ITUB20150161A1 - Procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali. - Google Patents
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Description
Procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali
La presente invenzione riguarda un procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali e le anime ottenute mediante tale procedimento.
Pi? in particolare, l?invenzione di riferisce ad un procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali tramite colaggio in forme di gesso.
? noto che la produzione di componenti di turbine aeronautiche ed industriali prevede un procedimento di fusione e colata dei metalli e/o delle leghe costitutive di tali componenti all?interno di apposite forme. All?interno di tali forme vengono spesso inserite delle anime, ovvero dei manufatti, costituiti principalmente da silice amorfa sinterizzata, la cui funzione ? quella di riempire una parte della forma, per impedire che venga riempita dal metallo fuso.
Attualmente, le anime in silice vengono prodotte tramite iniezione in stampi di acciaio di una miscela di polveri ceramiche, tipicamente silice (80%), insieme con additivi quali allumina e silicato di zirconio (20%) nonch? un legante, tipicamente cera. Per garantire un corretto riempimento dello stampo, l?iniezione viene effettuata a temperature elevate, per conferire alla miscela una certa fluidit?, per effetto dell?azione dei componenti additivi della miscela; e soprattutto a pressioni elevate, fino a 200 bar. Tali valori di pressione richiedono l?utilizzo di stampi di acciaio con costi elevati di manutenzione della cavit? dello stampo. Infatti, gli stampi di acciaio ad iniezione di ceramica devono essere periodicamente sottoposti a processi di nitrurazione della cavit? interna, che viene lentamente ed inesorabilmente abrasa al passare delle iniezioni.
Ne consegue un costo di realizzazione e manutenzione degli stampi che si rivela essere molto elevato e non giustificato in tutti quei casi in cui fosse possibile usufruire di stampi pi? economici senza compromettere la qualit? del prodotto ottenuto, tenuto conto delle esigenze che tale prodotto deve sopportare.
Da quanto esposto deriva la necessit? di sviluppare un procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali che permetta di utilizzare stampi pi? economici, garantendo una resa equivalente a quella dei procedimenti secondo la tecnica nota, in particolare per quanto riguarda la stabilit? dimensionale del prodotto ottenuto.
Questi ed altri risultati sono ottenuti secondo la presente invenzione proponendo un procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali tramite colaggio.
Scopo della presente invenzione ? quindi quello di fornire un procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali che permetta di superare i limiti dei procedimenti secondo la tecnologia nota e di ottenere i risultati tecnici precedentemente descritti.
Ulteriore scopo dell?invenzione ? che detto procedimento possa essere realizzato con costi sostanzialmente contenuti.
Non ultimo scopo dell?invenzione ? quello di proporre un procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali che sia semplice, sicuro ed affidabile.
Forma pertanto un primo oggetto specifico della presente invenzione un procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali comprendente le seguenti fasi:
- realizzazione di una madreforma in metallo;
- realizzazione di un calco in gesso mediante colaggio nella madreforma di un impasto di acqua e gesso e successiva essiccazione;
- colaggio in una cavit? di detto calco in gesso di un impasto di silice e acqua;
- riposo dell?impasto di silice all?interno del calco in gesso, con assorbimento dell?acqua da parte del calco e solidificazione di un?anima di silice;
- estrazione dell?anima di silice dal calco ed essiccazione all?aria ad una temperatura non superiore a 50?C;
- sinterizzazione dell?anima di silice;
- finitura e verifica dimensionale dell?anima.
In particolare, secondo l?invenzione, il metallo di detta madreforma ? scelto tra alluminio, titanio, rame o acciaio, ed ? preferibilmente alluminio.
Inoltre, secondo l?invenzione, l?acqua di detto impasto di acqua e gesso ? acqua demineralizzata.
Preferibilmente, secondo l?invenzione, detto impasto di acqua e gesso ? costituito da 52% ? 0,5% in peso di gesso e 48% ? 0,5% in peso di acqua.
In particolare, sempre secondo l?invenzione, detto calco in gesso ? formato da almeno due parti.
Ancora, secondo la presente invenzione, detto colaggio in una cavit? di detto calco in gesso di un impasto di silice e acqua avviene in condizioni di temperatura ed umidit? controllata, con temperatura compresa nell?intervallo 18-22?C e umidit? compresa nell?intervallo 25-35%, e preferibilmente ad una temperatura di 20?C con un?umidit? del 30%.
Inoltre, secondo l?invenzione, detto impasto di silice e acqua comprende silice con diversa granulometria, e l?acqua di detto impasto di silice e acqua ? acqua demineralizzata, e preferibilmente detto impasto di silice e acqua ? composto da 57% in peso di silice 44 ?m, 4% in peso di silice 74 ?m, 21% in peso di silice 150 ?m e 18% in peso di acqua demineralizzata.
Preferibilmente, sempre secondo l?invenzione, detta fase di essiccazione dell?anima in silice avviene a temperatura compresa tra 45 e 50?C.
Forma inoltre un secondo oggetto specifico della presente invenzione un?anima per componenti di turbine aeronautiche ed industriali caratterizzata dal fatto di essere costituita da silice, ovvero totalmente priva di allumina e/o silicati di zirconio.
Risultano evidenti l?efficacia ed i vantaggi del procedimento per la realizzazione di anime in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali della presente invenzione.
Infatti, il procedimento di colaggio non richiede di operare a pressioni elevate, eliminando la necessit? di utilizzare stampi in acciaio e consentendo di sostituirli con forme di gesso monouso, di costo ridottissimo.
Inoltre, dal momento che non sono richieste pressioni e/o temperature elevate, ? possibile non utilizzare legante nella miscela di polveri ceramiche da cui realizzare le anime, rendendo superfluo l?utilizzo di allumina e silicato di zirconio. Il materiale utilizzato nel processo di colaggio ? infatti sola silice, additivata con acqua che viene eliminata durante le fasi del processo, per ottenere un?anima costituita da sola silice , con indubbi vantaggi in termini di costi di produzione, dati dal fatto di non utilizzare allumina e/o silicati di zirconio.
L?invenzione verr? descritta nel seguito a titolo illustrativo, ma non limitativo, con particolare riferimento ad alcuni esempi illustrativi, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:
- la figura 1 mostra una vista prospettica di una madreforma per la realizzazione di una parte (mezza conchiglia) di un calco in gesso per il procedimento secondo la presente invenzione,
- la figura 2 mostra una vista prospettica di una parte (mezza conchiglia) di un calco in gesso per il procedimento secondo la presente invenzione,
- la figura 3 mostra una vista prospettica di un calco in gesso per il procedimento secondo la presente invenzione, e
- la figura 4 mostra una vista prospettica di un?anima ottenuta mediante il procedimento secondo la presente invenzione.
Facendo riferimento alle figure, in cui la particolare forma dello stampo e dell?anima hanno carattere puramente illustrativo ed esemplificativo e non limitativo, il processo pu? essere schematicamente riassunto come segue.
In una prima fase si realizza una madreforma 10 in metallo (preferibilmente in alluminio, ma alternativamente anche in titanio, rame o acciaio) per la formatura di una prima parte (denominata mezza conchiglia) del calco in gesso da realizzare. Nel caso in cui tale prima parte non sia identica a quella necessaria per la realizzazione della seconda parte del calco in gesso da realizzare sar? altres? necessario procedere nello stesso modo per la realizzazione di una seconda madreforma (non mostrata) complementare alla prima. Per la realizzazione della madreforma 10 si parte da un modello matematico del prodotto finito, applicando il fattore di contrazione associato al processo di manifattura dell?anima (e determinabile empiricamente da un tecnico del settore) ed aggiungendo tutte le appendici necessarie al processo di colaggio dell?impasto di silice nel calco in gesso, ovvero i canali 11 per l?alimentazione e il colaggio dell?impasto di silice nel calco. Viene quindi creato un modello tridimensionale da utilizzare per la realizzazione (tipicamente mediante stampaggio) della madreforma 10.
Sulla madreforma 10 viene quindi colato un impasto di gesso, che ? stato precedentemente ottenuto miscelando gesso e acqua, preferibilmente acqua mineralizzata, secondo composizioni percentuali nell?intervallo 52% ? 0,5% in peso di gesso e 48% ? 0,5% in peso di acqua, e preferibilmente 52% in peso di gesso e 48% in peso di acqua. La preferenza per l?uso di acqua demineralizzata ? dovuta non solo all?esigenza di evitare fenomeni quali la formazione di calcare, ma anche a quella di avere caratteristiche dei gessi pi? riproducibili possibile in termini di capacit? di assorbire acqua dall?impasto di silice ed acq1ua che verr? successivamente colato. Si ottiene una prima parte 12? (denominata mezza conchiglia) del calco in gesso da realizzare. Una seconda parte 12? del calco in gesso da realizzare, complementare alla prima, sar? realizzata allo stesso modo.
Le due parti (mezze conchiglie) del calco vengono quindi accoppiate per formare una cavit? 13 al cui interno viene successivamente colato, fino a riempimento della cavit? 13, l?impasto di silice dell?anima ceramica, in condizioni di temperatura ed umidit? controllata, con temperatura compresa nell?intervallo 18-22?C e umidit? compresa nell?intervallo 25-35% e preferibilmente ad una temperatura di 20?C con un?umidit? del 30%. L?impasto di silice ? formato utilizzando polveri di silice, preferibilmente con diverse granulometrie, secondo considerazioni alla portata di un tecnico del ramo che hanno la finalit? di evitare la formazione di grumi. In forma massimamente preferita l?impasto di silice ? formato da tre polveri di silice a differente granulometria, rispettivamente pari a 44, 74 e 150 ?m, con acqua demineralizzata; nelle seguenti composizioni percentuali in peso: 57% di silice 44 ?m, 4% di silice 74 ?m e 21% di silice 150 ?m e 18% di acqua demineralizzata. A titolo esemplificativo, per il riempimento del calco in gesso mostrato con riferimento alle figure, sono stati 300kg di impasto di silice, con i seguenti quantitativi: 171kg di silice 44?m, 12kg di silice 74?m, 63kg di silice 150?m e 54kg di acqua demineralizzata.
Dopo un tempo prefissato di attesa (legato alla geometria del pezzo da produrre) si esegue l?apertura del calco 12 in gesso e viene estratta l?anima ceramica 14. Il tempo di attesa ? funzionale ad ottenere che il calco 12 in gesso possa assorbire acqua dall?anima 14, fino ad ottenere un?anima solida.
Una volta estratta, l?anima 14 viene lasciata essiccare all?aria ad una temperatura non superiore a 50?C e preferibilmente ad una temperatura di 45-50?C. La durata della fase di essiccamento ? variabile in funzione delle dimensioni e della forma del pezzo da produrre.
Infine, l?anima 14 cos? formata viene sottoposta a sinterizzazione e finitura, oltre che a verifica dimensionale, come gi? avviene secondo la tecnologia nota di preparazione delle anime per iniezione.
I parametri di sinterizzazione cambiano in funzione della tipologia di materiale utilizzato, secondo considerazioni alla portata del tecnico del settore.
Nel caso riportato nella presente descrizione a titolo esemplificativo ma non limitativo, la sinterizzazione ? ottenuta alla temperatura di 1175?C per 3 ore in forno a metano, per conferire all?anima 14 adeguate caratteristiche meccaniche (es. MOR).
La finitura dell?anima 14, oltre ad eliminare eventuali imperfezioni superficiali, serve anche per eliminare le appendici 15 dovute alla fase di colaggio, ovvero che si sono formate per la permanenza di una parte dell?impasto di silice nei canali 11 di colaggio.
La presente invenzione ? stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma ? da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.
Claims (11)
- RIVENDICAZIONI 1) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice per componenti di turbine aeronautiche ed industriali, comprendente le seguenti fasi: - realizzazione di una madreforma (10) in metallo; - realizzazione di un calco (12) in gesso mediante colaggio nella madreforma (10) di un impasto di acqua e gesso e successiva essiccazione; - colaggio in una cavit? (13) di detto calco (12) in gesso di un impasto di silice e acqua; - riposo dell?impasto di silice all?interno del calco (12) in gesso, con assorbimento dell?acqua da parte del calco (12) e solidificazione di un?anima (14) di silice; - estrazione dell?anima (14) di silice dal calco (12) ed essiccazione all?aria ad una temperatura non superiore a 50?C; - sinterizzazione dell?anima (14) di silice; - finitura e verifica dimensionale dell?anima (14).
- 2) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il metallo di detta madreforma (10) ? scelto tra alluminio, titanio, rame o acciaio, ed ? preferibilmente alluminio.
- 3) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che l?acqua di detto impasto di acqua e gesso ? acqua demineralizzata.
- 4) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto impasto di acqua e gesso ? costituito da 52% ? 0,5% in peso di gesso e 48% ? 0,5% in peso di acqua.
- 5) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto calco (12) in gesso ? formato da almeno due parti (12?, 12?).
- 6) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto colaggio in una cavit? (13) di detto calco (12) in gesso di un impasto di silice e acqua avviene in condizioni di temperatura ed umidit? controllata, con temperatura compresa nell?intervallo 18-22?C e umidit? compresa nell?intervallo 25-35%, e preferibilmente ad una temperatura di 20?C con un?umidit? del 30%.
- 7) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto impasto di silice e acqua comprende silice con diversa granulometria.
- 8) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l?acqua di detto impasto di silice e acqua ? acqua demineralizzata.
- 9) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto impasto di silice e acqua ? composto da 57% in peso di silice 44 ?m, 4% in peso di silice 74 ?m, 21% in peso di silice 150 ?m e 18% in peso di acqua demineralizzata.
- 10) Procedimento per la realizzazione di anime (14) in silice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase di essiccazione dell?anima (14) in silice avviene a temperatura compresa tra 45 e 50?C.
- 11) Anima per componenti di turbine aeronautiche ed industriali caratterizzata dal fatto di essere costituita da silice.
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