ulteriormente per concisione.

Lo stampo 30 differisce dallo stampo 1 precedentemente descritto sostanzialmente per il fatto che il primo semi-stampo 2 e/o il secondo semi-stampo 3, presenta/presentano almeno un foro passante, preferibilmente una pluralit? di fori passanti 31 in comunicazione con l?esterno e con la cavit? 4 di colata in una zona della stessa di inserimento di una rispettiva anima 34.

In particolare, nella presente forma di realizzazione, i fori 31 attraversano il porta-matrice 6 e la matrice 7 lungo lo spessore del rispettivo semi-stampo 2 o 3 e sono messi in comunicazione di fluido, tramite una tubazione 32, ad un gruppo di aspirazione in grado di applicare un vuoto, ad esempio una piastra di aspirazione 33.

In tal modo, la cavit? 4 di colata dello stampo 1 viene messa in comunicazione di fluido con la piastra 33 di aspirazione, cos? da mantenere in posizione (cio? sostenere) ciascuna anima 34 inserita nello stampo 1, con lo stesso disposto in posizione verticale, in ciascun ciclo produttivo di fusione. Allo stesso tempo, l?aspirazione consente di asportare dallo stampo 1 eventuali gas che possono formarsi durante il processo di fusione, ad esempio rilasciati dalle anime 34, cos? da migliorare la qualit? del manufatto prodotto con tale processo.

Con lo stampo 30 sopra descritto, il metodo di produzione di pezzi metallici mediante colata a getti di un materiale metallico fuso pu? comprendere le fasi di:

- predisporre almeno un?anima 34 nella cavit? 4 di colata dello stampo 30 in modo che ciascuna anima 34 ricopra un rispettivo foro 31 del primo semi-stampo 2 e/o del secondo semi-stampo 3 e applicare allo stesso tempo un vuoto da detto almeno un foro 31, tramite la piastra di aspirazione 33, cos? da sostenere detta almeno un?anima 34 in posizione nella cavit? 4 di colata;

- chiudere detto stampo 30 ed eventualmente preriscaldare lo stampo chiuso ad una temperatura operativa compresa in un intervallo di temperature prestabilito;

- alimentare un materiale metallico fuso all?interno della cavit? 4 dello stampo chiuso e raffreddare al contempo lo stampo 30 cos? da mantenerlo ad una temperatura operativa compresa in detto intervallo di temperatura prestabilito, ottenendo detto pezzo metallico;

- rimuovere il vuoto, aprire lo stampo ed estrarre il pezzo metallico formato dalla cavit? dello stampo.

Il suddetto metodo pu? comprendere inoltre una fase di pulizia delle superfici interne 13 del primo semi-stampo 2 e del secondo semistampo 3 dopo l?estrazione del pezzo metallico dallo stampo 1 o comunque prima di iniziare un nuovo ciclo produttivo per asportare eventuali residui (essenzialmente polveri) della lavorazione del ciclo precedente rimaste attaccate a tali superfici 13.

L?operazione di pulizia pu? essere effettuata con mezzi di per s? convenzionali, ad esempio un getto d?aria o con mezzi meccanici come spazzole.

Alla luce di quanto sopra, lo stampo e il metodo secondo l?invenzione raggiungono gli scopi prefissati e permettono di conseguire notevoli vantaggi rispetto all?arte nota.

Infatti, grazie all?adozione di semi-stampi compositi con portamatrice in materiale metallico e matrici interne in grafite nelle quali ? definita la cavit? di colata dello stampo avente forma sostanzialmente corrispondente alla sagoma esterna dei pezzi da produrre ? possibile estrarre dallo stampo ciascun pezzo prodotto in tale cavit? in maniera semplice e soddisfacente senza dover ricorrere alle pi? lunghe e complesse procedure di grafitatura dell?arte nota con conseguente eliminazione delle relative pi? costose apparecchiature dotate di vasca ad immersione dello stampo.

Vantaggiosamente, ci? consente anche di ridurre notevolmente l?impatto ambientale, in particolare nell?ambiente di lavoro, e conseguentemente di ridurre i rischi per la salute degli operatori aumentando la sicurezza di esecuzione di ciascun ciclo produttivo, poich? si evita la dispersione di polveri sottili di grafite nell?ambiente derivanti dalla grafitatura dello stampo come avviene invece nell?arte nota.

Inoltre, grazie all?adozione di matrici in grafite, l?applicazione dell?agente distaccante sulle superfici interne dello stampo ad ogni ciclo di produzione non ? necessaria e, vantaggiosamente, ci? consente di ridurre significativamente la durata di ciascun ciclo di produzione aumentando cos? la capacit? produttiva del metodo secondo l?invenzione in termini di numero di pezzi prodotti per unit? di tempo.

? da notare inoltre che grazie al fatto che le matrici in grafite sono intercambiabili nei rispettivi porta-matrice, lo stampo secondo l?invenzione consente anche una notevole flessibilit? produttiva secondo le esigenze senza con ci? dover sostituire l?intero stampo ma solo eventualmente le matrici in grafite in funzione delle caratteristiche/forma dei pezzi da produrre. Pertanto, lo stampo e il metodo secondo l?invenzione consentono anche una riduzione dei costi di progettazione e realizzazione dello stampo e dei costi operativi di produzione dei pezzi metallici tramite detto stampo.

Inoltre, grazie all?adozione all?interno dello stampo di un sistema di canali percorsi da un fluido di raffreddamento e/o riscaldamento ? possibile regolare rapidamente e in maniera appropriata la temperatura dello stampo in tutte le fasi del ciclo produttivo consentendo con ci? un controllo fine del processo e un possibile miglioramento della qualit? del prodotto finale.

Inoltre, grazie all?adozione di un sistema di aspirazione collegato alla cavit? di colata dello stampo per sostenere le anime predisposte in essa ? possibile mantenere lo stampo nella sua posizione operativa verticale anche nelle fasi preliminari del ciclo che precedono la colata del metallo fuso ottenendo con ci? una ulteriore riduzione del ciclo produttivo. Allo stesso tempo, l?aspirazione consente di asportare dallo stampo eventuali gas rilasciati all?interno della cavit? durante il processo di colata a vantaggio di un ulteriore miglioramento della qualit? del prodotto finale.

Ovviamente un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potr? apportare allo stampo e al metodo sopra descritti numerose modifiche e varianti, tutte comprese nell'ambito di protezione dell'invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (13)

RIVENDICAZIONI

1. Stampo (1;30) per la produzione di pezzi metallici mediante colata per gravit? di un materiale metallico fuso comprendente un primo semi-stampo (2) e un secondo semi-stampo (3) cooperanti tra loro in allontanamento o avvicinamento tra una posizione di apertura ed una posizione di chiusura dello stampo (1), rispettivamente, caratterizzato dal fatto che detto primo semi-stampo (2) e detto secondo semi-stampo (2) comprendono ciascuno un porta-matrice (6) in materiale metallico e una matrice (7) in grafite fissata in maniera rimovibile in una cavit? (8) di detto porta-matrice (6), dette matrici (7) avendo ciascuna almeno un incavo (14) su rispettive superfici (13) interne contrapposte che definiscono una cavit? (4) di colata dello stampo (1) avente forma sostanzialmente corrispondente alla sagoma esterna di detti pezzi metallici.

2. Stampo (1;30) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun porta-matrice (6) comprende una cavit? (8) aperta costituente sede di alloggiamento della rispettiva matrice (7), la cavit? (8) avendo forma sostanzialmente complementare a quella di detta rispettiva matrice (7) cos? da racchiudere quest?ultima mediante un accoppiamento tra forme complementari senza vuoti, detta superficie interna (13) di ciascuna matrice (7) essendo sostanzialmente a filo con una superficie interna (12) del rispettivo porta-matrice (6) in corrispondenza di un bordo (11) perimetrale delimitante detta cavit? (8).

3. Stampo (1;30) secondo la rivendicazione 2 in cui ciascun porta-matrice (6) presenta un incavo (18) aperto verso l?esterno e affacciato in detta cavit? (8) di colata in modo da essere in comunicazione di fluido con detta almeno un incavo (14) della rispettiva matrice (7), gli incavi (18) dei porta-matrice (6) essendo sostanzialmente allineati e contrapposti tra loro cos? da definire insieme un canale (5) di colata in comunicazione con detta cavit? (4) di colata dello stampo (1).

4. Stampo (1;30) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui ciascun porta-matrice (6) presenta almeno un?area (16) ribassata formata su detta superficie (12) interna e affacciata in detta cavit? (8) di alloggiamento e recante un foro filettato, e ciascuna rispettiva matrice (7) presenta almeno un?area ribassata (17) formata su detta superficie interna (13) che ? adiacente a detta almeno un?area ribassata (16) di detto porta-matrice (6), dette aree ribassate (16,17) adiacenti del porta-matrice (6) e della rispettiva matrice (7) definendo ciascuna una sede filettata (16,17) ribassata a cavallo di dette superfici (12,13) di detto porta-matrice (6) e di detta rispettiva matrice (7), lo stampo (1) comprendendo inoltre mezzi (15) di fissaggio rimovibile disposti in dette sedi filettate (16,17).

5. Stampo (1;30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente ulteriormente almeno un canale (20,21) passante esternamente a detta cavit? (4) di colata e in comunicazione con l?esterno, detto almeno un canale (20,21) essendo destinato ad essere percorso da un fluido di riscaldamento e/o raffreddamento di detto stampo (1).

6. Stampo (1;30) secondo la rivendicazione 5, in cui detto almeno un canale (20,21) passante ? ricavato nei porta-matrice (6) del primo semi-stampo (2) e del secondo semi-stampo (3), detti canali (20,21) essendo estesi esternamente alle cavit? (8) di alloggiamento delle rispettive matrici (7) e in comunicazione con l?esterno ed essendo destinati ad essere percorsi da detto fluido di riscaldamento e/o raffreddamento di detto stampo (1).

7. Stampo (1;30) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui ciascun porta-matrice (6) dello stampo (1) comprende primi canali (20) estesi trasversalmente tra estremit? contrapposte del porta-matrice (6) dietro la cavit? (8) di alloggiamento della rispettiva matrice (7), e secondi canali (21) estesi longitudinalmente in prossimit? della cavit? (8) di alloggiamento della rispettiva matrice (7) lungo sostanzialmente l?intera estensione longitudinale di detta cavit? (8) di alloggiamento, le estremit? di detti secondi canali (21) essendo raccordate a rispettive estremit? di detto porta-matrice (6).

8. Stampo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale metallico costituente detti porta-matrice (6) ? scelto tra ghisa, acciaio, lega metallica rame-berillio e bronzo.

9. Stampo (30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto primo semi-stampo (2) e/o detto secondo semistampo (3), presenta/presentano almeno un foro (31) passante in comunicazione con l?esterno e con la cavit? (4) di colata per applicare un vuoto in una zona della cavit? (4) di colata di inserimento di una rispettiva anima.

10. Metodo per la produzione di un pezzo metallico mediante colata in getti di un materiale metallico fuso, il metodo comprendendo le fasi di:

- mettere a disposizione uno stampo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8;

- facoltativamente predisporre almeno un?anima nella cavit? di colata di detto stampo (1) e chiudere lo stampo (1);

- eventualmente preriscaldare lo stampo chiuso ad una temperatura operativa compresa in un intervallo di temperature prestabilito;

- versare il materiale metallico fuso all?interno della cavit? (4) dello stampo chiuso e raffreddare al contempo lo stampo (1) cos? da mantenerlo ad una temperatura operativa compresa in detto intervallo di temperatura prestabilito, ottenendo detto pezzo metallico;

- aprire lo stampo (1) ed estrarre il pezzo metallico formato dalla cavit? dello stampo (1).

11. Metodo per la produzione di un pezzo metallico mediante colata in getti di un materiale metallico fuso, il metodo comprendendo le fasi di:

- mettere a disposizione uno stampo (30) secondo la rivendicazione 9;

- predisporre almeno un?anima (34) nella cavit? (4) di colata in modo che ciascuna anima ricopra un rispettivo foro (31) del primo semistampo(2) e/o del secondo semi-stampo (3) e applicare allo stesso tempo un vuoto da detto almeno un foro (31) cos? da sostenere detta almeno un?anima (34) in posizione nella cavit? (4) di colata;

- chiudere detto stampo (30) ed eventualmente preriscaldare lo stampo chiuso ad una temperatura operativa compresa in un intervallo di temperature prestabilito;

- alimentare un materiale metallico fuso all?interno della cavit? (4) dello stampo chiuso e raffreddare al contempo lo stampo cos? da mantenerlo ad una temperatura operativa compresa in detto intervallo di temperatura prestabilito, ottenendo detto pezzo metallico;

- rimuovere il vuoto, aprire lo stampo (30) ed estrarre il pezzo metallico formato dalla cavit? (4) dello stampo.

12. Metodo secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detto preriscaldamento e/o detto raffreddamento dello stampo (1) viene effettuato mediante scambio termico con un fluido diatermico circolante in detto almeno un canale (20,21) dei porta-matrice (6) dello stampo.

13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui detta temperatura operativa ? compresa tra 150?C e 170?C.