La colata minerale e le sue caratteristiche

Ghisa minerale e geometria dei prodotti

Uno dei vantaggi più significativi della colata minerale è che le strutture/basi più geometricamente complesse possono essere realizzate senza bisogno di ulteriori lavorazioni. Questo necessita di uno strumento accurato (stampo), che può essere di solito ammortizzato in un breve periodo. Gli inserti filettati, le piastre di montaggio, gli accessori di mandrino, ecc. sono pre-fusi come parti pre-modellate e forniti nella fase di progettazione dello stampo, eliminando così il bisogno di qualsiasi rifinitura o lavorazione complesse e costose. Questo, naturalmente, vuol dire tempi di risposta ridotti, il che gioca un ruolo sempre più importante al giorno d'oggi.

Agente legante

L'agente legante, detto anche matrice, è costituito da resina e indurente e quando la ricetta viene accordata - l'applicazione- sono aggiunti filler specifici. Si usa la resina epossidica invece della resina metacrilata e le resine di poliestere mostrano minore contrazione (diminuzione del volume) e un tempo di lavorazione migliore. Quando viene versato, l'agente legante agisce anche da lubrificante tra gli elementi del filler migliorando, così, le caratteristiche di flusso. Non può esserci alcuna reazione chimica tra il filler e l'agente legante. Le parti fuse contenenti resine epossidiche come gli agenti leganti non sono adatte a temperature di esercizio oltre gli 80°C.

Vantaggi delle resine epossidiche

Bassa viscosità che conferisce buone caratteristiche di flusso
Garanzia che il filler utilizzato sia ben lubrificato
Tempi di gelatinizzazione lunghi
Indurimento per precipitazione lento combinato con basse reazioni esotermiche
Buone caratteristiche meccaniche (tensione, compressione, flessione, modulo elastico, espansione termica)
Buone caratteristiche chimiche, vale a dire resistenza ai liquidi aggressivi.
Buona reazione a lungo termine
Le resine epossidiche sono certificate per il settore alimentare

Quartz Rock as a Filler

Rocce di quarzo come filler

I filler, noti anche come aggregati, formano la base della ghisa minerale. Varie ricette o miscele sono disponibili presso SCHNEEBERGER, questo assicura e determina le proprietà ottimali di ogni prodotto in ghisa minerale che soddisfa le richieste dell'applicazione specifica del cliente.. Viene utilizzata una roccia di quarzo naturale di varia granulometria. Poiché le caratteristiche della colata minerale sono determinate in particolare dalle caratteristiche di questi filler, esistono requisiti specifici per la loro densità, resistenza a tensione e compressione, moduli elastici, coefficienti di espansione termica e conduttività termica. E' possibile aggiungere in parte anche additivi non minerali ai filler. Vengono utilizzati ciottoli di quarzo caratterizzati da elevata purezza e ottime caratteristiche meccaniche.

Ghisa minerale SCHNEEBERGER

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Information: at moment not available for the Asian market

La ghisa minerale è un materiale moderno, che, sin da quando è stato introdotto sul mercato (30 anni fa), rappresenta un' importante alternativa alle tradizionali strutture in ghisa grigia e acciaio, ed è attualmente la tecnologia di riferimento per innumerevoli applicazioni.

L'intero processo, dalla costruzione attraverso il processo di fusione, fino alle modifiche di post-produzione ad alta precisione, è sottoposto a delle misure molto rigide al fine di garantire gli standard qualitativi.

Presenza: La ghisa minerale di SCHNEEBERGER ha centri di produzione sia nell' UE (Cheb, Repubblica Ceca) sia in Cina.
Sui mercati europeo ed asiatico siamo presenti sul posto con impianti di produzione di nostra proprietà; siamo inoltre presenti in tutti i Paesi industriali attraverso i nostri rappresentanti commerciali Schneeberger.

Maggiori informazioni:
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Novità: La ghisa minerale, un "componente pronto all'uso sulla Vostra linea di montaggio"

La ghisa minerale di SCHNEEBERGER offre un ulteriore valore aggiunto! Eseguiamo anche complessi lavori di montaggio sui componenti prodotti in ghisa minerale. Ci prendiamo carico non solo, come abbiamo sempre fatto finora, del montaggio, ma anche del procacciamento completo dei componenti di montaggio, di tutti i controlli qualità e della logistica. In questo modo la ghisa minerale di SCHNEEBERGER crea un valore aggiunto ancora maggiore per i nostri clienti.

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Progettazione

Spessore della parete

I getti e lo spessore della parete dei componenti della colata minerale devono generalmente essere almeno cinque volte superiori al diametro massimo del ciottolo. Con un diametro massimo tipico del ciottolo di 16 mm, i getti e lo spessore della parete devono pertanto essere almeno di 80 mm. Grazie alle basse tensioni residue è possibile ottenere senza problemi diversi spessori della parete e cambiamenti repentini da sottile a spesso, in un componente della colata minerale. E' possibile ottenere buoni valori di rigidità con la scelta appropriata delle sezioni trasversali e tenendo conto degli stress di compressione e tensione ammissibili enormemente mutevoli.

E', altresì, possibile lavorare con spessori di parete inferiori in parti della struttura che non sopportano carichi. In questo caso si utilizzando miscele di colata minerale con un diametro del ciottolo massimo inferiore. La prima gettata di una procedura a più livelli in cui viene versata prima la miscela più raffinata seguita dalla composizione più grossolana è detta pre-gettata.

Gettata

Si usano ciottoli di quarzo che presentano un alto grado di purezza e buone caratteristiche meccaniche. Si usano pendenze di rilascio dello stampo per rilasciare la gettata grezza, simile al metodo che si usa per la ghisa grigia. Il consiglio di usare una pendenza di circa 5° per le parti fuse realizzate da ghisa grigia è spesso usato anche per la colata minerale. In pratica, però, sono assolutamente sufficienti angolazioni di gettata più piccole per la colata minerale.

Ventilazione

Mentre viene prodotta la miscela della colata minerale, l'aria entra nel composto semplicemente attraverso il processo stesso di miscelazione. Oltre a ciò, l'aria è anche intrappolata all'interno dello stampo e del composto durante la procedura di fusione. Per assicurare che il componente finito non mostri successivamente alcuna cavità di restringimento, dopo il versamento nel composto, lo stampo viene fatto vibrare finché non risale più alcuna bolla di aria intrappolata. A tal fine, deve essere presente una ventilazione adatta nello stampo. Questo può avvenire se i segmenti dello stampo e le parti in fusione sono disposti in modo tale che non ostruiscano né la colata minerale in ingresso né l'aria in uscita. Le bolle possono formarsi in particolare su superfici orizzontali contro cui la ghisa minerale risale dal basso. Se possibile, tali superfici devono essere evitate oppure devono avere un'angolazione relativamente ampia per rendere possibile l'uscita dell'aria.

Capacità di carico

Durante la realizzazione dei componenti della colata minerale, è essenziale tenere presenti le caratteristiche speciali del materiale. I componenti fusi possono, per esempio, sopportare forze di compressione e tensione sostanzialmente più alte. Quando si ancorano parti fuse, bisogna assicurare che siano poste a sufficiente distanza dai bordi del componente in modo che non si rompano. Per la distanza minima rispetto ai bordi, usare la tabella corrispondente della parte fusa. Se occorre usare collegamenti a vite all'interno del componente della colata minerale, è necessario assicurare che il materiale fuso sopporti i carichi creati dalle forze che agiscono sulla filettatura. Se esiste il rischio di cedimento, tale rischio va evitato con l'ausilio di boccole adatte filettate in metallo, fuse nei punti necessari. L'effetto a intacco è chiaramente ridotto e il ridirezionamento della forza è migliorato arrotondando e/o smussando i connettori tra le unità del componente. Analogamente è necessario intraprendere misure adeguate per il necessario trasporto al cliente. Nella struttura devono quindi essere previsti punti di sollevamento di componenti molto grandi, che rendono possibile il carico in sicurezza con gru e simili apparecchiature di sollevamento. Per evitare danni durante il trasporto, possono anche essere inseriti binari sulla parte inferiore per il trasporto con muletti.

Struttura della geometria di base

Lo stampo è realizzato in legno, acciaio, alluminio, PVC, silicone, poliammide o una combinazione di questi materiali. I criteri principali per la scelta del materiale adatto sono:

numero previsto di fusioni da produrre con uno stampo,
l'accuratezza richiesta e la qualità della superficie dei componenti della colata minerale
dimensione, peso,,
varianti previste nella fusione,
costi e tempi.

Il design, il calcolo e la costruzione dello stampo vanno di pari passo con la costruzione della parte. E' necessario considerare i criteri di design dello stampo per assicurare l'accuratezza geometrica e l'alta rigidità statica e dinamica:

Il design delle principali superfici funzionali dello stampo è cruciale per assicurare l'accuratezza.
Gli stampi sono per lo più realizzati da piastre. La geometria di base è un design da elementi semplici.

Integrazione dei componenti meccanici

Inserti filettati, piastre in acciaio, ancoraggi per il trasporto, cavi e condotti, e celle vuote possono essere fusi direttamente nel composto della colata minerale poiché si tratta di un processo di fusione a freddo. Per assicurare che le condizioni operative siano ottimali anche in seguito, tutti i componenti meccanici devono essere fissati in modo sicuro poiché la loro posizione non può più essere corretta successivamente e durante la procedura di fusione si sviluppano forze di sollevamento notevoli che potrebbero modificare la posizione se il fissaggio non è abbastanza sicuro. Bisogna assicurare quando il componente è in fase di progettazione e, cosa ancora più importante, successivamente con la costruzione dello stampo, che l'inserto non ostruisca il flusso del materiale o la ventilazione dello stampo. Se i fori filettati sono troppo vicini al bordo o il componente della colata minerale ha uno schema a fori con fori combacianti, vengono pre-modellate speciali parti di fusione. Queste parti di fusione speciali (stampi, piastre) sono ancorate al componente della colata minerale con viti a testa esagonale.

Superfici operative

Come descritto nel capitolo sull'accuratezza, un'accuratezza massima di circa +/- 0,1 mm/m si può ottenere con stampi di buona qualità. Molti componenti, però, hanno una superficie di accoppiamento per altre parti che, chiaramente, richiedono un'accuratezza maggiore, per esempio per il fissaggio di sistemi a guida lineare, superfici di scorrimento o di montaggio. Pertanto è imperativo integrare queste superfici funzionali per ottenere le tolleranze specifiche. Oggi SCHNEEBERGER usa essenzialmente quattro procedure come di seguito spcificate, per creare le superfici necessarie:

Lavorazione meccanica della colata minerale - con questa procedura la colata minerale è versata in eccesso e successivamente lavorata alla dimensioni adeguate attraverso fresatura o affilatura.
Lavorazione meccanica delle parti fuse - con questa procedura, le parti metalliche come piastre in acciaio o ghisa sono gettate nella colata minerale e lavorate dopo che la gettata si è indurita.
Replicazione - con questa procedura la colata minerale è versata sottodimensionata di circa 2 mm. Dopo aver rimosso lo stampo, c'è una seconda fase di gettata in cui materiale molto sottile è fuso con una guida di posizionamento precisa.
Successiva fusione di parti metalliche - con questa procedura parti fuse ad alta precisione sono fuse in modo preciso dopo la rimozione dello stampo usando calibri di posizionamento.

Analisi FEM

Usando la FEM (metodo degli elementi finiti), si possono eseguire calcoli di diverse caratteristiche della geometria del componente e dei design della macchina. Un uso tipico è il calcolo delle deformazioni su basi o componenti della macchina e la derivata della geometria ottimizzata da questi risultati. Inoltre, oggi possono essere definite in modo molto accurato dinamiche della temperatura e risposta alla vibrazione. Alcuni esempi pratici, la diminuzione di deflessione dei componenti di una macchina tessile (Cetex) o la riduzione di un effetto rigenerativo sui torni girevoli (Boehringer Werkzeugmaschinen GmbH) grazie al migliore assorbimento della colata minerale in confronto a design saldati o fusi o l'ottimizzazione del comportamento termico (SCHNEEBERGER AG).

Trasporto e installazione

Trasporto

I componenti della colata minerale devono essere fissati in modo sicuro durante il trasporto. Per il trasporto si usano gru, muletto e camion. Inoltre devono essere previsti ancoraggi e binari adatti.

Installazione

In linea di principio, si applicano regole simili alle basi di acciaio o ghisa grigia per l'installazione di rastrelliere di colata minerale. Sono molto importanti basi speciali in particolare per le macchine grandi perché, nella tipica costruzione adatta come una base per motore con il 70-90% della massa totale di una macchina, esse garantiscono un'alta rigidità torsionale complessiva con alta massa inerziale ed è possibile raggiungere la necessaria accuratezza grazie al funzionamento corretto della macchina. Allo stesso modo un sostanziale dimensionamento della base della macchina è di grande importanza particolarmente con parti componenti estremamente pesanti e/o una forza lavoro similmente significativa o con carichi a impatto improvviso, perché altrimenti il risultato sarebbe inevitabilmente il parziale collasso della macchina e pertanto le accuratezze geometriche tipiche di oggi non sarebbero più ottenute in tutto lo spazio di lavoro. Macchine con una configurazione a tre punti sono l'eccezione a questa regola, perché la loro accuratezza non dipende dalla base.