IT8319995A1 - Procedimento di formatura, in conchiglia, di pezzi a base di alluminio - Google Patents

Description

Descrizione di una invenzione avente titolo :

"PROCEDIMENTO DI FORMATURA, IN CONCHIGLIA, DI PEZZI A BASE D I ALLUMIN IO"

RIASSUNTO

La presente invenzione riguarda un procedimento di formatura in conchiglia di pezzi a base di alluminio.

Tale procedimento ha come scopo quello di ottimizzare la durata di permanenza del metallo nella conchiglia e si basa sul fatto che si tiene conto della temperatura della conghiglia all'istante in corrispondenza del quale inizia la colata del metallo.

Esso trova applicazione per tutti quei casi in cui si desidera fabbricare una serie di pezzi con un minimo di scarti ed una capacit? di produzione interna.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al campo della mete1 lurgia , al settore della fonderia, e, pi? particolarmente ad un procedimento di formatura in conchiglia di pezzi a base d'alluminio in cui ? ottimizzata la durata di permanen? za del metallo nella conchiglia.

Fra le diverse tecniche di formatura dell'alluminio e delle sue leghe, l'esperta del ramo conosce quella consistente nel colare in una conchiglia metallica fusa, di foi ma determinata, metallo in fusione e quindi nel lasciarlo solidificare per in certo periodo di tempo tramite cessio ne di una parte del proprio calore al mezzo ambiente, nel l'aprire successivamente detta conchiglia per estrarre il pezzo cos? formato e infine nel richiuderla dopo averla approntata per una nuova operazione di formatura.

Durante ciascuna di queste operazioni,all'addetta alla fusione si presenta il problema di conoscere il tempo di permanenza del metallo nella conchiglia. Infatti, l'addet o, avendo la preoccupazione di ottenere la massima efficacia ben sa, che nel caso abbia ad aprire la conchiglia con un certo ritardo dopo che il pezzo ha raggiunto uno stato di solidificazione conveniente, allora si avr? perdita della capacit? di produzione del proprio impianto, e viceversa, se il fonditore apre la conchiglia troppo presto allora pu? avvenire che il pezzo sia'incompletamente soli dificato o, per lo meno, che non abbia ancora acquisito una stabilit? termica e meccanica sufficiente, nel qual caso il pezzo avr? difetti suscettibili di richiederne lo scarto .

Pertanto la durata di permanenza del metallo nella con chiglia risulta di per s? stessa un dato importante nello sfruttamento corretto di una fonderia.

Naturalmente tale durata ? una funzione del tipo di conchiglia utilizzata, del suo rivestimento refrattario, del suo modo di raffreddamento: naturale o forzato, della composizione e temperatura della lega colata, ma, essendo tali diversi parametri fissi, si ? rivelato importante trovare un mezzo per determinare la durata ottimale di permanenza del metallo nella conchiglia,applicabile alla colata in serie di pezzi, tale mezzo essendo diconseguenza, suscetti bile di.essere applicato a impianti con alcuni parametri variati a causa dell'apporto di talune correzioni.

Nella maggior parte dei procedimenti della tecnica nota si ? tentato di risolvere tale problema adottando una durata di permanenza costante e evidentemente calcolata in nodo molto abbondante per proteggere da qualsiasi inconveniente dovuto ad una rimozione precoce dalla forma. Praticamente ? sufficiente disporre di meccanismi regolati sulla durata selezionata e posti in funzione all'inizio Iella colata. Tali procedimenti presentano l'inconveniente trincipale di non tener conto dell'andamento della temperatura della conchiglia. Infatti all'inizio della formatura di una serie di pezzi, la conchiglia presenta, all'istan e della colata, una temperatura relativamente bassa; durante ciascuna operazione di formatura, essa conserva una parte del calore apportato dal metallo e, per tale motivo, al momento di ciascuna nuova colata, la temperatura della corchiglia aumenta progressivamente finch? essa non raggiungi un valore di equilibrio; si dice in tal caso che la conchiglia ? a regime. Analogamente, nel caso di arresto m_o mentaneo volontario o accidentale, la temperatura della conchiglia ha tendenza a diminuire prima di raggiungere nuovamente il valore di equilibrio.

In un procedimento a durata di permanenza costante, nor si tiene conto di queste variazioni, e ne conseguono condizioni diverse di raffreddamento e di solidificazione de: pezzi, e quindi una notevole eterogeneit? nella qualit? dei pezzi ottenuti.

Altri procedimenti si basano sulla temperatura di sfor matura per fissare la durata di permanenza ottimale. Si attende che la temperatura della conchiglia, dopo riempimento, sia diminuita oltre ad un certo valore per estrarre il pezzo.

Ancora altri procedimenti combinano i due concetti e cio? quello della durata di permanenza costante finch? la temperatura della conchiglia al momento del riempimento non si ? stabilizzata e quindi quella della temperatura di sfermatura quando la conchiglia si ? portata a regime. Questi utlimi procedimenti consentono di ridurre la durata di formatura o stampaggio e di accelerare, in un certo grado l'ottenimento della condizione di regime, ma essi non ten gono effettivamente conto dell'andamento della temperatura iniziale della conchiglia all'istante in corrispondenza del quale inizia la calata del metallo e, conseguentemente, della durata di solidificazione reale.

E' appunto per questo che la richiedente, constatando che le soluzioni proposte non tenevano conto in modo corretto di tale andamento, e pertanto non consentivano di realizzare le condizioni ottimali di qualit? e di produzio ne, ha cercato e messo a punto un procedimento di formatu ra in conchiglia di pezzi a base d'alluminio in cui viene calato nella conchiglia il metallo in fusione, il comples? so viene lasciato raffreddare in modo da attenere solidificazione del metallo e quindi detta conchiglia viene apei ta per l'estrazione del pezzo cos? formato e la si richiude per una nuova operazione, il procedimento essendo caratterizzato dal fatto che la durata di permanenza del metallo nella conchiglia ? correlata alla temperatura di quest'ultima al momento in cui la colata viene iniziata.

In tal modo il procedimento secando l'invenzione, come taluni procedimenti della tecnica nota, si allontana dal con cetto della durata di permanenza costante ma si avvicina ad essi per il concetta della temperatura. Tuttavia in questo caso si tratta di temperatura iniziale della conchiglia, ossia al momento in cui inizia la calata, e non della temperatura di sfornatura, bench? tale concetto sia conservato in talune condizioni di applicazione del procedimento in oggetto.

Il fatto di tener conto della temperatura iniziale della conchiglia consente di meglio adattarsi alla durata reale di solidificazione poich?, in realt?, ? ben noto eh se la colata viene attuata in una conchiglia a bassa temp ratura, allora la durata di solidificazione sar? inferiore a quella che si avrebbe se si colasse in una conchigli a temperatura elevata. In tal modo, facendo riferimento a la temperatura iniziale, ? possibile meglio valutare il tempo che occorrer? per garantire la solidificazione e de terminare quindi in maniera ottimale la durata di permanenza del metallo nella conchiglia. Inoltre occorre stabi lire la relazione esistente tra la temperatura iniziale e la durata di solidificazine. Tale relazione ? stata sta bilita in maniera sperimentale nella maniera seguente: varie serie di provette sono state colate disponendo al centro della parte calibrata una termocoppia collegata ad un registratore di temperatura. Altre termocoppie erano sposte nelle porzioni della conchiglia in corrispondenza del centro della provetta e a 2 mm. della parete interna. Risultava cos? possibile rilevare contemporaneamente la temperatura iniziale della conchiglia e la durata di soli dificazione quest 'ultima terminando al momento in corrispondenza del quale era constatata un cambiamento di pendenza nella curva temperatura-tempo. Tuttavia, non essendo passibile attuare sfarmatura se non dopo la solidificazione del pezzo, poich? occorre attendere che le materozze abbiti no a risultare sufficientemente resistenti da poter supportare i pezzi stessi, ? stato applicata alla durata di solidificazione un coefficiente di correzione, ossia la durata dipermanenza considerata ? uguale a k volte la durata di solidificazione, k essendo compreso fra 1 e 1,5, a seconda della composizione della lega e del tipo di pez zo realizzato.

Tali misure sono state eseguite per diverse temperature della conchiglia al momento del riempimento. Successivamen te ? stato pure passibile estendere tali misure a conchiglie dotate ad esempio di dispositivi di raffreddamento forzato mediante circolazione d'aria o d'acqua, a leghe di composizioni diverse colate a temperature variabili, a rivestimenti refrattari aventi una natura o uno spessore diversi.

Si hanno cos? tabelle di correlazione fra temperatura e durata di permanenza. Viceversa ? sufficietne, conoscendo tutti i fattori della formatura, annotare la temperatura iniziale della conchiglia e quindi riferirsi alle tabel e per conoscere la durata di permanenza ottimale.

In tal modo il procedimento secondo l'invenzione ? caratterizzato dal fatto che la durata di permanenza del metallo nella conchiglia ? stabilita misurando la temperatura di quest'ultima al momento in cui la colata viene iniziata, e quindi comparando tale valore con la tabella di correlazione temperatura-durata prestabilita.

Il procedimento in oggetto ? applicato praticamente all in sieme delle operazioni di formatura successive necessarie per l'ottenimento di una serie di pezzi. Tuttav?a, per quan to riguarda il periodo di avviamento, o quello successivo ad un arresto prolungato in cui la temperatura della conchiglia ? relativamente bassa, si ? rilevato che i pezzi presentavano una compattezza insuffieiente. Per limitare il numera di tali pezzi, occorre cercare di aumentare il pi? rapidamente passibile la temperatura della conchiglia. Naturalmente, il procedimento ottimizzato precedentemente descritto consente di ridurre tale periodo di ascesa di tem ceratura, tuttavia, esso pu? essere ulteriormente accelerato sfruttando il fatto che, quando viene applicata la durata di permanenza ottimale con una conchiglia relativamente fredda, il momento di sformatura interviene mentre la temperatura della conchiglia ? ancora in fase di crescita, differentemente da una conchiglia a regime, per la quale essa ? in fase decrescente. Pertanto se si desidera accelerare l'aumento di temperatura, occorre tentare di recuperare la totalit? del calore apportato dal metallo e quindi di non attuare sformatura se non al momento in corrispondenza del quale la temperatura della conchiglia ha raggiunto il suo massimo.

Pertanto il procedimento ? anche caratterizzato dal fatto che, durante i periodi di avviamento o ri-avviamento in cui la temperatura della conchiglia ? relatiiflmente bassa nel momento in cui la colata viene iniziata, la durata di permanenza ottimale viene prolungata finch? la temperatura della conchiglia non ha raggiunto il sua massima.

Inoltre, dopo un certo numero di operazioni di formature successive, la conchiglia ha tendenza a riscaldarsi in grado sempre maggiore, cosa questa che aumenta il tempi di solidificazione e riduce conseguentenente le caratteristiche meccaniche dei pezzi. La temperatura della conchiglia pu? essere limitata in due modi e cio? sia prolungando la durata di chiusura della conchiglia dopo la colata, sia impedendone la chiusura dopo la sformatura finch? la temperatura non ? ridiscesa al disotto di un valore limite che ? funzione del tipo di lega utilizzata.

Tale procedimento, nel caso sia applicabile con mezzi semplici, pu? pure costituire l'oggetto di una "meccanizzazione" e automatizzazione spinte. Infatti le funzioni interessate sono convenzionali e cio?:

- rivelare una variazione di temperatura per determinare l'istante to in corrispondenza del quale inizia la colata, l'istante tm in corrispondenza del quale essa passa attiav verso un massimo (derivato zero),

- registrare la temperatura iniziale della conchiglia, compararla con un insieme di temperature, di una tabelle . di correlazione temperatura-tempo memorizzata dalla concordanza, determinare la durata di permanenza

- far intervenire un meccanismo in corrispondenza dell'istante to e regolarlo su ,

- controllare in maniera continua la temperatura in modo da ottenere la temperatura oltre la quale la sformatura o la chiusura dellaforma non possono aver luogo, - comandare le elettrovalvole dei martinetti d'apertura e di chiusura della conchiglia in corrispondenza degli inst anti ed imped ire l ' apertura mando

Tale insieme di funzioni pu? essere garantito da un dispositivo di comando comprendente essenzialmente:

- una scheda comprendente un microprocessore e organi peri ferici,

- un convertitore da analogico a digitale,

- un supporto magnetico per la registrazione delle tabellE di correlazione,

- un programma memorizzato nella memoria associata al microprocessore,

? un armadio di comando.

Tale complessa ? posto in relazione, mediante il suo convertitore, con le termocoppie posizionate sulla conghiglia, e, tramite il suo armadio di comando, con le elettrc valvole dei martinetti.

Nel caso di conchiglie raffreddate ad aria o mediante circolazione di qualsiasi altro fluido, la regolazione delle partate di questi ultimi in funzione delle temperature desiderate pu? essere inclusa nel complesso stesso.

La presente invenzione sar? meglio compresa dall?esempio applicativo seguente:

in una conchiglia di acciaia raffreddato ad aria, ? sta?? ta realizzata la formatura successiva di 50 pezzi di tipo provetta, a partire da una lega d?alluminio A-S7G.

Per i quindici primi pezzi, la temperatura iniziale della conchiglia ? rimasta inferiore a 350?C ed ? applica?? to il procedimento in cui si attende che la temperatura della conchiglia sia passata attraverso un massimo prima di aprirla, ci? richiedendo 10 minuti. Quindi sono stati colati altir tredici altri pezzi assumendo come tempo di permanenza il tempo di solidificazione moltiplicato per un fattore k = 1,5, e i cui valori in funzione della temperatura iniziale della conchiglia erano i seguenti:

Claims (3)

RIVENDICAZIONI

1. Procedimento per la formatura in conchiglia di pezzi a base d'alluminio, in cui nella conchiglia viene colato il metallo in fusione, il complesso viene lasciato raffreddare in modo da ottenere solidificazione del metal lo-, e quindi detta conchiglia viene aperta per l'estrazio ne del pezzo cos? f ormato e richiusa al fine di attuare una nuova operazione, caratterizzato dal fatto che la durata di permanenza del metallo nella conchiglia ? correlata alla temperatura di quest'ultima in corrispondenza dell'i stante in cui viene iniziata la colata.

2. Procedimento di framatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la durata di permanenza del metallo nella conchiglia ? stabilita misurando la tem peratura di quest'ultima in corrispondenza del momento in cui viene iniziata la colata e quindi mediante comparazioni con una tabella di correlazione temperatura-tempo prestabilita.

3. Procedimento di formatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che , durante il periodo di av viamento o riavvimento in cui la temperatura della conchi glia ? relativamente bassa in corrispondenza del momento di inizio della calata, il tempo di permanenza viene prolungata sinch? la temperatura della conchiglia non ha raggiunta il suo massimo.