ITRM20000644A1

ITRM20000644A1 - Procedimento per la fabbricazione di stampi.

Info

Publication number: ITRM20000644A1
Application number: IT2000RM000644A
Authority: IT
Inventors: Dante Pocci; Dino Taccardo
Original assignee: Ct Sviluppo Materiali Spa; Microcast S R L
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-06-06
Also published as: ATE268235T1; EP1341627B1; WO2002045884A3; WO2002045884A2; IT1316255B1; DE60103665D1; AU2002217435A1; ITRM20000644A0; EP1341627A2

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

"PROCEDIMENTO PER LA FABBRICAZIONE DI STAMPI"

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha come oggetto un procedimento per la fabbricazione di stampi, del tipo adatto ad essere impiegato nel settore della microfusione, della pressofusione, e dello stampaggio ad iniezione e di altri simili processi di fusione in conchiglia.

Come è noto, detti stampi vengono impiegati per la produzione di modelli a perdere, ad esempio in cera nella tecnica detta a cera persa, da impiegare per dette tecniche di fusione. Il modello a perdere viene disposto in una conchiglia di materiale refrattario entro la quale viene colato o iniettato metallo fuso che scioglie e sostituisce il materiale del modello a perdere.

Le tecniche ed i procedimenti di fabbricazione per stampi noti devono soddisfare numerose esigenze, tra le quali quella di consentire la fabbricazione stampi tali da poter produrre modelli a perdere, e poi di manufatti, quanto più fedeli possibili al modello originale.

Inoltre, lo stampo deve poter essere impiegato per un numero adeguato di fusioni, mantenendo il più possibile inalterate le proprie prestazioni.

Ancora, il procedimento deve essere semplice e capace di adattarsi alle tecniche di prototipazione rapida con le quali viene impiegato in combinazione, anche per non incrementare eccessivamente il costo finale del manufatto.

Il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è di fornire un procedimento che soddisfi nel modo migliore dette esigenze.

Tale problema viene risolto da un procedimento per la fabbricazione di stampi per microfusione, pressofusione e simili che, nella sua definizione più generale, comprende le fasi di:

* fornire un incavo portastampo atto ad accogliere un modello principale, realizzato mediante tecniche di prototipazione rapida, da cui ricavare uno stampo;

* disporre in detto incavo detto modello principale, provvisto di distanziatori;

* colare una lega metallica bassofondente in detto incavo, lasciando indurire la colatura; e

* estrarre uno stampo da impiegare per ricavare modelli a perdere.

Per lega bassofondente si intende una lega con temperatura di fusione inferiore a 400°C, e per modelli a perdere si intende modelli, detti generalmente modelli secondari, ricavati per colatura nello stampo così fabbricato, impiegando come materiale un materiale facilmente fondibile come cera naturale o sintetica, materiale termoplastico come polistirene, mercurio congelato, urea indurita ecc.

Una versione preferita dell’ invenzione prevede l’impiego di una lega di stagno e bismuto, nel seguito citata come lega Sn-Bi.

In una definizione maggiormente particolareggiata, il procedimento secondo l’invenzione comprende le fasi di:

* relizzare un modello principale mediante una tecnica di prototip azione rapida;

* fornire una coppia di incavi portastampo atti ad accogliere in accostamento detto modello principale;

* disporre, in un primo incavo portastampo di detta coppia di incavi, detto modello principale con opportuni distanziatori;

* colare in detto primo incavo una quantità di materiale scomponibile ed indurne Tindurimento;

* accostare a detto primo incavo detto secondo incavo e colare, nello spazio risultante, una lega metallica bassofondente, inducendone l’indurimento;

* separare detti primo e secondo incavo, estrarre detto materiale scomponibile, trattare le superfici esposte della lega metallica indurita con un agente distaccante e riaccostare detti incavo;

* colare, nello spazio risultante, lega metallica bassofondente ed indurne l’indurimento; e

* separare detti incavi portastampo ed estrarre da essi una coppia di gusci di stampo.

Il principale vantaggio del procedimento secondo la presente invenzione risiede nel consentire l’ottenimento di stampi capaci di prestazioni ottimali.

La presente invenzione verrà qui di seguito descritta secondo una sua forma di realizzazione preferita, fornita a scopo esemplificativo e non limitativo con riferimentoalle rappresentazioni fotografiche ed ai disegni annessi in cui:

* la figura 1 sono due rappresentazioni fotografiche di un modello master in due parti di un ugello, realizzato in stereolitografia;

* la figura 2 sono due rappresentazioni fotografiche dei modelli master del’interno e dell’esterno di una valvola criogenica;

i modelli sopra citati sono stati realizzati con lo scopo di riprodurre i modelli con tecniche di micro fusione;

* la figura 3 è una rappresentazione schematica delle fasi principali del procedimento secondo l invenzione, con riferimento al modlelo di ugello di figura 1;

* la figura 4 è uno schema a blocchi che illustra le fasi principali del procedimento secondo l’invenzione;

* la figura 5 è una rappresentazione fotografica di un modello in cera in due parti dell’ugello di figura 1; e

* la figura 6 è una rappresentazione fotografica di un modello in cera dell’interno della valvola di figura 2.

La fabbricazione di stampi da impiegare in tecniche di microfusione inizia con la fornitura di un modello principale o primario, detto anche modello master, mediante una tecnica di prototipazione rapida.

Le tecniche impiegabili sono ad esempio la stereolitografia e la sinterizzazione sintetica di polveri. Entrambe le tecniche fanno uso di laser accoppiato ad un particolare software tipo CAD.

La prima tecnica citata consente di ottenere sia strutture piene particolarmente adatte alla fabbricazione di stampi con il procedimento secondo l’invenzione.

In figura 1 è rappresentato un modello master di un ugello prodotto con tecniche di stereo litografi a in resina epossiddica. Il modello di ugello è realizzato in due parti per poter eseguire tutte le operazioni di formatura di uno stampo.

In figura 2 è rappresentata una coppia di modelli master internoesterno di una valvola criogenica, sempre realizzata in stereolitografia con una resina epossidica.

I modelli delle figure 1 e 2 sono esemplificativi di ciò che può costituire l’elemento di partenza del procedimento seondo l’invenzione, di cui segue la descrizione di un esempio di realizzazione.

Una resina adatta per la realizzazione del modello master è il tipo SL 5170 della ditta Cibatool® ma è possibile fare uso di altre resine, ad esempio fotopolimeri sensibili alle radiazioni UV.

Le caratteristiche che deve rispettare la resina sono legate essenzialmente alla possibilità di essere impiegata nel campo della stereolitografia, e quindi può essere del tipo epossidico o acrilico, purché il modello master finale possegga una buona resistenza all'umidità ed al calore.

Poiché le caratteristiche fisiche delle rsine impiegate in ambito stereolitografico variano con la macchina che viene utilizzata, è difficile stabilire in modo univoco tali caratteristiche, pertanto, in linea di massima, si può indicare come riferimento una densità, misurata a 25°C, compresa tra 1,1 e 1,2 g/cm3; una temperatura di transizione vetrosa, misurata secondo DMA, a 4°C/min, di almeno 50°C; una temperatura di stabilità dimensionale a caldo, misurata secondo ASTM D 648, a 0,46 MPa, di almeno 40°C.

Inoltre, considerando il modello finito, bisogna verificare che esso abbia una durezza accettabile per le operazioni che dovranno seguire nella realizzazione dello stampo, e tale valore deve essere inferiore a 50 Shore D.

Infine, il modello master da noi realizzato dovrebbe rispondere a valori di tolleranza dimensionale (oltre che geometrica), espressi come:

± 0,7% della dimensione nominale, per quote maggiori di 15 mm; e ± 0,10 mm per quote minori di 15 mm.

La resina epossidica impiegata consente una prestazione ottimale, in alternative è comunque utilizzabile una resina diversa, ad esempio acrilica.

Una volta fornito il modello master, vengono preparati due semiblocchi in lega di alluminio 1 che' svolgono la funzione di incavi portastampi perché dotati di una scavatura atta ad alloggiare un modello master come sopra descritto.

In un primo di detti incavi, indicato con 2, viene alloggiato un modello master 3 mediante appositi distanziatori e spessori 4, dopodiché in detto incavo 2 viene colato gesso 5 che, nel presente esempio di realizzazione, costituisce un materiale scomponibile, ovvero asportabile durante il procedimento con relativa facilità. A tale proposito si sottolinea come il gesso sia un materiale a basso costo, facilmente reperibile ed impiegato in tecniche di fonderia fin dagli albori.

Viene indotta la solidificazione del gesso 5, cosicché è possibile effettuare lavorazioni di finitura manuali e/o a macchina, allo scopo di definire la cosiddetta linea di sformo.

Il secondo di detti incavi portastampo, indicato con 6, viene accostato e serrato sul primo incavo 2. Siccome il secondo incavo 6 non è stato colmato con gesso, ne risulta uno spazio vuoto, nel quale viene colata una prima quantità 7 di lega bassofondente di stagno e bismuto, con una temperatura di fusione inferiore a 400°C.

La composizione eutettica della lega Sn-Bi, che è ottimale per procedimento, presenta il 57% di Bi ed ha una temperatura di fusione di circa 139°C.

La composizione preferita prevede una quantità di Sn compresa tra 30% e 55% in peso, ed una quantità di Bi compresa tra 70% e 45% in peso, con una temperatura di colata compresa tra 155° e 200°C circa.

Viene indotta la solidificazione, l’indurimento della lega metallica sopra citata e, quando possibile, i due semiblocchi 1, ovvero gli incavi 2, 6, vengono separati. Il gesso 5 del primo incavo 2 viene eliminato. Il modello master 3 viene convenientemente estratto per permettere le lavorazioni successive.

A questo punto, un primo guscio 8 derivato dalla solidificazione della lega metallica viene rifinito con la linea di sformo, e dopo il modello master 3 viene disposto do v’ era originariamente.

Le superfici esposte 9 del primo guscio 8 vengono trattate con un agente distaccante, per permettere la separazione tra primo guscio 8 ed il seondo guscio che verrà formato. Un agente distaccante comunemente impiegabile è la povere di quarzo.

Il primo incavo 2, svuotato e ripulito dal gesso, viene riposizionato in accostamento e serrato. Nello spazio vuoto risultante daH’eliminazione del gesso 5 viene fatta colare una seconda quantità 10 di detta lega Sn-Bi.

Una volta indotta la solidificazione di quest’ultima, risulta un secondo guscio I I e gli incavi 2, 6 vengono definitivamente separati ed i due gusci 8, 11 che formano lo stampo in lega metallica vengono estratti, rifiniti e lucidati.

Essi sono pronti per produrre modelli in cera. In figura 4, uno schema a blocchi riassume il procedimento sopra descritto.

Nelle figure 5 e 6 sono rappresentati modelli in cera di valvole criogeniche e ugelli, pronti per la produzione di manufatti mediante processi di microfusione.

Al sopra descritto procedimento di fabbricazione di stampi un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare ulteriori e contingenti esigenze, potrà apportare numerose ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro comprese nell'ambito di protezione della presente invenzione, quale definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la fabbricazione di stampi per microfusione, pressofusione e simili che comprende le fasi di: * fornire un incavo portastampo (2, 6) atto ad accogliere un modello principale (3), realizzato mediante tecniche di prototipazione rapida, da cui ricavare uno stampo; * disporre in detto incavo (2, 6) detto modello principale (3), provvisto di distanziatori (4); * colare una lega metallica bassofondente (7, 10) in detto incavo (2, 6), lasciando indurire la colatura; e * estrarre uno stampo (8, 11) da impiegare per ricavare modelli a perdere.
2. Procedimento per la fabbricazione di stampi per microfusione, pressofusione e simili che l’invenzione comprende le fasi di: * relizzare un modello principale (3) mediante una tecnica di prototipazione rapida; * fornire una coppia di incavi portastampo (2, 6) atti ad accogliere in accostamento detto modello principale; * disporre, in un primo incavo portastampo (2) di detta coppia di incavi, detto modello principale (3) con opportuni distanziatori (4); * colare in detto primo incavo (2) una quantità di materiale scomponibile (5) ed indurne l indurimento; * accostare a detto primo incavo (2) detto secondo incavo (6) e colare, nello spazio risultante, una lega metallica bassofondente (7), inducendone l indurimento; * separare detti primo e secondo incavo (2, 6), estrarre detto materiale scomponibile (5), trattare le superfici esposte (9) della lega metallica indurita (8) con un agente distaccante e riaccostare detti incavi portastampo (2, 6); * colare, nello spazio risultante, lega metallica bassofondente (10) ed indurne indurimento; e * separare detti incavi portastampo (2, 6) ed estrarre da essi una coppia di gusci (8, 11) di stampo.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta lega metallica bassofondente ha una temperatura di fusione minore di 400°C.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta lega metallica bassofondente è una lega di stagno e bismuto (Sn-Bi).
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui detta lega metallica presenta una quantità di stagno compresa tra 30% e 55% in peso, ed una quantità di bismuto compresa tra 70% e 45% in peso.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, in cui detta lega presenta una temperatura di colata compresa tra 155°C e 200°C.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui detta lega stagno bismuto è un eutettico con Bismuto al 57% in peso ed un punto di eutettico a 139°C.
8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, in cui detto modello principale è realizzato in stereolitografia.
9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui detto modello principale è realizzato in una resina con: una densità compresa tra 1,1 e 1,2 g/cm a 25°C; una temperatura di transizione vetrosa a 4°C/min di almeno 50°C (DMA); ed una temperatura di stabilità dimensionale a caldo a o,46 MPa di almeno 40°C (ASTM D 648).
10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui detta resina ha una durezza superiore a 50 Shore D.
11. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, in cui il modello principale presenta valori di tolleranza dimensionale espressi come: ± 0,7% della dimensione nominale, per quote maggiori di 15 mm; e ± 0,10 mm per quote minori di 15 mm.
12. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto materiale scomponibile è gesso.