- Carter (Simulazione con Camera) -

1.Definizione degli sfoghi di aria e dei “pozzetti”

In primo luogo si è sfruttata la simulazione di riempimento per valutare la posizione più adatta al posizionamento ed al dimensionamento di pozzetti e sfoghi per l’aria nello stampo. Nel fare questo si è potuto valutare anche le posizioni critiche nel manufatto in termini di inglobamenti di aria e quindi possibili porosità all’interno del prodotto finito.

Nella valutazione dei risultati ottenuti dalla simulazione si sono riscontrate zone ad elevato rischio di porosità da gas che potrebbero essere soggette a tale problema come causa di uno sfogo dell’aria non adeguato. Si è comunque ritenuto che, sotto condizioni ottimizzate di processo, questo non dovrebbe risultare di elevata gravità e quindi non possa essere una causa di scarto durante la produzione.

Nelle prime figure vengono messe in evidenza alcune zone interne al pezzo dove l’aria non esce in modo corretto dallo stampo.

In particolare, si possono vedere, in corrispondenza delle zone massive realizzate attorno ai fori di montaggio, degli inglobamenti di aria che hanno portato alla realizzazione di quattro “pozzetti” nello stampo, adiacenti a tali zone.

Nell’immagine seguente viene evidenziata una zona dove diventa molto importante realizzare un fagiolo. Infatti è una delle ultime zone di riempimento e si vede bene come resti una sacca di aria che deve avere la possibilità di sfogare.

Per concludere, viene evidenziata l’ultima zona dove rimane aria nella cavità; tale indicazione ci fa vedere come questa sia in realtà all’interno del manufatto e non su un bordo dove quindi poter realizzare uno sfogo od un pozzetto.

Tuttavia sono presenti delle spine che realizzano i fori presenti, pertanto si realizza una via secondaria di fuga per l’aria che resta in zona.

...Torna all'inizio...

 

2.Dimensionamento della sezione di attacco

Grazie all’esperienza maturata è stato possibile prendere contatto con molteplici aspetti di progettazione degli stampi da pressocolata, soprattutto per quanto riguarda la corretta impostazione dell’alimentazione al pezzo nello stampo, oltre all’approfondimento in ambito di ottimizzazione dei parametri di processo.

Cercando di riunire tutti gli aspetti appresi per arrivare a poter introdurre tali esperienze a livello progettuale e produttivo, si è realizzato un foglio di calcolo. Tale foglio è suddiviso in diversi moduli. Quello principale permette un calcolo degli attacchi di colata secondo le esperienze maturate e sfruttando la formula NADCA per il calcolo del tempo di riempimento. Grazie ad altri moduli possiamo ottenere diverse informazioni, come ad esempio la forma ideale dei diffusori di colata oppure dei canali di alimentazione, ma anche i parametri da utilizzare in pressa come primo approccio allo stampo.

Di seguito vengono elencati i principali valori che sono entrati in gioco durante il calcolo, nel modulo principale, delle sezioni di attacco relative al pezzo in studio.

• Numero cavità: 1
• Spessore medio del getto: circa 3.5 mm
• Volume del pezzo calcolato al CAD: circa 265 centimetri cubi
• Percentuale di volume occupata dai fagioli: 10%
• Spessore critico del getto: 2,5 mm sulla nervatura più lontana dalla zona dell’attacco
• Temperatura del metallo all’attacco di colata: 665 °C
• Temperatura “media” dello stampo: 270 °C
• Percentuale di solido ammessa a fine riempimento: 30%
• Limite minimo di velocità all’attacco: 25 m/sec
• Limite massimo di velocità all’attacco: 50 m/sec

Si è ottenuto un tempo di riempimento della sola cavità, grazie alla formula NADCA,  pari a circa 0.048 secondi con una portata quadratica di riempimento necessaria pari a 31.5  litri^2 / secondi^2.

Questo ha permesso di definire un punto di lavoro ottimale con una pressione di 65 bar ed una portata quadratica di 40 litri^2 / secondi^2; questo per cercare anche di rispettare i limiti geometrici sulle dimensioni dell’area di attacco. Ne risulta un’area pari a 150 mm^2, che corretta, in modo da tener conto dell’angolo di apertura che risulta dalla geometria reale del diffusore, arriva ad essere pari a 183 mm^2. Mantenendo un vincolo di 65 mm sulla lunghezza dell’attacco risulta necessario uno spessore di 2,8 mm.

 

3.Dimensionamento ideale del diffusore

Anche il diffusore è stato ricavato attraverso dei calcoli empirici raccolti in un diverso modulo del foglio di calcolo.

Il risultato in forma grafica è illustrato in figura. Tale diffusore è stato poi riadattato alla realtà per rispettare i vincoli dettati dalle dimensioni massime utilizzabili sullo stampo. Va detto che se fosse stato possibile avere una distanza maggiore tra l’asse della camera e l’attacco sul pezzo si sarebbero ottenuti dei miglioramenti generali sul riempimento della cavità.

...Torna all'inizio...

 

4.Ricerca del profilo di velocità del pistone

Grazie alla simulazione è possibile prevedere l’andamento del materiale, durante le fasi di riempimento, anche all’interno della camera di alimentazione; attualmente, sul mercato, soltanto il software di simulazione ProCAST, a disposizione della Flowservice Srl, è in grado di poter garantire una adeguata simulazione di questa fase del processo. Questo è molto importante per prevenire possibili inglobamenti d’aria dovuti alle onde che si formano in camera con velocità non adeguate; infatti velocità troppo elevate oppure troppo basse portano alla formazione di onde in direzioni diverse ma in entrambi i casi dannose.

Un profilo di velocità costante porta ad un riempimento adeguato  della camera, come si può vedere dalla sequenza di immagini successive. Il valore considerato adeguato in prima fase è pari a 0.19 m/sec.

Come si può vedere dalla sequenza di immagini proposte il pelo libero del materiale liquido si sposta gradualmente ed in modo adeguato ad un corretto riempimento del primo tratto del canale di alimentazione.

 

5.Scelta della velocità di seconda fase

Grazie  a dei calcoli preliminari si può trovare una velocità di seconda fase pari a 2,8 m/sec, in relazione al fatto di non superare le velocità critiche all’attacco di colata. In simulazione viene poi verificato tale valore per vedere se, effettivamente, durante tutta la fase di riempimento della cavità, non si presentino zone che superano i limiti consigliati in termini di velocità massime.; i quali sono a seconda dei pezzi all’interno di un range comunque non superiore ai 55-60 m/sec.

Nel caso in esame si è ritenuta come soglia critica un valore pari a 40 m/sec. Questi limiti sulla velocità sono utilizzati per garantire una buona durata dello stampo senza incorrere in fenomeni di usura precoce dovuti ad un eccesso di velocità del materiale. Come si può vedere dalla seguente immagine vengono rispettati tali limiti e si può quindi ritenere che la velocità calcolata per la seconda fase sia adeguata.

La scala cromatica indica in rosso le zone vicino ad un limite di 40 m/sec. I valori di velocità indicati si riferiscono allo spostamento effettivo del pistone; il quale è stato considerato con un diametro pari a 55 mm. Variazioni a queste indicazioni, durante il processo comportano risultati diversi da quelli presentati.

...Torna all'inizio...