Progettazione dei getti e dei sistemi di colata

La realizzazione di un componente mediante un processo di fonderia presuppone evidentemente la scelta del materiale e il dimensionamento secondo le regole della progettazione meccanica (fase della progettazione dei getti). Completata questa fase, bisogna poi progettare la geometria della forma in cui si effettuerà la colata, tenendo presente i fenomeni di riempimento della cavità (influenzati dalla temperatura e dalla viscosità della lega), minimizzando gli effetti di turbolenza (se la lega liquida entra troppo velocemente nella cavità, ci possono essere intrappolamenti d’aria o fenomeni di “erosione” della forma e di inglobamento di particelle di sabbia), e valutando opportunamente il comportamento del materiale nel corso della solidificazione.

La solidificazione è un passaggio-chiave nei processi di fonderia: se non si controllano i fenomeni di contrazione volumetrica associati al passaggio della lega dallo stato liquido a quello solido, si formano difetti quali le cavità da ritiro.

L’entità del ritiro volumetrico di solidificazione è fortemente dipendente dalla composizione delle ghise e dalla loro tipologia. Va inoltre considerato che la contrazione volumetrica della parte “ferrosa” di una ghisa (cioè della struttura austenitica) può venire parzialmente o integralmente compensata dall’”espansione grafitica”, cioè dall’aumento di volume associato alla formazione della grafite. Pertanto:

  • La ghisa bianca presenta una contrazione volumetrica in solidificazione variabile tra il 4 e il 5.5%;
  • La ghisa grigia può variare tra una contrazione volumetrica del 2.5% ed una espansione dell’1.6%;
  • La ghisa sferoidale può variare tra una contrazione volumetrica del 4.5% ed una espansione del 2.7%.
Progettazione componenti ghisa Zanardi Fonderie

Per tutti i motivi sopra menzionati, diviene quindi fondamentale integrare la geometria corrispondente al pezzo da realizzare con l’inserimento di canali di colata, delle materozze e delle anime (per approfondimento, si veda la pagina Costituenti microstrutturali di una ghisa). Le materozze sono dei “serbatoi” in grado di fornire liquido per compensare l’eventuale insorgere delle cavità da ritiro, e vengono collocate nelle zone maggiormente a rischio di generare tali difetti.

A supporto della progettazione di getti e sistemi di colata, una volta basata essenzialmente sull’esperienza degli operatori, si utilizzato moderni codici di simulazione numerica, in grado di visualizzare e prevedere con il massimo dettaglio il riempimento della cavità, la solidificazione della lega, il raffreddamento del getto.

Progettazione componenti ghisa Zanardi Fonderie

Partners progetto Zanardi Academy