ITVI20110234A1 - Dispositivo termoregolatore per getti di fonderia, nonche' stampo e metodo per la realizzazione di getti di fonderia - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

Campo di applicazione

Il presente trovato à ̈ generalmente applicabile nel settore tecnico della fusione dei metalli ed ha particolarmente per oggetto un dispositivo termoregolatore per getti di fonderia soggetti a soffiature e/o ritiri.

L’invenzione ha altresì per oggetto uno stampo provvisto di uno o più di tali dispositivi termoregolatori per la realizzazione di getti di fonderia ed un metodo per la realizzazione di getti di fonderia implementabile con lo stampo.

Stato della Tecnica

Come à ̈ noto, uno degli aspetti più critici nelle operazioni di realizzazione di anime per fonderia a partire da getti di materiale fuso introdotti all'interno di uno stampo à ̈ rappresentato dalla necessità di controllare il normale ritiro del materiale fuso al fine di evitare difetti quali soffiature, ritiri o crepature nel prodotto solidificato.

Infatti, un raffreddamento troppo rapido del materiale del getto, in particolare in corrispondenza delle pareti della cavità interna dello stampo, può causarne un ritiro eccessivo e non controllato che può richiedere che il getto solidificato venga rilavorato oppure, nei casi peggiori, classificato come scarto.

A tale scopo, nella progettazione degli stampi devono essere previsti uno o più canali o maniche aventi lo scopo di ricevere una quantità in eccesso di materiale fuso che compenserà i ritiri del materiale.

Tuttavia, il materiale solidificato all’interno di tali canali, che forma le cosiddette “materozze†, necessita di essere asportato successivamente alla estrazione del getto, incrementando così notevolmente i tempi complessivi di lavorazione oltre che complicando la progettazione dello stampo.

Inoltre sarà necessario un maggiore apporto di materiale e quindi anche un maggior apporto di energia per fondere lo stesso.

Per superare tali inconvenienti sono state proposte diverse soluzioni che puntano a controllare il raffreddamento del materiale del getto in corrispondenza delle zone a maggiore ritiro soggette ai ritiri e soffiature, ad esempio predisponendo raffreddatori, placche metalliche o altri materiali differenti rispetto al materiale dello stampo.

Tuttavia, tali soluzioni non puntano ad eliminare le materozze e quindi sono comunque affette dagli inconvenienti sopra riportati.

Presentazione dell'invenzione

Scopo principale del presente trovato à ̈ quello di superare gli inconvenienti sopra riscontrati, realizzando un dispositivo termoregolatore per getti di fonderia che consenta di realizzare getti sostanzialmente privi di difetti quali soffiature e ritiri.

Uno scopo particolare del presente trovato à ̈ quello di realizzare un dispositivo termoregolatore per getti di fonderia che consenta di eliminare sostanzialmente le materozze.

Ancora altro scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un dispositivo termoregolatore per getti di fonderia che consenta do ottenere getti aventi elevata finitura in maniera rapida ed economica.

Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a disposizione una miscela refrattaria che permetta di realizzare un prodotto che non necessita dell’intervento di un operatore per preparare la fusione alla fase successiva.

Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a disposizione un metodo per la realizzazione di getti di fonderia che sia particolarmente veloce, economico ed efficace, consentendo di realizzare getti di elevata qualità senza l'utilizzo di materozze.

Tali scopi, nonché altri che appariranno più chiaramente nel seguito sono raggiunti da un dispositivo termoregolatore per la riduzione o eliminazione di difetti di soffiature e ritiri locali in getti di fonderia, in accordo alla rivendicazione 1, comprendente almeno un cuscinetto termogeneratore e termoregolatore destinato ad essere alloggiato in una sede della cavità dello stampo adiacente ad una zona difettosa, detto cuscinetto essendo realizzato in un materiale composito contenente almeno un componente esotermico ed almeno un componente termoregolatore per la generazione ed il controllo della trasmissione di calore al metallo fuso per un tempo sufficiente a rallentarne il raffreddamento locale ed evitare la formazione di soffiature e ritiri in corrispondenza di detta zona difettosa.

Grazie a questa combinazione di caratteristiche sarà possibile controllare nello stampo il raffreddamento del materiale fuso in corrispondenza delle zone a maggior ritiro senza che sia necessario predisporre canali di risalita e quindi senza che si formino materozze.

Secondo un ulteriore aspetto del trovato à ̈ previsto un metodo per la realizzazione di getti di fonderia, in accordo alla rivendicazione 11.

Secondo ancora un altro aspetto del trovato à ̈ previsto uno stampo per getti di fonderia in accordo alla rivendicazione 12.

Forme vantaggiose di realizzazione del trovato sono ottenute in accordo alle rivendicazioni dipendenti.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite ma non esclusiva di un dispositivo termoregolatore per getti di fonderia associati ad uno stampo per fonderia e di un metodo per la realizzazione di getti di fonderia secondo il trovato, illustrate a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

le FIGG. 1 e 2 sono viste prospettiche di una staffa di uno stampo provvisto di una pluralità di dispositivi termoregolatori secondo il trovato;

la FIG. 3 Ã ̈ una vista esplosa della staffa delle figure precedenti;

la FIG. 4 Ã ̈ una vista prospettica in sezione della staffa delle figure precedenti;

la FIG. 5 Ã ̈ una vista prospettica di una seconda staffa appartenente ad uno stampo secondo il trovato ed accoppiabile alla prima staffa;

la FIG. 6 Ã ̈ una vista prospettica assemblata di uno stampo secondo il trovato;

la FIG. 7 Ã ̈ una vista prospettica esplosa dello stampo di Fig. 6;

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferito Con riferimento alle figure citate, à ̈ illustrata una pluralità di dispositivi termoregolatori, indicati globalmente con 1 , 1’, 1†, 1’†per getti di fonderia applicabili ad uno stampo per fonderia 2, generalmente realizzato in terra di fonderia o materiale similare.

Il getto di fonderia, non illustrato nei disegni allegati, potrà essere realizzato in un qualsiasi materiale atto ad essere fuso e preferibilmente sarà in un materiale o lega metallica, quali alluminio, acciaio, ghisa, rame e similari.

In particolare, ogni dispositivo termoregolatore 1 , 1’, 1†, 1’†sarà destinato ad essere inserito all’interno della cavità interna 3 dello stampo 2 riproducente in negativo la forma del getto da realizzare.

Nel prosieguo per semplicità si farà riferimento ad un unico dispositivo termoregolatore 1 , restando inteso che tutto quanto sarà riferito a tale dispositivo si ritroverà in maniera sostanzialmente simile e tecnicamente equivalente anche negli altri dispositivi termoregolatori 1’, 1†, 1’†, se non diversamente specificato.

Un dispositivo termoregolatore 1 secondo il trovato comprenderà essenzialmente, ovvero ne sarà costituito, un cuscinetto termogeneratore e termoregolatore destinato ad essere alloggiato in una corrispondente sede 4 della cavità 3 dello stampo 2 adiacente ad una zona difettosa 5 interessata alle soffiature o ritiri locali.

Secondo una caratteristica peculiare del trovato, il cuscinetto 1 sarà realizzato in un materiale composito contenente almeno un componente esotermico ad elevato potere calorifico ed almeno un componente termoregolatore.

Al contatto con il metallo fuso ad elevata temperatura del getto, il materiale composito così formulato sarà atto a generare calore in modo controllato ed a trasmetterlo al metallo fuso per un tempo sufficiente a rallentarne il raffreddamento ed evitare la formazione di soffiature e ritiri in corrispondenza delle zone difettose 5 interessate alle soffiature o ritiri locali.

Secondo un aspetto particolarmente vantaggioso del trovato, il cuscinetto 1 sarà opportunamente sagomato ed avrà prime superfici laterali 6’ di forma complementare a quelle della rispettiva sede 4 in modo da essere posizionato stabilmente nella stessa.

Inoltre, il cuscinetto 1 avrà una superficie libera 6†rivolta verso l’interno della cavità 3 e riproducente in negativo la forma della porzione della superficie esterna del getto da fondere che verrà a trovarsi in corrispondenza di una zona 5 ad elevato ritiro.

Preferibilmente, il cuscinetto 1 avrà una massa complessiva direttamente proporzionale a quella del difetto da eliminare.

In particolare, la cavità 3 dello stampo 2 potrà prevedere una o più sedi 4, 4’, 4†, 4’†atte ad alloggiare e trattenere rispettivi dispositivi termoregolatori 1 , 1’,

Come si osserva dalle figure, lo stampo 2, realizzato in terra di fonderia, sarà privo di materozze ed avrà una cavità interna 3 collegata ad un canale di alimentazione 8 del metallo fuso e ad almeno un canale di sfiato 9.

Ad esempio, lo stampo 3 potrà essere formato da due staffe 10, 11 aventi rispettive pareti frontali 12, 13 opportunamente sagomate atte ad essere reciprocamente affacciate alla chiusura dello stampo 2 per definire la cavità interna 3.

In tal caso una prima staffa 10, illustrata nelle Figg. 1- 4, potrà comprendere una o più sedi cieche 4, 4’, 4†, 4’†ed aventi ognuna forma complementare a quella di un rispettivo dispositivo termoregolatore 1 , 1’, 1†,

Tali sedi 4, 4’, 4†, 4’†saranno disposte in corrispondenza delle zone 5 prevalentemente soggette a ritiri o soffiature del metallo fuso del getto e saranno predisposte per alloggiare stabilmente corrispondenti cuscinetti 1 , Di conseguenza, ogni cuscinetto 1 , 1’, 1†, 1’†presenterà una forma corrispondente a quella della rispettiva sede 4, 4’, 4†, 4’†ed una superficie 7, 7, 7†, 7’†rivolta verso l’interno della cavità 3 riproducente in negativo la forma in quella zona 5 del getto da realizzare.

Secondo una configurazione non illustrata nelle presenti figure, ulteriori sedi potranno essere previste anche sulla seconda staffa 11. In tal caso, le sedi potranno avere forma complementare ad una porzione del dispositivo 1 destinata a non venire a contatto con il metallo fuso del getto e che sarà inserita ad incastro nella corrispondente sede.

In questo modo, il dispositivo 1 sporgerà dalla parete frontale 14 della seconda staffa 12, a stampo 2 chiuso, definendo una porzione della superficie interna della cavità 3.

La scelta dei componenti costituenti il cuscinetto 1, nonché le reciproche percentuali ponderali di utilizzo all’interno del materiale composito potrà dipendere dalla forma da conferire al getto e/o dalla tipologia di materiale fuso utilizzato.

In generale, il componente esotermico sarà scelto tra i materiali metallici quali alluminio, silicio, magnesio e similari in forma granulare o di polvere.

Il componente esotermico sarà presente nel materiale composito in percentuale compresa tra 20% e 70% sul peso totale.

Il componente termoregolatore potrà essere scelto tra i materiali comprendenti fluoruri, ossidi di ferro, sodio ed sarà presente in percentuale compresa tra 2% e 20% sul peso totale del materiale composito.

Inoltre, il materiale composito del cuscinetto 1 potrà comprendere almeno un componente reattivo atto ad innescare la combustione del componente esotermico all’atto del contatto con il metallo fuso.

Ad esempio, il componente reattivo potrà essere scelto nel gruppo comprendente i nitrati, il fluoro, il sodio e similari e le loro miscele e sarà presente in percentuale compresa tra 5% e 30% sul peso totale del materiale composito.

La scelta del componente reattivo dipenderà anche dal tempo di colata previsto per il getto e generalmente dovrà essere atto a consentire l’innesco del componente esotermico in un tempo non superiore a 10s-15s a partire dal’inizio della colata ed inversamente proporzionale alla velocità di colata, che sarà a sua volta tanto maggiore quanto più fine sarà il getto da realizzare.

Opportunamente, il componente esotermico, il componente termoregolatore ed il componente reattivo saranno destinati a reagire tra loro e con l’ossigeno presente nella cavità 3 dello stampo 2 ed innalzare la pressione all’interno della stessa in modo da mantenere sostanzialmente invariato il suo volume e forma.

Inoltre, il loro rapporto ponderale relativo dovrà essere tale che il cuscinetto 1 rimanga incandescente per un tempo sufficiente alla formatura di una pellicola semisolida in corrispondenza delle zone di contatto con il metallo fuso, ad esempio per un tempo minimo compreso tra 1min e 1,5min.

Il materiale composito potrà comprendere un componente inerte strutturale scelto nel gruppo comprendente le sabbie silicee e similari con una temperatura di fusione superiore a quella di fusione del metallo fuso e prossima ai 1750°C, con struttura granulare con dimensione dei granuli compresa tra i 0,1 mm e i 0,3mm.

Preferibilmente, il componente strutturale potrà essere presente in percentuale compresa tra 25% e 80% sul peso totale del materiale composito e destinato a consentire la sagomatura del cuscinetto 1.

Infine, il materiale composito potrà anche comprendere un legante atto a combinarsi con gli altri componenti per mantenere il cuscinetto 1 nella sua forma finale.

Il legante potrà essere scelto nel gruppo comprendente le resine fenoliche e similari ed sarà presente in percentuale compresa tra 0,2% e 10% sul peso totale del materiale composito.

Inoltre, i suddetti componenti potranno essere introdotti nel materiale composito a partire da più materie prime di base tra loro differenti.

Ad esempio, il componente termoregolatore potrà essere ottenuto a partire da una prima miscela comprendente fluoruri in percentuale minima in peso tra il 40% e il 60% rispetto al peso complessivo della prima miscela, solfati, cloruri, ferro

Tale prima miscela potrà essere presente nel materiale composito in percentuale in peso tra 1% e 10%, preferibilmente prossima a 5%, rispetto al peso complessivo del materiale composito.

Il componente reattivo potrà essere ottenuto miscelando nitrati in percentuale in peso tra il 5% e il 20%, preferibilmente prossima al 10%, rispetto al peso complessivo del materiale composito ed una seconda miscela comprendente fluoro, sodio, alluminio, ossido di silicio ed ossido ferrico.

Tale seconda miscela potrà essere introdotta in percentuale in peso tra 1% e 10%, preferibilmente prossima a 5%, rispetto al peso complessivo del materiale composito.

In maniera esemplificativa, la seconda miscela potrà essere composta da fluoro in percentuale in peso tra 40% e 60%, rispetto al peso complessivo della secondo miscela, da sodio in percentuale tra 10% e 30%, alluminio in percentuale in peso tra 5% e 20%, ossido di silicio in percentuale in peso non superiore a 2% ed ossido ferrico in percentuale non superiore al 2% rispetto al peso complessivo della seconda miscela.

Secondo un ulteriore aspetto del trovato, Ã ̈ previsto un metodo per la fusione di getti di fonderia privi di soffiature e ritiri locali.

Il metodo comprenderà essenzialmente una fase a) di predisposizione di uno stampo di prova, non illustrato, in terra di fonderia avente una cavità interna collegata ad un canale di alimentazione del metallo fuso e ad almeno un canale di sfiato per consentire la risalita del metallo fuso all'interno della cavità, una fase b) di fusione di un getto di prova mediante colatura del metallo fuso nella cavità secondo un metodo tradizionale, una successiva fase c) di estrazione dallo stampo del getto di prova ed individuazione di eventuali difettosità comprendenti ritiri o soffiature locali.

Successivamente si procede ad una fase d) di realizzazione dello stampo 2 in cui si predispongono, in corrispondenza delle zone difettose 5, una o più sedi cieche 4, 4’, 4†, 4’†aventi dimensioni maggiori delle difettosità rilevate nel getto di prova.

E’ quindi prevista una fase e) di selezione di un materiale composito del tipo sopra descritto e comprendente almeno un componente inerte strutturale, un componente esotermico ed un componente termoregolatore per procedere ad una fase f) di realizzazione di uno o più cuscinetti 1, 1’, 1†, 1’†aventi in parte una forma sostanzialmente complementare a quella delle sedi 4, 4’, 4†, 4’†e superfici interne 7, T, 7†, 7’" destinate ad essere lambite dal metallo fuso.

I cuscinetti 1, 1' 1†, 1†’ così realizzati sono posizionati in una successiva fase g) all’interno delle rispettive sedi 4, 4’, 4†, 4’†in modo da ripristinare la forma della cavità 3 corrispondente a quella del getto da realizzare.

Infine si esegue la fase h) di introduzione del metallo fuso nel canale di colata 8 dello stampo 2 per portarlo a contatto con i cuscinetti 1, 1’, 1†, 1’†in modo da promuovere la reazione controllata del componente esotermico e liberare calore da trasmettere al metallo fuso per un tempo sufficiente a rallentarne il raffreddamento ed evitare la formazione di soffiature e ritiri in corrispondenza delle zone difettose 5.

Da quanto descritto precedentemente, appare evidente che il trovato raggiunge gli scopi prefissati ed in particolare quello di mettere a disposizione un dispositivo termoregolatore per getti di fonderia applicabile ad uno stampo per fonderia che consenta di progettare lo stampo senza prevedere i canali di risalita delle materozze.

II dispositivo, lo stampo ed il metodo secondo il trovato sono suscettibili di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire daN'ambito del trovato.

Anche se il dispositivo, lo stampo ed il metodo sono stati descritti con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza del trovato e non costituiscono alcuna limitazione all'ambito di tutela rivendicato.

Claims (12)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Un dispositivo termoregolatore per la riduzione o eliminazione di difetti di soffiature e ritiri locali in getti di fonderia, inseribile nella cavità (3) di uno stampo (2) riproducente in negativo la forma del getto da fondere, in cui il dispositivo comprende almeno un cuscinetto (1) termogeneratore e termoregolatore destinato ad essere alloggiato in una sede (4) della cavità (3) dello stampo (2) adiacente ad una zona difettosa (5), detto cuscinetto (1) essendo realizzato in un materiale composito contenente almeno un componente esotermico ed almeno un componente termoregolatore per la generazione ed il controllo della trasmissione di calore al metallo fuso per un tempo sufficiente a rallentarne il raffreddamento locale ed evitare la formazione di soffiature e ritiri in corrispondenza di detta zona difettosa (5).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un cuscinetto (1) presenta superfici laterali (6’) di forma complementare a quelle di detta sede (4) in modo da essere posizionato stabilmente nella stessa ed una superficie libera (6†) rivolta verso l'interno della cavità (3) e riproducente in negativo la forma del getto da realizzare in quella zona (5), detto cuscinetto (1) avendo una massa proporzionale a quella del difetto da eliminare.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto componente esotermico à ̈ scelto nel gruppo comprendete i materiali metallici quali alluminio, silicio, magnesio e similari in forma granulare o di polvere ed à ̈ in percentuale compresa tra 20% e 70% sul peso totale di detto materiale composito.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto componente termoregolatore à ̈ scelto tra i materiali comprendenti fluoruri, ossidi di ferro, sodio ed à ̈ in percentuale compresa tra 2% e 20% sul peso totale di detto materiale composito.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto materiale composito di detto cuscinetto (1) comprende almeno un componente reattivo atto ad innescare la combustione di detto componente esotermico all’atto del contatto con il metallo fuso.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto componente reattivo à ̈ scelto nel gruppo comprendente i nitrati, il fluoro, il sodio e similari e le loro miscele ed à ̈ in percentuale compresa tra 5% e 30% sul peso totale di detto materiale composito.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto materiale composito di detto cuscinetto (1) comprende inoltre un componente inerte strutturale scelto nel gruppo comprendente le sabbie silicee e similari in percentuale compresa tra 25% e 80% sul peso totale di detto materiale composito.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto materiale composito comprende un legante atto a combinarsi con gli altri componenti per formare detto cuscinetto (1) nella sua forma finale.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto legante à ̈ scelto nel gruppo comprendente le resine fenoliche e similari ed à ̈ in percentuale compresa tra 0,2% e 10% sul peso totale di detto materiale composito.
10. 10. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni dalla 5 alla 9, caratterizzato dal fatto che detto componente esotermico, detto componente termoregolatore e detto componente reattivo sono destinati a reagire tra loro e con l’ossigeno presente nella cavità (3) dello stampo (2) ed innalzare la pressione all’interno della stessa in modo da mantenere sostanzialmente invariato il suo volume e forma.
11. 11. Un metodo per la fusione di getti di fonderia privi di soffiature e ritiri locali, comprendente le seguenti fasi: a) predisposizione di uno stampo di prova in terra di fonderia con una cavità interna collegata ad un canale di alimentazione del metallo fuso e ad almeno un canale di sfiato per consentire la risalita del metallo fuso all’interno della cavità; b) fusione di un getto di prova mediante colatura del materiale fuso in detta cavità con metodo tradizionale; c) estrazione dallo stampo del getto di prova ed individuazione di eventuali difettosità comprendenti ritiri o soffiature locali; d) predisposizione nelle zone difettose (5) di una o più sedi cieche (4) con dimensioni maggiori delle difettosità rilevate nel getto di prova; e) selezione di un materiale composito comprendente almeno un componente inerte strutturale, un componente esotermico ed un componente termoregolatore; f) realizzazione con detto materiale composito di uno o più cuscinetti (1) aventi in parte una forma sostanzialmente complementare a quella di dette sedi (4) e superfici interne (6†) destinate ad essere lambite dal metallo fuso; g) posizionamento di detto uno o più cuscinetti (1) nelle rispettive sedi (4) in modo da ripristinare la forma della cavità (3) corrispondente a quella del getto da realizzare; h) introduzione nel canale di colata (8) dello stampo (2) del metallo fuso per portarlo a contatto con detto uno o più cuscinetti (1) in modo da promuovere la reazione controllata di detto componente esotermico e liberare calore da trasmettere al metallo fuso per un tempo sufficiente a rallentarne il raffreddamento ed evitare la formazione di soffiature e ritiri in corrispondenza di dette zone difettose (5).
12. 12. Stampo per la fusione di getti di fonderia secondo la rivendicazione 11 , comprendente una staffa (10) contenente terra di fonderia ed avente una cavità interna (3) collegata ad un canale di alimentazione (8) del metallo fuso e ad almeno un canale di sfiato (9), in cui detta cavità (3) comprende una o più sedi cieche (4) in prossimità di zone (5) prevalentemente soggette a difettosità per ritiro e soffiatura, dette sedi (4) essendo predisposte per alloggiare stabilmente corrispondenti cuscinetti (1) secondo una o più delle rivendicazioni dalla 1 alla 10, in cui detto stampo (2) à ̈ privo di materoz;