Appunti Tecnologie e impianti industriali

Tecnologia

Asse del mercato [2]

Produzione su commessa Su catalogo.

Progettazione Precede: Singola e l'ordine --> Segue l'ordine; Ripetitiva --> Precede l'ordine.

Produzione Segue l'ordine Precede l'ordine.

La produzione può essere:

• Su commessa: --> Progettazione e produzione seguono l'ordine dei clienti.
• Singola: Prodotti differenziati l'uno dall'altro.
• Ripetitiva: Prodotti quasi pronti che vengono personalizzati, automobili --> la progettazione precede l'ordine.
• Su catalogo --> Produzione a campionario, Prog e Prod precedono l'ordine.

Più veloce ma devo avere dei magazzini --> costi, più veloce ma meno versatile --> meno efficiente.

• Prodotti di serie: prodotti fabbricati secondo catalogo.
• Prodotti fuori serie: prodotti con speciali connotati richiesti dal cliente.
• Prodotti in serie: prodotti fabbricati in numero elevato.

Processi [3]

I processi si dividono in:

• Processi primari: a partire dal materiale grezzo danno una forma semi definitiva al semilavorato. Processi fusori. Processi di trasformazione.
• Processi secondari: vanno a rifinire la geometria, modificano la forma del semilavorato aggiungendo delle caratteristiche (AT) e cambiano le caratteristiche di resistenza (TT). Lavorazioni per esportazione di truciolo. Trattamenti termici.
• Processi di giunzione: assemblaggio.
• Trattamenti superficiali: modificano solo le caratteristiche superficiali, impattando sulle funzionalità del componente: Usura, Corrosione, Resistenza meccanica, Texture, Estetica.

Processi fusori (9) Deformazione plastica (12-15) Asportazione di truciolo (16-19).

Rappresentazione grafica [4]

Classificazione degli errori.

Pianta Prospetto.

Scostamento: differenza tra la dimensione effettiva reale e la dimensione nominale, quando posso derogare rispetto a quanto delegato dal cliente.

Scostamento fondamentale: scostamento più vicino alla linea dello zero, sommiamo il valore del campo di tolleranza per trovare l'altro scostamento, espresso in micron --> um.

Foro Albero.

A - G E e; i s. E = E + e = e -; s i i s. IT IT. H E = 0 e = -; i i. IT. E = IT; s E = 0; s. Js E = 1/2 e = -; s s. IT 1/2 IT. E = - e =; i i. 1/2 IT 1/2 IT. J - Zc E e; s i. E = E - e = e; i s s i. IT + IT.

Posizioni particolari:

• Il campo di tolleranza diviso a metà dalla linea dello 0 --> scostamento sup. = scost. Inf. = 1/2 IT, metà del campo di tolleranza [Js].
• Campo di tolleranza appoggiato sulla linea dello zero --> scostamento fondamentale = 0 [H].

Accoppiamenti

• Accoppiamento con gioco. Qualunque sia la dimensione dell'albero e del foro ci deve essere sempre una piccola intercapedine che garantisce il montaggio libero dell'albero all'interno del foro. La dimensione min del foro è sempre maggiore di quella Max dell'albero.
• Accoppiamento con interferenza. La dimensione Max del foro è sempre minore di quella minima dell'albero --> Devo applicare un carico meccanico per far entrare l'albero all'interno del foro, oppure scaldare il foro, così si dilata termicamente.
• Accoppiamento incerto. Se si ha una parziale sovrapposizione dei campi di tolleranza, di albero e foro --> Da evitare.

Calibro tampone Calibro forcella.

Verifica il campo di tolleranza dei fori. Verifica la dimensione dell'albero.

Sistemi di accoppiamenti:

• Albero base: Fisso in h la posizione del campo di tolleranza dell'albero (dmax=d) e vario la posizione di tolleranza del foro.
• Foro base: Fisso in H la posizione del campo di tolleranza del foro (Dmin=D) e vario le posizioni dell'albero. Più utilizzato: la lavorazione dei fori è più costosa e meno precisa di quella degli alberi.

Correlazione tra grado di precisione e costi delle lavorazioni:

• I costi diminuiscono più aumenta la tolleranza all'errore, Convergenza inversa.
• Sopra un certo livello di precisione i costi esplodono, Andamento esponenziale.
• Punto di ottimo in (5;5).

Tolleranze geometriche

• Tolleranza di forma non associabili: Rettilineità, Planarità, Circolarità, Cilindricità.
• Tolleranza di orientamento associabili: Parallelismo, Perpendicolarità.
• Tolleranza di posizione associabili: Concentricità.

Non associabili --> 2 riquadri rettangolari.

Associabili --> 3 o più riquadri rettangolari, nel 3 si indica la superficie di riferimento.

Stato delle superfici [5]

I trattamenti superficiali sono delle lavorazioni che permettono di avere:

• Resistenza alla corrosione e all'usura.
• Resistenza meccanica.
• Finitura superficiale, funzionalità estetica.
• H: Distanza tra una valle e un picco successivi.
• P: Passo.

Rugosità: successione di picchi e valli, dovuta alla disomogeneità del materiale e all'interazione dei processi o dell'ambiente su di esso.

• R - Rugosità media aritmetica a.
• R - R. media quadratica: dev. standard dei punti intorno alla linea media q.
• R - Rugosità totale, differenza tra la valle più profonda e il picco più alto t.
• R - Media della somma dei 5 picchi più alti e le 5 valli più profonde z.

• Parametro dello stato superficiale (Ra, Rq, Rt, Rz) seguito dal valore numerico.
• Secondo requisito di rugosità (Rt, Rz) seguito dal valore corrispondente.
• Metodo di fabbricazione, che tipo di lavorazioni bisogna attuare sulla nostra superficie, scritto letteralmente.
• Disposizione e orientamento della superficie, perpendicolare, parallelo, casuale rispetto alla superficie.
• Sovrametallo.

Comportamento meccanico dei materiali [6]

Proprietà dei materiali

Resilienza: capacità del materiale di assorbire energia nel campo elastico prima di giungere a rottura, parametro legato alla regione elastica.

Tenacità: capacità del materiale di assorbire energia in campo elastico-plastico prima di rompersi.

Un materiale tenace è contemporaneamente resistente e deformabile.

Un materiale fragile: è un materiale resistentissimo, con Rm elevatissimo, ma non ha deformabilità, duttilità, si rompe subito.

La resistenza alla deformazione di un materiale diminuisce all'aumentare della temperatura e al diminuire della velocità di deformazione.

Rottura duttile:

• Marcata zona di strizione.
• Frattura coppa-cono.

Ad alta temperatura il coefficiente di incrudimento cala --> il materiale diventa più malleabile.

Prove di caratterizzazione

• Distruttive. Eseguite su campioncini di materiale. I campioncini vengono sollecitati fino al punto di rottura. Caratterizzano il materiale: danno informazioni sulle caratteristiche di resistenza del materiale, che servono in fase di progettazione del processo.
• Non distruttive. Eseguite sui componenti reali al termine del ciclo di lavorazione. Non distruggono il pezzo. Servono per valutare il comportamento in esercizio: se sono intervenute alterazioni, difetti che possono alterare la funzionalità del componente, verifico quindi l'integrità strutturale del componente.

Prove meccaniche

Caratterizzano il materiale sotto l'azione di carichi.

Il carico applicato può essere:

• Statico: applichiamo una forza costante nel tempo o che varia molto lentamente nel tempo --> possiamo trascurare i fenomeni dinamici, l'unica prova veramente costante è la prova a scorrimento viscoso --> Creep.
• Dinamico: il carico viene applicato in frazioni di secondo in modo impulsivo, prove di Resilienza.
• Ciclica: il carico varia con una certa periodicità in modo ciclico, prove di fatica.

Prova di trazione

Prova di trazione: sottoporre un campione del materiale ad uno stato di tensione di trazione.

È una prova quasi statica, il peso aumenta ma molto lentamente.

Tensione. Tensione reale nominale (R): sigma. Resistenza che il materiale oppone a essere deformato: rapporto tra carico e sezione iniziale della provetta.

Deformazione. Deformazione reale nominale (e): rapporto, epsilon, tra la variazione di lunghezza e la lunghezza iniziale.

Imponiamo un allungamento.

Siamo nella zona elastica del materiale, se smetto di allungare il provino torna alla configurazione geometrica di partenza, e abbiamo un allungamento uniforme: correlazione lineare tra carico e allungamento.

Entriamo poi nella regione plastica del materiale, se rimuovo il carico, il provino non recupera più la geometria iniziale, in cui l'allungamento è ancora uniforme ma con una correlazione esponenziale.

Arriviamo quindi ad una strizione, collasso locale del materiale:

• La geometria non è più cilindrica.
• Tutti gli allungamenti si concentrano in questa zona di strizione.
• Le zone lontano dalla strizione non si modificano più --> allungamento non uniforme.

Da questo punto in poi la correlazione diventa inversa, fino al punto di frattura.

È importante che la rottura si verifichi nella zona centrale così da caratterizzare il materiale e non la geometria --> La progettazione deve avvenire nel campo elastico rimanendo entro la tensione di snervamento.

Snervamento: repentini allungamenti della provetta a cui corrispondono improvvisi cedimenti.

Incrudimento: deformando un materiale già deformato la resistenza alla deformazione è maggiore --> un materiale incrudito è un materiale più resistente.

Snervamento convenzionale Rp02: tensione corrispondente ad una deformazione permanente dello 0,2 %.

Per piccoli valori di deformazione, se siamo vicini alla regione elastica, tensioni e deformazioni nominali coincidono con quelle reali.

Curva tensione-deformazione per acciai con vari tenori di carbonio.

L'aggiunta di carbonio in lega:

• Aumenta la resistenza.
• Riduce lo snervamento, diventa meno marcato il passaggio dalla zona elastica a plastica.

Problemi:

• La velocità non è costante, diminuisce istante per istante.
• La deformazione non deve superare il campo elastico --> Massima deformazione che posso indagare.
• Ad alta temperatura il coefficiente di incrudimento cala anticipando ulteriormente la comparsa della strizione, e quindi la prova perde di senso, essendo fuori dalla regione elastica.

Prova di compressione

Prova di compressione: il provino cilindrico viene compresso tra due stampi.

Problemi:

• Attrito --> generano barilottatura.
• Velocità di deformazione non costante, in questo caso aumenta.
• I risultati dipendono dal rapporto di forma del provino e quindi dalla geometria.

Vantaggi:

• Non abbiamo più il problema della strizione e della temperatura.
• Aumenta il campo di deformazione, da 0,5 a 1.

Torsione

Torsione.

Applichiamo delle sollecitazioni di taglio puro.

Problemi:

• Poco versatile perché utilizza un'attrezzatura dedicata a questa prova.

Vantaggi:

• Deformazioni veramente elevatissime, 80-90, dovute alle tantissime rotazioni.
• Non varia in maniera significativa la geometria del provino.
• Non ho fenomeni di strizione e scorrimento --> non ho problemi a operare ad alte temperature.
• La velocità di deformazione costante durante tutta la prova.

Prova di fatica e prova di scorrimento viscoso a caldo

Prova di fatica. Applichiamo carichi che variano in maniera periodica, ciclica.

Si può avere rottura per valori di tensione sotto il limite di resistenza statico del materiale.

Effetto intaglio: più il raccordo è acuto maggiore è l'intensificazione delle tensioni all'apice della discontinuità --> localmente supero lo snervamento generando il cedimento complessivo della struttura.

Il processo di fatica si compone di 2 fasi:

• Nucleazione.
• Propagazione --> porta alla rottura macroscopica.

Problemi:

• Richiede una progettazione dedicata.
• È lunghissima, giorni o settimane.

Prova di scorrimento viscosa a caldo - Creep.

Aumento di deformazione sotto carico costante ad alte temperature.

Problemi:

• Progettazioni dedicate.

Prova di tenacità all'urto - di Charpy

Prova di tenacità all'urto - di Charpy.

• Applica carichi impulsivi per verificare l'effetto della velocità di deformazione --> Carico dinamico, che varia molto velocemente nel tempo.
• Consiste nell'impattare con una mazza all'estremità di un pendolo su un provino intagliato, parallelepipedo, misurando l'energia assorbita nell'impatto.

Problemi:

• Temperature, la tenacità all'urto presenta un brusco calo nell'intervallo di temperatura di transizione, la quale è vicino a quell'ambiente per diversi materiali.

Prova di durezza

Prova di durezza.

• Misurano la resistenza che il materiale oppone ad essere improntato da un corpo di un materiale più resistente, penetratore.
• Non si eseguono sui campioncini ma si eseguono sui componenti finali.

Vantaggi:

• Poco costosa.
• Molto veloce, pochi istanti.
• Quasi non distruttiva.

Si articola in 4 tipi di prove:

• Macrodurezza: Brinnell, Rockwell.
• Microdurezza, adatte per spessori sottili: Knoop.
• Macro e microdurezza: Vickers.

Brinnell

• Penetratore: sfera d'acciaio duro.
• Prova standard: 3000 kg e 10 mm.
• Applicazione del carico lenta e graduale, prova quasi statica.
• Si acquisisce otticamente la dimensione dell'impronta.
• Macrodurezza: 500 kg, 1500 kg, 3000 kg.
• D penetratore.
• D impronta.

Problemi:

• Dipendenza dall'operatore nella misura dell'impronta tramite microscopio ottico --> misure diverse per operatori diversi.

Rockwell

• Penetratore: sfera o un cono.
• La prova restituisce direttamente sul durometro il valore di durezza basandosi sulla misura della profondità dell'impronta.
• Macrodurezza: 60 kg, 100 kg, 150 kg.

Vantaggi:

• Lettura diretta della durezza.

Problemi:

• Meno precisa perché la misura sulla quale si basa è molto più piccola della misura in pianta dell'impronta.

Vickers

• Penetratore: piramide in diamante.
• Prova standard: 3 Kg e 10 s.
• Il penetratore è lo stesso per tutte le prove.
• Macro e micro durezza: 1 - 120 kg.
• Misura la durezza.

Vantaggi:

• L'indentatore in diamante consente di provare ogni tipo di materiale.

Problemi:

• Dipendenza dall'operatore nella misura dell'impronta tramite microscopio ottico --> misure diverse per operatori diversi.

Knoop

• Penetratore: piramide a base romboidale.
• Misura la durezza dei singoli grani cristallini --> impronta piccola.
• Microdurezza: 10 g-2 kg.

Problemi:

• Dipendenza dall'operatore nella misura dell'impronta tramite microscopio ottico --> misure diverse per operatori diversi.

Classificazione acciai [7]

Leghe ferro carbonio si distinguono in:

• Acciaio dolce: 0,008% < C < 0,1%, acciai con pochissimo tenore di carbonio, molto tenero e deformabile.
• Acciaio: 0,1% < C < 2,11%.
• Ghisa: 2,11% < C < 6,67%.

L'acciaio è una lega composta da ferro e una percentuale di carbonio inferiore a 2,11%.

Acciai non legati: acciai contenenti altri elementi in lega in quantità minore dei rispettivi tenori.

Acciai inossidabili: acciai contenenti:

• C < 1,2 %, carbonio.
• Cr > 10,5%, cromo.

Acciai legati: acciai che non sono acciai inossidabili ed almeno un elemento superi il suo limite.

Designazione

Sottogruppi:

• Il numero si riferisce alla % di carbonio.
• Per ottenere la percentuale degli elementi devo dividere il numerino che segue l'elemento per il suo fattore moltiplicativo, il primo numero è sempre relativo alla percentuale di C.
• Le cifre indicano le concentrazioni esatte degli elementi presenti nell'acciaio, il primo numero è sempre relativo alla percentuale di C.

Acciai non legati e acciai automatici

• Acc. non legati con %Mn<1: C, 1° sottogruppo.
• Acc. non legati con %Mn>1: Mn, 2° sottogruppo.
• Acc. automatici: S, Pb. Adatti ad essere lavorati ad altissime velocità. 2° sottogruppo.

Acciai legati e acciai rapidi

• Acc. legati con elementi <5%: 2° sottogruppo.
• Acc. legati con elementi >=5% --> X: possono essere inossidabili. 3° sottogruppo.
• Acc. rapidi: HS, high speed. Elevate velocità di lavorazione. Utilizzati per creare utensili. I numeri fanno riferimento alle concentrazione di W, Mo, V, Co --> tungsteno, molibdeno, vanadio e cobalto. 3° sottogruppo.