LA PRESSOFUSIONE, IL COLPO D’ARIETE E LE
BAVE NELLO STAMPO
scritto da
PAOLO TASINATO
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Sommario
PRESENTAZIONE.................................................................................................. 3
Il colpo d’ariete ......................................................................................................................................................... 4
LA FASI DELLA PRESSOFUSIONE .................................................................... 5
LA VELOCITÀ E LA FORMAZIONE DI BAVE................................................. 6
Accumulo d’energia cinetica meccanica ................................................................................................................... 8
Fase di decelerazione energia cinetica meccanica....................................................................................................11
Accumulo d’energia cinetica idraulica.....................................................................................................................12
Fase di decelazione con energia cinetica idraulica ...................................................................................................14
La valenza della velocità nel contesto generale ........................................................................................................17
LA COMPRESSIONE FINALE E LE BAVE ...................................................... 18
Attacco di colata liquido...........................................................................................................................................20
Pistone iniezione libero di muoversi in avanti.........................................................................................................20
Compensazione finale...............................................................................................................................................21
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Presentazione
Sui getti di pressofusione, la tendenza alla formazione di bave nelle zone delle
divisioni stampo, che danno origine a costi di lavorazione che vanno ad aumentare il
prezzo del getto è sempre esistita. La causa della formazione delle bave è da attribuire
alla difficoltà di effettuare aggiustaggi di elevatissima precisione e/o ad una pressione
eccessiva sul metallo alla fine del riempimento dello stampo, sia essa generata dalla
seconda fase o dalla terza fase. Quando fate le dovute valutazioni tenete presente che
l’aggiustaggio dello stampo a freddo è diverso dall’aggiustaggio a caldo. In
produzione è infatti sufficiente aumentare la temperatura di un circuito di
raffreddamento o termoregolazione, per aumentare o diminuire la formazione di bava
in alcune parti figura. È stato testato in produzione l’eliminazione di bave sul pezzo
solo variando la regolazione dei raffreddamenti e/o della temperatura dei circuiti di
termoregolazione. Se consideriamo che gli aggiustaggi dello stampo siano corretti, in
effetti, la formazione di bava sullo stampo o la classica spruzzatura si può creare solo
portando la forza d’iniezione ad un valore superiore alla forza di chiusura della
macchina. Quando si parla di bave dovute ad una eccessiva forza d’iniezione durante
la moltiplicazione, si parla spesso in modo scientifico, esaustivo e con notevole
precisione. Quando invece si parla di bave causate da eccessiva velocità di seconda
fase, si parla spesso in modo vago e approssimativo, attribuendo il tutto alle masse
interessate dalla velocità di seconda fase: tutto questo senza mai calcolarne i valori.
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Il colpo d’ariete
Alla fine della seconda fase e quindi del riempimento della cavità, il pistone
d’iniezione viene fermato nella sua corsa dall’impatto con il metallo, questo impatto,
sonoro e visivo, viene denominato colpo d’ariete. Nel caso della pressofusione
avremo un colpo d’ariete meccanico e uno idraulico. Quello meccanico viene
associato allo storico colpo d’ariete che veniva utilizzato per sfondare gli accessi dei
castelli in epoca medievale. Quello idraulico, al picco di pressione che si crea nelle
condotte, quando chiudo in un tempo molto piccolo una valvola posta alla fine di una
condotta in cui è presente un liquido in movimento. Il colpo d’ariete è sempre stato
associato all’energia cinetica che va a scaricarsi su qualcosa di immobile, non a caso
si parla della stessa cosa nell’analizzare l’arresto dell’acqua di una condotta forzata
quando chiudo una valvola. Il colpo d’ariete, nella tecnica di pressofusione, è la forza
che si scarica sul metallo nella cavità dello stampo al momento dell’arresto del
pistone. Il colpo d’ariete in pressofusione, è da sempre associato all’energia cinetica
accumulata dalle masse durante la fase veloce del pistone d’iniezione, sommata alla
pressione presente nel cilindro d’iniezione. Volendo trattare il colpo d’ariete nella
pressofusione mi sono ripromesso di verificarlo analiticamente in tutti i suoi aspetti,
sia di energia potenziale che d’energia cinetica.
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La fasi della pressofusione
Nella pressofusione, la formazione dei getti è sempre stata realizzata attraverso tre
fasi distinte che caratterizzano la movimentazione del metallo fuso nel contenitore e
nello stampo.
La fase lenta o di avvicinamento alla figura, prima fase, serve per portare il
metallo all’attacco di colata nel minor tempo possibile, dando la possibilità all’aria,
presente nel contenitore, di fuoriuscire dallo stampo. È necessario che l’avanzamento
del metallo non sia turbolento onde non inglobare aria durante questa fase: tutto
questo indipendentemente l’avvicinamento sia realizzato con una sola o più fasi di
velocità e accelerazione.
La fase veloce o di riempimento della figura, seconda fase, serve per riempire di
metallo fuso la cavità dello stampo dando la possibilità, all’aria presente in figura ed
ai gas generati dalla combustione del film di lubrificante di uscire verso l’esterno.
La fase di compressione finale, moltiplicazione, serve per comprimere il metallo
fuso durante la fase di solidificazione, e quindi, per compensare la diminuzione di
volume del metallo nella cavità. Durante questa fase, il metallo ancora liquido nel
cuore del getto, va ad alimentare le mancanze di materiale che la diminuzione di
volume per solidificazione crea nello stesso.
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La velocità e la formazione di bave
La formazione di bave sul getto può essere causata da:
aggiustaggi non corretti sulla divisione dello stampo
sfiati aria parzialmente o completamente ostruiti
fase veloce e fenomeni fisici correlati
fase di compressione e fenomeni fisici correlati
Gli aggiustaggi e quindi l’accoppiamento dei semistampi non va mai trascurato, sia lo
stampo nuovo o usato. Tenete sempre presente però, che l’aggiustaggio dello stampo
a freddo è diverso dall’aggiustaggio a caldo. Mai dimenticarsi che nello stampo,
l’aumento della temperatura crea variazioni dimensionali non solo generali ma anche
localizzate. Gli avviamenti di produzione, vengono effettuati con fase veloce e
pressione di compressione ridotte, ciononostante, la costruzione di aggiustaggi non
corretti è spesso causa di formazione di bave già nella fase d’avviamento
produzione.
Durante la produzione gli sfoghi d’aria devono essere mantenuti liberi: la variazione
delle sezioni degli sfoghi tende a modificare la direzione e le portate dei flussi
oleodinamici con possibili variazioni strutturali del pezzo, nonché, possibili
generazioni di bave e quindi aggravio di costi. Considero decisamente errato il
realizzare campionature senza gli sfiati aria presenti.
Per effettuare la fase veloce nello stampo, è necessario aprire la valvola di portata che
porta l’olio dall’accumulatore di seconda fase alla camera del cilindro d’iniezione.
L’energia potenziale accumulata dall’azoto e da questo trasmessa all’olio, si
trasforma immediatamente, alla bocca della valvola di seconda fase, parte in energia
cinetica e parte in lavoro per contrastare gli attriti del metallo all’attacco di colata
dello stampo, e quelli dovuti allo scorrimento delle parti metalliche tra di loro
(esempio: pistoncino e contenitore).
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L’energia potenziale dell’azoto e quindi
dell’olio nell’accumulatore, permette il
movimento delle masse che a loro volta accumulano energia cinetica (parte
dell’energia potenziale dell’olio si trasforma in calore).
Il metallo liquido, che occupando la cavità dello stampo crea la superficie frontale,
comprimendosi trasforma la forza di compressione del metallo in forza d’iniezione
che va a opporsi alla forza di chiusura della pressa.
Nel valutare i fenomeni sopra descritti teniamo presente:
1. la fase di accumulo d’energia cinetica: seconda fase
2. l’istante in cui inizia il rallentamento della velocità dovuto al riempimento dello
stampo: fase di decelazione.
3. lo stop del pistone d’iniezione: iniezione completamente ferma e quindi non
interessata dall’energia cinetica sviluppata dalle masse.
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Accumulo d’energia cinetica meccanica
Le masse interessate alla generazione di bave nello stampo sono:
l’olio nella camera del cilindro d’iniezione
la parte in movimento del cilindro d’iniezione completa di aste di guida
l’asta portapistone completa di pistone, tubi ed acqua di raffreddamento
nelle iniezioni ad anello chiuso l’olio ed il flottante dell’accumulatore di seconda
fase si muovono ad una velocità prossima a quella delle masse sopra citate senza
variazione di pressione tra l’accumulatore e la camera del cilindro iniezione
(questo perchè si mantiene una pressione di contrasto nella camera secondaria del
cilindro iniezione). Se la differenza di pressione tra le due camere è prossima a
zero al momento dello stop non si generano picchi di pressione nella camera
iniezione perchè la contropressione davanti ne attenua l’effetto.
Qualora tra la camera iniezione e l’accumulatore si generi una differenza di
pressione, perchè nella camera secondaria iniezione la pressione tende a zero
come nelle iniezioni ad anello aperto, il picco di pressione è rilevante.
È lecito pensare le masse in movimento nell’accumulatore di seconda fase, collegate
alle masse sopra citate? Certamente, e sicuramente fino a quando la valvola di ritegno
posta tra l’iniezione e l’accumulatore rimane aperta, quindi durante tutto il
movimento. Tutto il lavoro viene svolto dall’energia accumulata nell’azoto e
trasmessa all’olio a pressione pressochè costante, e dal momento che la pressione
nell’accumulatore e nel cilindro iniezione si mantengono pressochè uguali anche nel
movimento è come supporre siano collegati meccanicamente. Il fatto che il pistone
acquisti velocità significa che una parte dell’energia potenziale dell’accumulatore si è
trasformata in energia cinetica, mentre il valore di pressione che ho nella camera
iniezione indica la quantità di lavoro che devo fare per muovere l’iniezione alla
velocità prestabilita.
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Nel momento del riempimento finale dello stampo, l’energia cinetica nel cilindro
iniezione creerà un momento di forza che si trasformerà in forza oleodinamica nel
cilindro iniezione, con risposte idrauliche (picchi di pressione), come nelle condotte
forzate quando chiudo le paratie. Quindi l’olio nel cilindro iniezione, impattando
nello stesso genera all’interno un picco di pressione che l’accumulatore non assorbe
perchè la valvola di ritegno si chiude. Valutiamo l’energia cinetica meccanica dovuta
alle sole masse delle parti meccaniche.
L’energia cinetica delle masse in oggetto è
Ecm=½*(M1+M2)*(V2)2
Dove
M1 (N.)
M2 (N.)
M3 (N.)
V2 (m/s)
P1 (Pa)
P2 (Pa)
Ps (Kg/m3)
massa di pistone ed asta portapistone e varie
massa di asta cilindro iniezione con supporti e guide
olio del cilindro iniezione con flottante
velocità di seconda fase
pressione dell'accumulatore
pressione nel cilindro d'iniezione durante la seconda fase
Peso specifico del liquido in oggetto (acqua glicole) circa 1
Ponendo M1+M2=200N.
V2=4m/s
Avremo quindi:
Ecm=0.5*200*16=1600 Nm
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Per calcolare l’impulso di forza applicata usiamo la definizione d’impulso.
Viene definito "impulso" la variazione della quantità di moto di un corpo che viene
sottoposto ad un urto con un altro corpo. In altre parole è l'effettiva quantità di moto
trasmessa al corpo urtato al momento dell'urto. Le quantità di moto iniziale e finale
utile per calcolare l'impulso consistono nel prodotto della massa del corpo per la
velocità finale all’inizio e alla fine dell’urto. Dunque per calcolare l'impulso in genere
si usa misurare massa e velocità del corpo prima del contatto e trarre i dati iniziali e
ripetere l'operazione dopo il contatto. Sfruttando la seconda legge della dinamica di
Newton e la legge della cinematica di un moto rettilineo uniforme si ha che:
Si evince che la quantità di moto è la forza applicata in un punto dovuto alla derivata
della quantità di moto rispetto al tempo.
La quantità di moto iniziale vale la massa per la velocità di seconda fase, mentre vale
zero quella finale poichè alla fine del riempimento l’iniezione è ferma.
Se consideriamo che la Forza=m*a è data dalla decelerazione, potendo misurare il
tempo di decelerazione dal grafico di una curva iniezione, possiamo anche calcolarne
il valore dalle seguenti formule
Poichè V=a*t/2
E sappiamo che
V= 4mt/sec
T= 0,015 sec
a= 4*2/0,015=533 mt/sec2 (valore della decelerazione con un tempo arresto pistone
di 15ms dovuto al riempimento dello stampo)
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Fase di decelerazione energia cinetica meccanica
L’energia cinetica meccanica, che abbiamo calcolato, si trasforma in momento di
forza e quindi di pressione sul metallo durante la fase di decelerazione del pistone, e
quindi durante la fase finale del riempimento.
Durante la fase finale di riempimento, nonché al riempimento dei pozzetti di sfogo
aria e dei fagioli, al gate la pressione sale e oppone una resistenza meccanica elevata
che fa rallentare il pistone fino a fermarlo al completamento della figura. In questa
fase si realizza la decelazione del pistone iniezione e tutta l’energia cinetica
accumulata si trasforma in momento di forza e lavoro.
Supponendo di avere un tempo d’arresto Ta=15 ms. e quindi una decelerazione di
533mt/sec2
Fm= m*a=160*533=85580 Nm=8558 Kgm
Quanto incide come teorica pressione nel cilindro d’iniezione questa forza?
Masse di questo genere coincidono con aste e cilindro di macchine da 1500-1600
ton., si parla pertanto di un cilindro iniezione diametro Di=180 mm:
P2= Fm/[( Di2*)/4] = 8558/(182*3.14/4)=41*105 Pa=33,5 bar
Dai valori ricavati e dai ragionamenti fatti l’energia cinetica meccanica, pur influendo
nel processo, nella stragrande maggioranza delle produzioni non può determinare
anomalie d’alcun genere. Generalmente, con una velocità di seconda fase inferiore i 4
mt/sec e con una forza iniezione di 2a fase inferiore i 2/3 della forza chiusura,
l’energia cinetica delle masse non influisce nella formazione di bave nello stampo.
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Accumulo d’energia cinetica idraulica
Nel preciso momento di apertura della valvola di seconda fase abbiamo una forte fase
d’accelerazione e quindi aumento di velocità dell’iniezione: una parte d’energia
potenziale dell’accumulatore si trasforma in lavoro, lo vediamo dalle pressioni che si
sviluppano nel cilindro iniezione durante la corsa di seconda fase, e una parte in
energia cinetica per il raggiungimento della velocità desiderata.
Se supponiamo l’accumulatore e la camera iniezione un corpo unico le masse che
vanno a generare il picco di pressione sono:
Tutto l’olio dell’accumulatore perchè è quest’olio che si trasferisce nella
camera iniezione
La massa del flottante accumulatore di 2a fase
Supponendo una 1600 devo pensare a un accumulatore di 50lt che si è caricato di
circa 40 lt di olio ed a un flottante di circa 20kg.
Massa totale circa= 40+20=40kg la trasformazione è in KG perchè il flottante e l’olio
accumulatore, essendo posti in verticale sono soggetti alla forza di gravità e la loro
massa è espressa in kg.
Per facilità di calcolo simuliamo che tutto l’olio sia soggetto alla forza di gravità.
Se la velocità di seconda fase vale 4mt/sec,
Ec olio =0,5*60*42 = 480 Kgm = 4800 Nm (energia cinetica idraulica)
Quella meccanica era Em= 1600Nm
Stando così le cose potremmo pensare a una energia cinetica idraulica preponderante,
ma non è così perchè tra l’accumulatore e l’iniezione è posta una valvola di ritegno,
che nel momento in cui la velocità iniezione va a zero si chiude separando di fatto
l’accumulatore dall’iniezione.
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Valutando ora i due corpi separati avremo quindi pensando a:
corsa iniezione= 700mm
diametro cilindro iniezione= 180 mm
Ec olio=corsa iniezione*sezione cilindro= =70*(18*18*3,14/4)*42=284 Nm=
in quanto muovendosi l’olio in orizzontale ha una massa in Newton
Quella meccanica era Em= 1600Nm
Come possiamo vedere l’energia cinetica meccanica è preponderante ma gli effetti
sono diversi: la parte meccanica trasferisce la sua forza a partire dalla fase di
decelerazione. Ma quando inizia la decelerazione, la pressione nella camera iniezione
è inferiore a quella dell’accumulatore sino a quando l’iniezione si è arrestata, questo
significa che anche sommandosi le due forze i valori sono comunque inferiori al
picco finale.
In caso di sistema ad anello chiuso però posso mantenere una pressione di contrasto
durante la fase di decelerazione, questo mi permette di attenuare di molto l’effetto del
momento di forza meccanico, anche perchè il tempo di decelerazione si allunga.
Come vedremo in seguito, la parte idraulica genera il picco di pressione solo quando
la pressione accumulatore ha raggiunto la stessa pressione nel cilindro iniezione e
l’iniezione si arresta , quindi solo per un istante avremo la sovrapposizione delle due
forze, durante la fase delle armoniche di pressione, poichè l’iniezione è praticamente
ferma, l’effetto del momento di forza meccanico si può considerare nullo e quindi
ininfluente alla formazione di bave.
Se pensiamo però al materiale nello stampo, avremo che il picco di pressione
sovrapposto al momento meccanico, anche se solo per un millisecondo, arriva sul
metallo quando questo e ancora completamente liquido determinando eventuali
formazioni bava e/o spruzzate di materiale.
Questa è il momento più critico della fase veloce.
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Fase di decelazione con energia cinetica idraulica
Cosa cambia tra la decelerazione di un corpo solido e una massa idraulica? La
quantità di moto è dipendente dalla quantità d’olio in movimento e dalla velocità di
seconda fase, ma mentre il corpo solido sviluppa la sua forza a partire dal momento
di decelerazione, la massa idraulica sviluppa la forza (la pressione) praticamente alla
fine del movimento, e cioè quando tutto l’olio nella camera iniezione è praticamente
fermo. Immaginiamo di arrestare l’iniezione di botto all’istante t=0. In
corrispondenza della sezione terminale, quindi, la velocità deve annullarsi e la
pressione cresce essendo la forza di pressione l’unica forza che si oppone all’inerzia
del fluido che sta fluendo verso la testa dell’iniezione. Solo una piccola parte della
colonna d'olio si ferma istantaneamente, cioè quella immediatamente a monte della
testa del pistone iniezione, quindi la variazione di pressione all'interno del cilindro
avviene gradualmente in funzione della velocità della perturbazione nel liquido
(celerità), pari alla velocità di propagazione delle onde sonore nei liquidi.
Quando raggiungerò il picco di pressione? Quando tutto l’olio per un istante
raggiungerà la stessa velocità che ha il fluido vicino alla testa iniezione: circa zero. A
quel punto la pressione sarà massima e si trasmetterà con un’onda di riflusso verso la
valvola di ritegno: onda di riflusso simile al colpo d’ariete nelle condotte idrauliche
che si propaga alla velocità del suono (nell’acqua a circa 1484 m/sec), nelle condotte
idrauliche circa 1200mt/sec. Essendo la nostra condotta il cilindro iniezione, che è
lungo circa 1 metro l’onda di pressione nel cilindro si raggiungerà in meno di 1ms.
Perchè pensiamo al solo cilindro iniezione e non anche all’accumulatore? Perchè nel
momento che la velocità iniezione arriva a zero, la pressione cilindro si porta pari a
quella accumulatore e la valvola di ritegno si chiude: la chiusura della valvola di
ritegno isola e separa di fatto la camera accumulatore durante il picco.
Nell’istante di arresto dell’olio contro la testa del pistone l’onda d’olio in movimento
genera un picco di pressione che si somma alla pressione accumulatore, e un’onda di
riflusso all’indietro che va a chiudere la valvola di ritegno dell’accumulatore di
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seconda. Quando l’onda arriva alla valvola di ritegno genera un altro picco di
pressione minore del primo e poi torna verso la testa del pistone iniezione, e così di
seguito fino a smorzarsi (onde armoniche di pressione): tutto questo in pochi
millesimi di secondo, un tempo variabile in funzione della possibilità del pistone di
muoversi in avanti e quindi ammortizzare, e quindi sostanzialmete del
comportamento del metallo nello stampo.
Il primo picco di pressione lo chiamiamo picco di 2a fase perchè è il picco di
maggiore intensità.
Il valore della variazione di pressione è dato dalla formula di Allievi, l'ingegnere che
per primo studiò il fenomeno:
dp=ɖ*c*v
Dove ɖ è la densità del liquido, c è la velocità della perturbazione nel liquido
(celerità), pari alla velocità di propagazione delle onde sonore nei liquidi,
v è pari alla differenza di velocità tra il volume di fluido non percorso dalla
perturbazione e la parte di fluido già interessato dalla stessa, avremo la differenza di
velocità del liquido da quando sbatte sulla testa del pistone a prima dell’onda di
pressione (la velocità di seconda fase).
L’onda di riflusso simile al colpo d’ariete nelle condotte idrauliche si propaga a circa
1200mt/sec, questo fa si che la generazione del picco sia velocissima; se osserviamo
le curve di una iniezione possiamo verificare che il tempo di salita del picco di
pressione è intorno i 1ms cioè 0,001 sec.
In avviamento, la velocità di seconda fase è bassa e il metallo non riesce a riempire
completamente lo figura, quando il colpo d’ariete arriva serve solo a completare la
figura e i pozzetti, perchè dovrebbero esserci bave?
In produzione, una forte velocità di seconda fase determina anche una forte velocità
del metallo e un maggior riempimento completo della figura prima dell’impatto, ciò
fa si che al momento del picco, se tutta la figura è completa (fagioli e sfiati), se
l’aggiustaggio non è perfetto, si creino formazione di bave.
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E’ possibile stimare l’aumento di pressione con la seguente formula:
P = (0.052 × V × L) / t + P1
dove
P = aumento di pressione
P1 = pressione iniziale (quella dell’accumulatore di 2a fase, perchè al momento
dell’onda la pressione è già quella dell’accumulatore: circa 150bar)
V = velocità del flusso in ‘m/sec’ (velocità 2a fase: 4 mt/sec)
t = tempo in ‘sec’ (tempo di decelerazione iniezione misurabile dalla curva iniezione)
L = lunghezza del tubo a monte in ‘mt’ (un pò maggiore della corsa iniezione: quindi
1 metro)
P=(0.052*4*1)/0.015+150=164 bar
Questa pressione è comprensiva a quella determinata in parte dall’accumulatore
perchè al momento dell’onda di picco la pressione accumulatore si è già stabilizzata
nel cilindro iniezione.
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La valenza della velocità nel contesto generale
Siamo riusciti a quantificare l’influenza dell’energia cinetica:
1. nel cilindro iniezione
2. direttamente sul metallo
3. nell’accumulatore
L’analisi della fase veloce e delle forze che comporta ci permette di quantificare in un
foglio di calcolo l’influenza di queste nella formazione di bave nello stampo.
Dalle parti analitiche si deduce che con una iniezione ad anello chiuso il picco di
pressione di 2a fase è ammorbidito, e questo è generalmente un vantaggio. Nei casi in
cui sia necessario il picco di 2a fase per riempire completamente lo stampo, poichè
l’iniezione ad anello chiuso offre molteplici possibilità di regolazione è facile
rimediare.
Con un foglio di calcolo ben realizzato, è possibile già in fase di progetto o in fase di
analisi di possibile produzioni, ipotizzare le difficoltà di stampaggio per formazioni
di bave.
In fase di produzione è invece possibile procedere empiricamente.
Una volta verificato che gli aggiustaggi sono coerenti facendo il colore sulla
superficie dello stampo, e che stampando con basse velocità lo stampo non fa bava, è
sufficiente stampare escludendo la moltiplica: se le bave non si formano escludiamo
come possibile causa delle bave la seconda fase, se si formano sappiamo che la causa
è la forza d’iniezione di seconda fase. Metodo empirico ma efficace.
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La compressione finale e le bave
La fase di compressione finale inizia nello stesso momento in cui il pistone
d’iniezione si ferma a causa del riempimento nello stampo. Nell’analizzare questa
fase, è importante considerare la variazione di stato del materiale che da liquido inizia
a diventare solido: la solidificazione parte dal metallo a contatto con lo stampo sino al
centro dello spessore. La solidificazione del metallo provoca una diminuzione di
volume, per questo è necessario, onde evitare formazione di caverne all’interno della
struttura continuare ad alimentare il cuore del getto con metallo liquido. Per
alimentare il getto durante la fase di solidificazione, è necessario che l’attacco di
colata rimanga aperto per permettere il passaggio di metallo liquido durante la
diminuzione di volume. Durante la solidificazione anche l’attacco di colata tende a
solidificare, partendo da questa considerazione, è facile dedurre che per portare avanti
il metallo al cuore del getto, è necessario aumentare progressivamente la forza di
compressione del metallo liquido sino alla solidificazione totale. Generalmente non
esiste la necessità di portare repentinamente al massimo la compressione del metallo,
però può accadere: succede qualora si riscontri la presenza o meno nel getto di
variazioni rilevanti di spessore nelle pareti, nonché la presenza di pareti sotto i due
millimetri. Tendenzialmente, se gli spessori del getto sono uniformi e intorno od oltre
i tre millimetri, un tempo di moltiplicazione che va dai 70 ai 90 msec. non causa
inconvenienti al prodotto. La velocità di moltiplicazione, deve variare in funzione
della necessità di continuare ad alimentare il getto al centro della sezione del getto
stesso, non deve essere espressione di performance oleodinamiche fini a sé stesse e
perciò inutili. Un aumento troppo repentino della forza di compressione, causa nella
zona della divisione stampo, grandi formazioni di bave e quindi aggravi di costi di
sbavatura. Bisogna segnalare, che non è necessaria la formazione di bava per rendere
il pezzo strutturalmente sano, se ciò dovesse accadere, è perché lo stampo e quindi il
getto, risentono di una progettazione poco centrata nel risolvere le problematiche
dell’evacuazione di aria e gas. La forza d’iniezione della macchina, è direttamente
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proporzionale alla pressione di moltiplicazione nel cilindro d’iniezione ed alla
superficie frontale del liquido compresso; è evidente, che durante la fase di
solidificazione, la superficie frontale liquida tende a diminuire, ciò fa diminuire la
forza d’iniezione sul getto e quindi la formazione di bava: per questo motivo è
preferibile avere una velocità di compressione non di 30 msec ma di 70-100 msec.
Abbiamo scritto che la fase di compressione finale serve per alimentare il pezzo
durante la fase di solidificazione e quindi compensare la riduzione di volume.
L’osservazione più evidente è che per alimentare la figura è necessario che:
1. l’attacco di colata sia liquido
2. il pistone sia libero di muoversi in avanti
3. la figura sia completamente riempita
4. la zona di divisione stampo rimanga chiusa e non faccia defluire il metallo
Il tempo di moltiplicazione reale di una pressa è generalmente compreso tra i 30 e i
200 ms, questo significa che al momento della compressione finale le tre condizioni
che ho citato sopra devono essere realizzate.
Vediamo singolarmente le quattro situazioni
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Attacco di colata liquido
Il tempo di solidificazione del canale e attacco di colata sono direttamente legati alla
loro sezione: maggiore è la sezione e maggiore è il tempo di solidifica. La parte meno
spessa è l’attacco di colata che generalmente è inferiore i tre mm, ma poichè durante
la fase di riempimento è investito da tutto il materiale che riempie la figura ad un
elevata velocità è anche la parte più calda dello stampo e raggiunge temperature
vicine i 500°C e quindi prossime alla metallizzazione: è stato verificato che il gate
rimane liquido per un tempo sicuramente prossimo i due secondi; un tempo
sicuramente sufficiente a permettere al pistone d’iniezione di muoversi in avanti per
alimentare la figura.
Spesso si sovradimensiona il canale di colata perchè una maggiore massa di liquido
comporta una maggior tempo di solidifica, non solo del canale stesso ma anche del
gate; dobbiamo pensare che un allungamento del tempo di solidifica del gate anche di
soli 0,5 secondi può decidere la buona qualità del pezzo.
Pistone iniezione libero di muoversi in avanti
Dal punto di vista teorico non esiste niente che possa impedire al pistone iniezione di
muoversi in avanti durante la moltiplica. La pressione di moltiplica spinge in avanti
l’iniezione alla forza che mi interessa applicare all’alluminio liquido, e davanti il
cilindro iniezione la pressione di contrasto è nulla. Il materiale che forma la
matarozza è sicuramente liquido e il materiale del braccio di colata e all’attacco di
colata è sicuramente liquido. Queste considerazioni portano alla conclusione che tutta
la forza è applicata all’alluminio liquido e serve per la fase di ritiro, sempre che la
testa del pistoncino in rame non si sia dilatata al punto di grippare nel contenitore. La
testa del pistoncino iniezione è restata a contatto con l’alluminio liquido per 6-8 sec
prima di arrivare alla moltiplicazione: quanto si è dilatata e quanta forza dobbiamo
applicare per superare il punto di attrito che lo lega al contenitore?
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Compensazione finale
Se andiamo ad analizzare le curve possiamo verificare che la vera fase di
compensazione finale non supera i 2,5 secondi e in seguito il pistone si muove solo
per compensare il ritiro del braccio di colata e della matarozza. Dal punto di vista
pratico si può verificare dalle curve che il pistone si muove in avanti, durante la fase
di ritiro, per una corsa che va dai 2 ai 10mm. Supponiamo che lo stampo faccia bava
con la moltiplica, il materiale che iniettiamo nei 2,5 secondi della fase di ritiro va a
compensare il ritiro della figura o le bave? E se i fagioli non sono completi la
moltiplica serve per completare i fagioli o compensare il ritiro?
Queste due domande ci portano a considerare l’importanza della fase di riempimento
ma non solo: l’importanza degli sfiati dell’aria e dell’alimentazione dei fagioli. Gli
sfiati dell’aria devono avere un rapporto di sezione, con la sezione all’attacco di
colata non inferiore a 1/4; se l’attacco di colata è 400mmq la somma delle sezioni
degli sfiati non deve essere inferiore i 100mmq. Questo perchè se la velocità
all’attacco arriva a 40mt/sec la velocità dell’aria agli sfiati arriva a 160mt/sec, circa
576 km/ora: a questa velocità la pressione per evacuare l’aria è inferiore gli 0,3 bar.
Attenzione che lo spessore dello scarico aria è generalmente 0,2mm, pensiamo quindi
a quanta superficie di sfiato serve e forse alla opportunità d’inserire delle valvole di
sfiato seghettate. Opportuno valutare se alla fine della seconda fase i fagioli sono
completi, le loro incompletezze toglieranno efficacia alla fase di compensazione
finale.
Spesso si sottovaluta o sopravvaluta la funzione dei fagioli nel semisolido e se ne
sbaglia il dimensionamento, questo comporta che la compressione finale del pezzo
non sia costante compromettendo la qualità del pezzo finale.
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