Domande aperte Tecnologie e sistemi produttivi

Martedì 4 febbraio 2025

Quesiti tecnologie e sistemi produttivi

Descrivere cosa è la tecnologia

La tecnologia è l’insieme dei processi produttivi realizzati mediante macchinari e tecniche specifiche che permettono di trasformare delle risorse naturali e prodotti grezzi in prodotti finiti di impiego diretto.

2. Descrivere il ciclo di realizzazione di un prodotto

Il ciclo di realizzazione del prodotto porta alla formazione definitiva del prodotto finito e segue con il suo trattamento post-vita utile.

Si parte dalla richiesta di prodotto, da parte di ordini di clienti o da richieste di mercato, si progetta il prodotto sia a livello concettuale e, se soddisfa le richieste, anche a livello esecutivo, si stendono la distinta base e le scelte di processi produttivi, si elencano componenti e materiali più tecnologia del prodotto, si programma la produzione, con schedulazione di inizio, durata, fine e sequenze delle lavorazioni, si incorpora in tutte queste fasi l’assistenza clienti per avere un prodotto finito con bassissime percentuali di errore.

Progettazione in parallelo con confronto diretto e continuo del tecnologo con i progettisti.

Ultima fase concerne la fase post dismissione del prodotto: smaltimento o deproduzione.

Descrivere la differenza fra una trasformazione ideale e una reale

Una trasformazione ideale è una trasformazione dove lo stato iniziale e lo stato finale sono definiti in maniera univoca, medesime trasformazioni danno origine a medesimi risultati.

Una trasformazione reale tiene conto anche delle cause esterne che possono provocare differenze, disfunzionamenti…

Quando una trasformazione si definisce precisa?

Una trasformazione è precisa se e solo se le possibili soluzioni ottenibili con essa rientrano nell’intervallo di tolleranza richiesto. In fase di progettazione, è necessario definire un intervallo di tolleranza all’interno del quale la variabilità dello stato finale risulti accettabile.

Affinché una trasformazione possa essere considerata precisa, tutti gli attributi del prodotto devono rispettare questi limiti, in accordo con le specifiche di progetto. Tuttavia, per sapere a priori se il risultato finale sarà accettabile, è fondamentale conoscere la variabilità del processo e assicurarsi che l’intervallo di tolleranza sia maggiore della variabilità del risultato.

2. Differenza fra scarti e sfridi

Gli sfridi sono parti del materiale rimosse al termine della lavorazione poiché non volute nel prodotto finale. Quindi gli sfridi sono piccole parti indesiderate presenti solitamente sulla superficie del prodotto, rimaste al termine della trasformazione.

Gli scarti sono invece interi pezzi non conformi alle specifiche richieste, ad esempio con presenze di difetti che li rendono non immettibili sul mercato; perciò, le materie prime e l’energia impiegati per realizzare quel pezzo risultano sprecati.

A che cosa serve un processo tecnologico?

Permette, partendo dal progetto, di trasformare risorse naturali oppure prodotti grezzi in prodotti finiti di pronto utilizzo.

2. Come si possono classificare i processi tecnologici?

• Processi di fonderia e di consolidamento;
• Processi per deformazione plastica;
• Processi di rimozione di metallo;
• Processi di collegamento.

3. Quali sono le caratteristiche che definiscono un processo di trasformazione?

Le caratteristiche che definiscono un processo di trasformazione riguardano l’insieme di elementi che determinano il passaggio da uno stato iniziale a uno stato finale, con l’obiettivo di ottenere un prodotto conforme alle specifiche di progetto.

Un processo di trasformazione parte dai dati in ingresso, che includono:

• Materiali da lavorare;
• Energia necessaria per la trasformazione;
• Risorse come manodopera, attrezzature e utensili;
• Informazioni relative al risultato desiderato, ai materiali da impiegare e al tipo di processo da adottare.

Al termine della trasformazione si ottengono i dati in uscita, che comprendono:

• Prodotti finiti o semilavorati;
• Sfridi e scarti di lavorazione, ovvero residui del processo.

La qualità e la precisione della trasformazione dipendono dal controllo della variabilità del risultato e dal rispetto degli intervalli di tolleranza definiti in fase di progettazione.

Qual è la differenza tra produzione per parti e per processo, e che caratteristiche hanno i rispettivi prodotti finali?

Nella produzione per processo gli elementi originari del prodotto finito non sono più distinguibili o hanno cambiato natura, e dunque non è più possibile eseguire il passaggio inverso e riottenere, dal prodotto finito, gli elementi iniziali. Ne sono esempi i prodotti chimici, o gli acciai.

Nella produzione per parti invece, il prodotto finito è composto da un numero finito di parti o “componenti” che sono discreti, distinguibili dal prodotto finale. Ne sono esempi le automobili, gli elettrodomestici.

Descrivere le parti che si possono realizzare attraverso i processi di fonderia

Le parti che si possono realizzare per fonderia sono di forma semplice se prodotti semilavorati come lingotti e pani di fonderia, o complessa se la forma è prossima al prodotto finito, possibile creazione anche di cavità interne come i getti: protesi dentarie, gioielli, testate di motori, dischi dei freni, valvole.

2. Descrivere i principali vantaggi e svantaggi della fonderia

La fonderia è dunque vantaggiosa in tutti i casi in cui:

• Occorre produrre forme complesse con cavità interne, ad esempio la testata di un motore;
• Realizzare un pezzo per fonderia sia economicamente più vantaggioso rispetto all’uso di altri processi, ad esempio la produzione del corpo di una caffettiera;
• Il materiale che si desidera impiegare per ottenere il prodotto finale non sia lavorabile con altre tecniche: è il caso di numerosi particolari in ghisa, che possono essere realizzati solo ricorrendo alla fonderia.

Svantaggi dell’uso della fonderia sono invece:

• Minore duttilità e tenacità dei prodotti, con scadenti proprietà meccaniche;
• Maggior grado di porosità dei prodotti, che causa una riduzione della resistenza meccanica del pezzo;
• Minor livello di precisione e finitura superficiale;
• Problemi ambientali, producono fumi e scorie.

Descrivere le tipologie di forme che possono essere utilizzate nei processi di fonderia

• Aperte: almeno una superficie è in contatto con l’ambiente circostante;
• Chiuse: utilizzate ad esempio per realizzare geometrie complesse con presenza anche di cavità, “anime”.

2. Differenze fra forme transitorie e forme permanenti

Descrivere come possono essere classificati i processi fusori

Possono essere classificati per forma utilizzata, per materiale modello, per applicazioni con pressione o senza, per riutilizzo o meno di modello o anime.

Solidificazione di metalli e leghe. Strutture di solidificazione

La solidificazione avviene con il passaggio del metallo fuso dallo stato liquido a quello solido. Nei metalli puri, la solidificazione avviene a temperatura costante, mentre nelle leghe il ritiro si verifica in un intervallo di temperatura (ΔT). Durante questo processo si ha un ritiro volumetrico, con la maggiore contrazione che avviene nel passaggio di stato.

Un problema comune è la solidificazione prematura, che impedisce il completo riempimento dello stampo. Per evitarlo, si utilizza il surriscaldamento del fuso, aumentando la temperatura oltre il punto di fusione per prolungare i tempi di solidificazione.

Fusione di metalli e leghe

La fusione è il passaggio dallo stato solido a quello liquido di un metallo o una lega. Nei metalli puri avviene a temperatura costante, mentre nelle leghe si verifica in un intervallo di temperatura (ΔT). Durante la fusione, il metallo perde l’ordine cristallino del reticolo solido, acquisendo un ordine a corto raggio nello stato liquido.

Il raffreddamento del fuso comporta una progressiva contrazione volumetrica, con il maggiore ritiro nel passaggio di stato. Per evitare difetti, si utilizza il surriscaldamento del fuso, calcolato in base al calore specifico del metallo liquido e al ΔT di surriscaldamento.

2. Che cosa sono le forme

Sono cavità entro cui si versa il materiale fuso, sono il negativo del pezzo da produrre.

2. Elencare le fasi del ciclo di fabbricazione dei getti

• Allestimento modello, forme transitorie;
• Allestimento anime;
• Preparazione forma;
• Fusione del metallo;
• Colata di fuso nella forma;
• Raffreddamento e solidificazione;
• Estrazione;
• Finitura.

3. Definire le 3 principali caratteristiche fluidiche del fuso e come incrementare quella più rilevante nella fonderia

Viscosità, tensione superficiale, fluidità. Una bassa fluidità comporta la formazione di difetti nel getto; si incrementa una buona fluidità aumentando l’indice di fluidità, influenzato dalla temperatura della forma.

Si prediligono forme transitorie, caratterizzate da una bassa conducibilità termica, perciò il fuso al loro interno cede calore più lentamente, il che determina una solidificazione graduale, con un completo riempimento del fuso, e pareti spesse, che richiedono un tempo maggiore per scambiare la stessa quantità di calore.

5. In quali condizioni di raffreddamento si ottengono grani equiassici e grani grossi tondeggianti?

Nella prima fase di solidificazione, “nucleazione”, si ottengono grani fini equiassitici, e nella terza fase grani grossi e tondeggianti.

6. Illustrare perché nel materiale metallico solidificato in prossimità delle pareti della forma ci siano grani fini

Inizialmente, essi sono formati da pochi atomi, ma con il procedere della solidificazione del liquido, se ne aggiungono altri; la struttura del materiale sarà a grani fini ed equiassici, con proprietà pressoché isotrope.

Descrivere i singoli fenomeni che avvengono durante il raffreddamento del fuso all’interno della forma: la contrazione volumetrica, lo sviluppo di gas nel metallo, formazione di tensioni di ritiro

Contrazione volumetrica: il metallo subisce una riduzione di volume in tre fasi: stato liquido, solidificazione e stato solido. La contrazione nella fase liquida può causare vuoti se il sistema di colata non è progettato correttamente. Durante la solidificazione, se il metallo non è adeguatamente alimentato dalle materozze, si formano cavità di ritiro. La contrazione solida può provocare deformazioni dimensionali nel pezzo finito.

Sviluppo di gas nel metallo: durante la fusione, il metallo può assorbire gas come idrogeno, ossigeno o azoto. Se il raffreddamento è troppo rapido, il gas disciolto non ha il tempo di fuoriuscire, causando porosità e inclusioni gassose nel materiale. Un’adeguata ventilazione dello stampo e il controllo della composizione del metallo riducono questo problema.

Formazione di tensioni di ritiro: il raffreddamento non uniforme genera tensioni interne dovute alla diversa velocità di contrazione tra le zone del pezzo. Queste tensioni possono causare cricche da ritiro o deformazioni permanenti, compromettendo la qualità meccanica del prodotto. Per minimizzarle, si adottano strategie come il raffreddamento controllato e l’uso di raffreddatori.

Descrivere le metodologie utilizzate per compensare gli effetti del raffreddamento

Compensazione del ritiro volumetrico

• Sovradimensionare il modello attorno a cui viene compattata la forma, se si usano forme transitorie;
• Sovradimensionare la forma, se si usano forme permanenti.

Compensazione del cono di ritiro

Maggiorazione dell'altezza del lingotto, per poi asportare la parte a contatto con l'ambiente in cui si è formato il cono di ritiro stesso.

Compensazione delle microcavità interdendritiche

Frantumare le dendriti stesse non appena si sono formate. Mescolare con una barra il fuso, se forme aperte, colata in pressione, creazione di turbolenze.

Compensazione delle cavità di ritiro:

Utilizzando le materozze, serbatoi di metallo fuso, viene aggiunto altro materiale fuso proveniente dalla materozza, andando così a creare un duplice effetto benefico:

• Aggiungere materiale fuso che compensi quello che viene a mancare a causa della contrazione volumetrica;
• Spostare il baricentro termico del getto.

Descrivere la materozza e il modulo di raffreddamento

Le materozze sono fondamentalmente dei serbatoi di metallo fuso.

La materozza, o riserva di metallo fuso, è una cavità o un serbatoio supplementare di metallo liquido all'interno dello stampo. La sua funzione principale è compensare la contrazione del metallo durante la solidificazione, evitando la formazione di cavità interne nel pezzo colato. Le materozze sono strategicamente posizionate per mantenere il riempimento del pezzo fino alla completa solidificazione e migliorare la qualità della fusione.

Modulo di raffreddamento “M”, definito come il rapporto tra il volume della forma “V” e la superficie di scambio “S”. Maggiore è il modulo di raffreddamento, più tempo ci vorrà per far sì che il fuso solidifichi.

Descrivere in cosa consiste la solidificazione orientata

La solidificazione orientata è un processo controllato di solidificazione del metallo fuso in cui la progressione della solidificazione avviene in modo direzionale, partendo dalla parte più lontana dalla materozza e avanzando gradualmente verso di essa. Questo metodo è utilizzato per evitare la formazione di vuoti e porosità da ritiro, garantendo una buona qualità strutturale del pezzo fuso.

2. Qual è la migliore geometria della materozza?

La sferica.

Descrivere gli effetti derivanti dal ritiro del metallo dopo la colata

• Cavità di ritiro: vuoti interni o superficiali, frequenti nelle zone con elevato modulo di raffreddamento, riducono la resistenza meccanica.
• Porosità da ritiro: bolle o inclusioni gassose dovute a insufficiente alimentazione del metallo, compromettendo lavorabilità e resistenza.
• Tensioni interne e cricche: raffreddamento non uniforme genera tensioni residue, causando deformazioni o fratture che riducono la durata del pezzo.
• Deformazioni dimensionali: alterazione delle dimensioni finali, richiedendo lavorazioni correttive, particolarmente critico nei componenti di precisione.

2. Spiegare perché si manifestano: ritiro, ritiro e cono di ritiro, ritiro e cavità di ritiro interne e quando sono favorite

Il ritiro volumetrico avviene in ogni caso, mentre il cono di ritiro e la cavità di ritiro sono fenomeni che si originano a seconda della direzione di asportazione del calore dal fuso.

• Se la dispersione di calore avviene principalmente dal fondo della forma, si verificherà soltanto un ritiro volumetrico del fuso;
• Se la dispersione di calore avviene sia dal fondo che lateralmente, si verificheranno ritiro volumetrico e cono di ritiro;
• Se la dispersione di calore avviene in tutte le direzioni, il fuso sarà soggetto a ritiro volumetrico e cavità di ritiro.

3. Spiegare che cosa sono le microstrutture dendritiche e le soluzioni per rimuoverle

Le microstrutture dendritiche si formano durante la solidificazione di un metallo o di una lega e sono caratterizzate da una crescita a forma di albero, dendritica, del grano cristallino. Questo avviene perché la solidificazione inizia in punti specifici e si propaga seguendo gradienti termici e di composizione.

Durante la solidificazione, il materiale non solidifica uniformemente: alcune zone rimangono liquide più a lungo. Il fuso intrappolato tra le braccia delle dendriti può subire una maggiore contrazione rispetto alla fase solida già formata. Poiché il liquido ha un coefficiente di contrazione maggiore rispetto al solido, in alcune regioni il ritiro del fuso può portare alla formazione di microcavità, riducendo così la densità del materiale e potenzialmente compromettendone le proprietà meccaniche.

Per ridurre la formazione di microstrutture dendritiche, si possono adottare diverse soluzioni, tra cui:

• Mescolamento corretto del fuso: un'adeguata agitazione del metallo liquido durante la colata aiuta a uniformare la temperatura e la composizione;
• Colata a pressione permanente: l'uso di stampi metallici con iniezione di metallo sotto pressione, ad esempio pressofusione o colata in gravità con pressione assistita, accelera il raffreddamento, riducendo la