La regola più importante per i getti di ghisa fabbricabili è spessore della parete uniforme . La maggior parte dei difetti di fusione – porosità, cavità da ritiro, fessurazioni e deformazioni – sono riconducibili a bruschi cambiamenti di spessore che causano un raffreddamento non uniforme. Progettisti che mantengono la variazione dello spessore della parete all'interno 20% tra sezioni adiacenti eliminare la maggior parte dei problemi di fusione evitabili prima che il pezzo raggiunga la fonderia.
Oltre allo spessore della parete, molti altri fattori di progettazione influenzano direttamente se un fusione di ferro può essere prodotto in modo affidabile, economico e con buone proprietà meccaniche. Questo articolo tratta ciascuno di essi con linee guida pratiche e attuabili.
Il ferro si restringe approssimativamente Dall'1% al 2% in volume man mano che si solidifica. Queo una parte ha sia sezioni spesse che sottili, le aree spesse si raffreddano e si restringono più tardi di quelle sottili, creando stress interno e spesso formando cavità di ritiro nelle zone spesse. Come linea guida generale, mantenere lo spessore della parete compreso tra 4 mm e 25 mm per la maggior parte delle parti in ghisa grigia e duttile ed evitare transizioni improvvise superiori a un rapporto 2:1 tra pareti adiacenti.
Laddove la variazione di spessore è inevitabile, utilizzare transizioni rastremate anziché gradini netti. Una rastremazione graduale distribuisce il gradiente di raffreddamento su una distanza maggiore, riducendo la concentrazione di stress che porta alla fessurazione.
Gli angoli interni acuti agiscono come fattori di stress e sono una delle principali cause di lacerazione a caldo durante la solidificazione. Come regola pratica, i raggi di raccordo interni dovrebbero essere almeno 25% dello spessore della parete adiacente , con un minimo di 3 mm anche su sezioni sottili.
Le transizioni arrotondate migliorano anche il riempimento dello stampo, poiché il ferro fuso scorre in modo più fluido attorno alle curve rispetto agli angoli acuti, riducendo i difetti legati alla turbolenza.
L'angolo di sformo è la leggera rastremazione applicata alle superfici verticali in modo che il disegno possa essere ritirato dallo stampo in sabbia senza danneggiare la cavità dello stampo. Senza uno spogliamento adeguato, le fonderie devono utilizzare attrezzature più complesse o accettare difetti superficiali dovuti alla rottura dello stampo, entrambi i quali aumentano i costi.
| Tipo di superficie | Angolo di sformo consigliato |
|---|---|
| Superfici esterne | 1°-2° |
| Superfici interne (nuclei) | 2°-3° |
| Cavità profonde o strette | 3° o più |
I montanti agiscono come serbatoi di metallo fuso che alimentano la fusione mentre si restringe durante il raffreddamento, prevenendo vuoti interni. I progettisti dovrebbero identificare tempestivamente le sezioni più pesanti di una parte, poiché queste aree, chiamate punti caldi, si solidificano per ultime e necessitano di alimentazione diretta del montante.
Un principio di progettazione utile è solidificazione direzionale : il pezzo deve essere progettato in modo che le sezioni più sottili si solidifichino per prime, alimentando progressivamente le sezioni più spesse, con il montante posizionato nel punto più spesso e per ultimo a solidificarsi. Le parti progettate senza questa progressione sono molto più soggette alla porosità da ritiro interno, anche se vengono altrimenti seguite le regole sullo spessore delle pareti.
Le anime vengono utilizzate per formare cavità interne, fori o sottosquadri che lo stampo esterno non può produrre da solo. Sebbene necessaria per le caratteristiche funzionali, ciascuna anima aggiunge costi, complessità di assemblaggio e una potenziale fonte di imprecisioni dimensionali, poiché le anime possono spostarsi leggermente durante il getto.
Poiché il ferro si contrae mentre si raffredda, i modelli devono essere costruiti surdimensionati per compensare. Le tolleranze di ritiro standard sono approssimative 1% per la ghisa grigia and Dallo 0,8% all'1% per la ghisa sferoidale , sebbene i valori esatti dipendano dalla geometria della parte e dallo spessore della sezione. I progettisti dovrebbero comunicare chiaramente le tolleranze critiche alla modelleria della fonderia in modo che le tolleranze di ritiro siano applicate correttamente alle dimensioni funzionali, non solo alle dimensioni complessive della parte.
I pezzi fusi in ghisa più producibili risultano dalla collaborazione iniziale tra ingegneri progettisti e ingegneri di processo della fonderia, non da disegni definitivi trasmessi senza input. Le fonderie possono identificare i probabili punti caldi, consigliare le posizioni dei cancelli e dei montanti e segnalare i requisiti di tolleranza che aumenteranno i costi prima che le attrezzature vengano tagliate.
In pratica, il coinvolgimento della fonderia durante la fase di revisione del progetto, piuttosto che dopo la finalizzazione dei disegni, riduce comunemente il tasso di rilavorazione degli utensili e di scarto del primo articolo, poiché i problemi di geometria vengono rilevati prima che venga colato il metallo. La progettazione finalizzata alla producibilità non è una lista di controllo una tantum ma un processo iterativo meglio gestirlo come una partnership tra team di progettazione e produzione.
