Appunti Tecnologia Meccanica

Tecnologia Meccanica

1. Produzione per processo

Uno dei modi maggiormente usato nella classificazione della produzione, è la

classificazione a 3 assi, rispettivamente:

- asse del mercato

- asse gestionale

- asse tecnologico

Quello che prenderemo in considerazione è l’asse tecnologico, il quale identifica

due principali tipologie di processi produttivi: produzione per processo,

produzione per parti o manifattura.

Nella produzione per processo, la caratteristica principale è che gli elementi originari che costituiscono il prodotto

finale non sono facilmente identificabili in quest’ultimo, si dice infatti che il prodotto finale non è scomponibile a

ritroso poiché i componenti originari non sono più distinguibili o hanno cambiato natura.

Consente la produzione di prodotti quali: leghe metalliche (acciai, leghe di alluminio, …), carta, cemento, prodotti

chimici.

2. Produzione manifatturiera

3. Processi fondamentali di fabbricazione nel settore meccanico

Formatura:

 processi di consolidamento da liquido o da polveri: il materiale inizialmente senza forma (fuso o polvere)

trasformato in una parte con forma prossima a o coincidente con quella finale;

 processi per deformazione plastica: geometria del semilavorato trasformata mediante deformazione plastica del

materiale (volume e massa conservati);

 processi di rimozione di materiale: forma finale realizzata asportando dal semilavorato il materiale in eccesso;

Processi di giunzione: forma finale ottenuta mediante saldatura, incollaggio o collegamento con elementi meccanici;

Processi di finitura: permettono di eliminare le irregolarità superficiali dei pezzi lavorati.

4. Relazione tra processi e materiali

5. Principali caratteristiche di processo

 Geometria può essere complessa o semplice. (La fonderia permette la realizzazione di geometria complesse



mentre la deformazione plastica no)

 Proprietà meccaniche in base al processo posso migliorarle, peggiorarle o lasciarle invariate.



 Tolleranze e finitura superficiali vengono scelte in fase di progettazione e viene poi scelto il processo che le



soddisfa. (es. in fonderia ho bassa finitura superficiale e tolleranze non strette a causa del ritiro dei metalli e

altri fattori)

 Produttività è strettamente legata alla velocità di produzione. Quante parti realizzo in una determinata



quantità di tempo. Solitamente viene valutata in parti per ora

 Fattori umani valutare se ho necessità di manodopera specializzata o non specializzata per realizzare il



processo scelto

 Fattori ambientali prevedere lavorazioni che impattano il meno possibile sull’ambiente (sia lavorativo che



esterno).

Generalmente la scelta del processo dipende non solo dal tipo di materiale ma anche da geometria, proprietà

meccaniche, tolleranza, finiture superficiali, produttività, fattori umani, fattori ambientali.

 Geometria: il processo da utilizzare va scelto anche in funzione della geometria e della complessità del pezzo da

ottenere, ad esempio un processo per geometrie complesse può essere la fonderia a cera persa mentre un

processo per geometrie più semplici possono essere deformazione plastiche.

 Proprietà meccaniche: la scelta del processo deve tener conto del fatto che esistono processi in grado di

migliorare, non modificare o ridurre le proprietà meccaniche.

Ad esempio, la fonderia è un processo che garantisce proprietà meccaniche medio basse, le deformazioni plastiche

sono dei processi che garantiscono un incremento delle proprietà meccaniche mentre l’asportazione di truciolo non

modifica le proprietà meccaniche.

Scelgo quindi il processo in funzione delle proprietà meccaniche che mi aspetto una volta terminata la lavorazione.

 Tolleranze e finiture superficiali: la scelta del processo è influenzata dal tipo di tolleranze e finiture superficiali

richieste. Ad esempio, nella fonderia verso del metallo fuso in una cavità, generalmente ricavata mediante terra

da fonderia e ottengo quindi tolleranze larghe, il metallo fuso inoltre, raffreddandosi, tende a ritirarsi del 10 12%,

non posso quindi ottenere tolleranze strette. Con la fonderia, inoltre, non mi aspetto finitura elevate,

generalmente dopo la fonderia si esegue asportazione di truciolo.

Per quanto riguarda invece le deformazioni plastiche a freddo, non ho problemi di ritiro del materiale, le tolleranze

sono strette e posso ottenere elevate finiture.

 Produttività: la scelta del processo è influenzato dalla produttività o velocità di processo, si misura in parti/ora e

rappresenta le parti realizzate con quel dato processo nell’unità di tempo. Esistono processi a medio, alta o bassa

produttività, ad esempio, una biella può essere ottenuta per fonderia (alta produttività), per deformazione plastica

(fucinatura medio alta produttività) o per asportazione di truciolo (bassa produttività)

 Fattori umani: la scelta del processo deve tener conto della manodopera, che può essere:

di alto livello o specializzata ad esempio per tornitura e fresatura

di basso livello ad esempio nella fucinatura

 Fattori ambientali: la scelta del processo deve tener conto anche dei fattori ambientali dal momento che cresce la

sensibilità riguardo al tema, esistono processi più o meno impattanti ad esempio, l'ottenimento di ghisa da

fonderia richiede energie levate, alte temperature ed ha quindi un impatto dannoso sull'ambiente.

6. Elementi che concorrono alla realizzazione di un processo: sono di due tipi, gli elementi in input (materiali, risorse,

energia, informazioni) e gli elementi in output (materiali, energia, informazioni)

Elementi in input:

 Materiali sono i materiali da cui parte il progetto come grezzo o semilavorati e tutti i materiali di consumo



che servono alla realizzazione dello stesso (lubrificanti ecc)

 Risorse macchine operatrici e operatori (risorse umane)



 Energia serve per il funzionamento delle macchine



 Informazioni programma della macchina e ciclo di lavorazione (lavoro del tecnologo)



Elementi di output:

 Materiali parte finita o semilavorati, sfridi (materiale asportato con macchine utensili) e materiale di scarto



 Energia può essere persa o riciclata. Un esempio di energia persa è il calore che si genera nella zona di



contatto tra utensile e componente nella asportazione di truciolo. Un tipo di energia che viene recuperata è

quella dell’acqua riscaldata presente all’interno dei rulli di laminazione che viene utilizzata per limitare la

deformazione dei rulli riscaldati.

 Informazioni feedback sul processo, con le operazioni di controllo del componente finito posso valutare



l’usura degli utensili e prevedere la loro sostituzione prima di generare scarti. Posso inoltre valutare anche la

qualità del prodotto finito.

7. Trasformazione (processo) ideale il processo può essere assimilato ad una trasformazione che porta il materiale



dallo stato iniziale a quello finale. In una trasformazione ideale dove stati iniziale e finale definiti in modo

deterministico mi aspetto quindi che il ripetersi della trasformazione nelle medesime condizioni produce gli stessi

risultati.

Deterministico: i fenomeni sono provocati e governati da cause identificabili e preordinate, tali che a una causa data segue solo un

dato effetto

8. Trasformazione (processo) reale il processo è influenzato da fenomeni non controllabili (disturbi) che hanno un



effetto sul risultato finale che risulta variabile all’interno

di un intervallo detto variabilità del risultato.

Anche lo stato iniziale non è noto con certezza e quindi

viene inserita anche una variabilità dello stato iniziale 

questo comporta un aumento della variabilità del

risultato. Posso limitare questo aumento aumentando la

qualità dello stato iniziale.

Il tecnologo deve quindi valutare il processo in modo che

la variabilità del risultato sia compresa all’interno

dell’intervallo di tolleranza.

Azioni possibili per rendere corretta la trasformazione miglioramento del processo o scelta di un processo



alternativo

9. Condizione per la corretta esecuzione di una trasformazione

(processo)

Processo eseguito correttamente se:

 intervallo di tolleranza > variabilità del risultato

 variabilità del risultato compresa all′interno dell′intervallo di

tolleranza

10. Miglioramento del processo (trasformazione):

11. Forma

È definita come la cavità entro cui si versa il metallo fuso, il quale ha la capacità di memorizzarne la geometria, la forma

per un sistema di colata è quindi l'elemento più importante. La forma rappresenta il negativo del pezzo da realizzare.

Generalmente in fase di realizzazione, la forma viene sovradimensionata in modo da tener conto del ritiro del fuso nel

passaggio da temperatura di colata a temperatura ambiente. Una forma può essere realizzata con diversi materiali ad

esempio: terra da fonderia, materiale metallico ecc.

La forma può essere:

 Aperta in cui almeno una delle superfici è a contatto con l'ambiente esterno: es lingotteria

 Chiusa in cui la cavità è racchiusa nella forma stessa, in questo caso devo avvalermi di un sistema di colata per

canalizzare la colata di metallo fuso e di un’anima nel caso si dovessero realizzare cavità interne

12. Classificazione dei processi di fonderia in base al tipo di forma

 Processi in forma transitoria sono processi in cui la forma viene usata per realizzare un getto e l’estrazione



viene fatta rompendo la forma. La forma, quindi, viene utilizzata per realizzare un solo getto.

La forma è ottenuta mediante compattazione del materiale che la costituisce attorno a un modello, il materiale

utilizzato può essere di diverso tipo. L’esempio più comune è la fonderia in terra.

 Processi in forma permanente la forma viene utilizzata per realizzare un numero elevato di getti uguali si

 

presta bene se devo realizzare molte parti uguali tra loro. Solitamente le forme sono realizzate in materiali metallici

ottenuti mediante lavorazione alle macchine utensili. Il costo della forma è elevato ma viene spalmato su un

numero elevato di getti. L’esempio più comune è la fonderia in conchiglia.

13. Aspetti che influenzano la scelta del processo di fonderia

La scelta del processo di fonderia più adeguato dipende dalla parte da realizzare, in particolare dipende da:

 Dimensioni: esistono processi di fonderia più adeguati a pezzi di grandi dimensioni e processi per pezzi di piccole

dimensioni

 Complessità geometrica

 Proprietà meccaniche

 Finiture superficiali e tolleranze

 Materiale

 Volume di produzione

 Costi da sostenere

14. Fasi del ciclo di fabbricazione dei getti

 Allestimento del modello (solo per forme transitorie)

 Allestimento delle anime (se previsto)

 Preparazione della forma

 Fusione del metallo

 Colata nella forma

 Raffreddamento e solidificazione del fuso

 Estrazione del getto

 Finitura del getto

15. Caratteristiche del modello Il modello consente di realizzare la forma (transitoria) attraverso l'operazione di



formatura, compattazione del materiale della forma attorno al modello stesso.

Il modello può essere:

 Permanente: stesso modello per creare tante forme, 100 forme = 1 modello

 Transitorio (a perdere): un modello per ogni forma realizzata, 100 forme = 100 modelli

Per ottenere il modello, l’input di costruzione è il disegno del pezzo, il disegno del pezzo è se vogliamo l’output del

progettista e l’input del tecnologo.

Quando dimensioni il modello, partendo dal disegno del pezzo, devo tener conto di vari aspetti:

 tipo di materiali, esistono materiali per modelli permanenti e materiali per modelli temporanei;

 un sovradimensionamento, per tener conto del ritiro;

 la presenza di un piano di divisione, generalmente si si fa uso di più semi modelli;

 la presenza di angoli di sformo e raccordi, per l'estrazione;

 la presenza di sottosquadri.

16. Materiali per modelli permanenti e transitori:

I materiali per modelli permanenti sono: legno, alluminio, acciaio, ghisa e plastica. Nella tabella possiamo notare la

valutazione di ogni materiale rispetto a determinate

caratteristiche e notiamo che: il legno ha lavorabilità,

corrosione, peso e riparabilità tra i suoi punti a favore

ma ha scarsa resistenza a usura e rigonfiamento (in

presenza d’acqua) e ha accettabile resistenza

meccanica. Gli acciai in generale hanno buone

caratteristiche anche se l’alluminio è poco riparabile

anche se saldato. Le plastiche sono il materiale che dà

meno problemi ed hanno buone caratteristiche in tutti

i campi.

I materiali per modelli transitori sono invece:

 Cera la forma viene ottenuta attraverso la liquefazione dei modelli in cera provocata dal calore generato



da un forno prima della colata del fuso

 Schiume polimeriche la forma è ottenuta attraverso la degradazione termica progressiva del modello



causata dal calore ceduto dal fuso. Ho fuoriuscita dei gas prodotti dalla vaporizzazione della schiuma

attraverso la struttura porosa della forma. Il materiale maggiormente usato è il polistirene espanso.

17. Tipi di modelli permanenti I principali tipi di modelli permanenti



sono:

 modelli in terra, i quali a loro volta possono essere in terra

verde, semiverde o a secco

 modelli alla CO2

 modelli con oli, resine

 modelli cold/hot box

 modelli in motta

18. Angoli di sformo nei modelli da fonderia possibile presenza nel



pezzo di superfici perpendicolari al piano di divisione del modello

(paralleli alla direzione di estrazione). Ho la necessità di inclinare tali superfici di un angolo opportuno. L’entità

dell’angolo varia a seconda della complessità del getto (solitamente ≥ 1°)

Vantaggio facilitazione dell’estrazione del modello durante l’operazione di sformatura.



Svantaggio presenza degli angoli anche nelle pareti del getto la geometria del getto è modificata rispetto a quella

 

del pezzo da realizzare (dovrò utilizzare più materiale e lavorazioni di finitura)

Posso limitare gli angoli di sformo usando:

 Modelli in legno verniciati

 Modelli metallici

 Modelli precisi e con superfici accurate

 Uso di lubrificanti

Posso prevedere raggi di raccordo da sostituire agli eventuali spigoli vivi che sono presenti nel progetto. Gli spigoli vivi

nelle forme transitorie non resisterebbero all’azione erosiva del fuso che viene colato nella forma. Il materiale

asportato poi costituirebbe delle inclusioni non metalliche all’interno del getto.

19. Sottosquadri e loro risoluzione nel caso di forme transitorie Uno dei problemi da considerare e da evitare in



fase di progettazione del modello è rappresentato dai sottosquadri, costituiscono una complicazione in quanto sono

superfici del modello che danneggiano la forma durante l’operazione di sformatura la conseguenza è quella di ottenere

una forma finale diversa, in alcuni particolari, rispetto a quella desiderata.

Problema risolto attraverso le seguenti soluzioni (in ordine decrescente di priorità):

1. Scelta opportuna piano di sformatura:

Per semplicità nell’immagine non ci sono angoli di sformo, raccordi, sovrametallo ecc

Nel primo caso ci sarebbe una cavità non voluta, trascinerei la terra da fonderia verso l'alto nel momento in

cui sformo il pezzo. Devo individuare il piano che evita sottosquadri, se non esiste un piano ottimale si propone

al progettista una modifica del disegno.

2. Modifica disegno tecnico: Se progettista e tecnologo lavorassero insieme (concurrent engineering) si

eviterebbero problemi di sottosquadro già in fase di progetto in quanto si proporrebbe una modifica del

disegno e se la modifica non è funzionale allora si risolverebbe

il problema, già a monte.

3. Uso di anime esterne: Le anime, sono generalmente usate per

realizzare nel getto cavità non ottenibili con il modello,

rappresentano una soluzione sicuramente più costosa

rispetto le precedenti per evitare il problema dei

sottosquadri. Nel pezzo indicato vengono utilizzate anime

esterne per eseguire gli spazi cavi richiesti dal progetto, si

nota che il modello una volta sformato dovrà essere

sottoposto alle macchine utensili

4. Uso di semi-modelli scomponibili: Rappresenta la soluzione più onerosa in quanto fa aumentare i costi e i

tempi per eseguire la sformatura. Parte in sottosquadro del semi-modello (2) mobile rispetto alla restante

parte (1). Parte (1) estratta normalmente durante la sformatura mentre la (2), rimasta nella forma, sarà

estratta manualmente con un’operazione delicata e costosa

20. Tipi di anime ed elementi caratteristici: sono utilizzate per realizzare cavità nel getto non ottenibili con il modello

e gestire il problema dei sottosquadri. Possono essere di due tipi:

 Transitorie (a perdere) sono ottenute costipando terra da fonderia in forme cave dette casse d’anima e sono

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usate solitamente con forme a perdere.

 Permanenti (riutilizzabili) sono ottenute mediante lavorazioni per asportazione di truciolo e sono utilizzate in

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maniera particolare quando il fuso è colato sotto pressione.

Le anime devono essere cedevoli al ritiro del metallo per non indurre forti tensioni interne. Inoltre, non devono

rompersi né durante le manipolazioni né per gli effetti delle spinte

metallostatiche, in caso di anime snelle queste devono essere rinforzate con

opportune armature.

Nel caso in cui l’anima ha la stessa lunghezza della cavità devo prevedere

che questa sia sorretta da incavi ricavati n