Macchine utensili - Tesina per Istituto tecnico industriale

Istituto Statale di Istruzione Superiore

“G. Marconi”

Viale Einaudi, 6 – 15057 Tortona (AL)

Esame di

Stato

Tesina multidisciplinare

A.S. 2011/2012

Classe: 5^A Meccanica

Luca Ferretti

Indice

1. Tecnologia

Lavorazioni con ultrasuoni pag. 3

2. Meccanica

Le cinghie pag. 8

3. Inglese

Milling machines pag. 11

4. Sistemi automatici

Motore asincrono trifase pag. 13

5. Organizzazione industriale

Velocità di taglio pag. 19

6. Italiano

Giovanni Pascoli pag. 23

7. Storia

L’età giolittiana pag. 28 2

Tecnologia

Lavorazioni con ultrasuoni

Magnetostrizione. Generalità

Gli ultrasuoni sono generati sfruttando il fenomeno piezoelettrico oppure quello della magnetostrizione.

Il fenomeno della magnetostrizione (scoperto da Joule nel 1831) consiste in una variazione di lunghezza che un materiale subisce quando viene investito da un campo magnetico; questa variazione positiva o negativa può essere dell’ordine di 10 ̄⁶ mm ed è anche funzione della temperatura.

Nel caso, per esempio, del nichel (che è il materiale più usato per avere il fenomeno della magnetostrizione), alla temperatura di 375 °C il fenomeno scompare (per gli altri materiali il fenomeno magnetostrittivo cessa quando si raggiunge la temperatura di 90 °C); da ciò consegue la necessità di raffreddare opportunamente il magnetostrittore.

Nella figura a lato si è voluto rappresentare schematicamente come si ottiene il fenomeno mediante:

• Il tubo di nichel fissato all’estremità sinistra e libero all’estremità destra;
• Una bobina di filo di rame: chiudendo l’interruttore, la bobina viene percorsa da corrente continua, per cui all’interno della stessa si forma un campo magnetico proporzionale all’intensità della corrente e al numero di spire della bobina;
• L’osservatore, attraverso il microscopio, osserva lo spostamento dell’estremità libera del tubo.

Con misure di precisione si è dimostrato che il tubo di nichel varia di lunghezza proporzionalmente al campo magnetico H il quale, a sua volta, è dato da:

H = N x I / L [A / m]

Essendo:

L = numero di spire del solenoide,

I = intensità della corrente (in ampere),

L = lunghezza del tubo (in metri).

Costruzione della testa del trapano a ultrasuoni

La lavorazione con ultrasuoni, qui ottenuti sfruttando il fenomeno della magnetostrizione, è un procedimento di asportazione di materiale per l’azione di piccole particelle abrasive a spigoli vivi immerse in un liquido.

Con riferimento alla figura a lato:

• Viene inviata una corrente elettrica alternata lungo il filo che avvolge il pacco di lamierini di nichel;
• Il pacco di lamierini per l’azione del campo elettromagnetico della corrente alternata a cui si sovrappone un campo magnetico costante creato dal magnete permanente vibra con la stessa frequenza della corrente; la sovrapposizione del campo magnetico dovuto alla corrente alternata al campo magnetico dovuto al magnete permanente produce un campo alternato pulsante. Senza la presenza del campo magnetico costante il pacco di lamierini subirebbe accorciamenti sia quando il campo fosse positivo sia quando il campo fosse negativo e, pertanto, le variazioni del pacco sarebbero doppie della frequenza della corrente alternata applicata;
• Le vibrazioni del pacco di lamierini vengono trasmesse al cono di trasmissione e, pertanto, alla testina dell’utensile a esso collegata che vibra con un’ampiezza di 0,01 mm con la frequenza della corrente alternata applicata (20 ÷ 60 kHz);
• La testina dell’utensile, in genere, di acciaio a carbonio trasmette la sua energia di vibrazione alle particelle abrasive portate per mezzo di un liquido tra il pezzo da lavorare e la testina stessa;
• Le particelle abrasive, di solito, di carburo di boro agiscono sul pezzo contro il quale sono lasciate e premute con un’azione molto simile a quella di uno scalpello;
• L’azione delle particelle produce sul pezzo una cavità che ha la stessa forma e la stessa sezione della testina dell’utensile.

Vale a dire, dato che il movimento dell’utensile non è rotatorio, è possibile effettuare anche perforazioni di forma molto complicata (quadrata, rettangolare, triangolare, a stella ecc.). 5

Il trapano a ultrasuoni

La macchina assomiglia a un comune trapano meccanico. Il procedimento permette di lavorare anche materiali più duri come vetro, ceramica, carburi, pietre preziose, germanio, semiconduttori ecc.

La velocità di esecuzione non dipende dalla forma del pezzo da realizzare ma dal volume di materiale da asportare. La lavorazione con ultrasuoni non provoca deformazioni, né ritiro, né riscaldamento locale dei pezzi lavorati.

La precisione di lavorazione dipende dalla granulometria dell’abrasivo impiegato. Per ottenere una buona precisione, è a volte utile effettuare due operazioni: la prima durante la quale si esegue, con un utensile sbozzatore, un foro più piccolo di un decimo di millimetro; la seconda, con un utensile di finitura, porta alla quota esatta utilizzando un abrasivo molto fine.

Non è necessario che l’utensile-testina sia di materiale molto duro: spesso, come è già stato detto, è di acciaio al carbonio. Come abrasivo viene generalmente usato carburo di boro, carburo di silicio, ossido di alluminio.

Le potenze necessarie per questi trapani ultrasonici sono modeste: da 0,5 a 7 kW. Con i trapani ultrasonici si effettua la produzione degli stampi che in passato venivano costruiti a mano con apposite fresatrici.

La saldatura a ultrasuoni

L’apparecchio che realizza questo tipo di saldatura è molto simile ai trapani a ultrasuoni. L’apparecchio dispone anzitutto del generatore di corrente alternata adeguata alle saldature da eseguire che viene inviata alla bobina magnetostrittiva che avvolge il pacco di lamierini in cui si realizzano le onde sonore o ultrasuoni; questi vengono poi trasformati ed esaltati dal blocco a profilo esponenziale al quale è rigidamente fissato il puntale di contatto, denominato “sonotrodo” che è l’organo che esegue materialmente il lavoro di saldatura.

La saldatura si ottiene premendo i due pezzi da saldare, tramite un cilindro pneumatico o idraulico, contro il sonotrodo. Non è ancora del tutto chiaro il fenomeno secondo cui si realizza la saldatura: probabilmente avviene per i materiali metallici una specie di grippatura tra i cristalli dei pezzi in contatto. Nel caso delle materie plastiche entra in gioco anche l’elevata temperatura che viene a prodursi.

La saldatura con ultrasuoni ultimamente ha avuto un certo sviluppo soprattutto per questi motivi:

• Realizza l’unione di materiali difficilmente saldabili come il titanio; oppure di pezzi di materiali diversi come per esempio pezzi di alluminio con pezzi di rame;
• Realizza l’unione di pezzi di spessore molto sottile: da 0,005 a qualche millimetro;
• Dato che la saldatura dei metalli non avviene per fusione ma solo con un leggero riscaldamento dei pezzi saldati, non si ha l’inconveniente della dissipazione del calore su altre parti del pezzo o sul portapezzi;
• Realizza la saldatura di materie termoplastiche, è inoltre anche possibile l’inserimento di parti metalliche. 7

Con questo metodo la velocità di saldatura è elevata. Le saldature ottenute presentano una buona resistenza meccanica e i pezzi non subiscono alcuna deformazione.

Meccanica

Le cinghie

Generalità

• Necessarie per trasmissioni a lunga distanza;
• Ideali in caso di trasmissioni con urti e vibrazioni;
• Non adatte per trasmettere potenze molto grandi;
• Piccoli scorrimenti non garantiscono la costanza del rapporto di trasmissione (eccetto per le cinghie dentate).

Le cinghie devono la flessibilità al materiale di cui sono fatte.

Le catene devono la flessibilità al moto relativo tra gli elementi che le compongono. 8

Tipi di cinghie

a) Cinghia piatta

b) Cinghia trapezoidale

c) Cinghia dentata

Le trasmissioni con cinghie e pulegge sfruttano prevalentemente aderenza e attrito.

I materiali usati sono cuoio, gomma, nylon. Hanno forma anulare ma quelle in cuoio, non potendo essere prodotte in un solo pezzo, vengono chiuse con opportune graffette.

• Cinghie piatte: a) sezione rettangolare su pulegge piane o leggermente bombate;
• Cinghie trapezoidali: b) sezione trapezia. Costituite da una serie di cavi immersi in sezione cuneiforme in elastomero. Commercializzate in lunghezze unificate e di sezione unificate Z-A-B-C-D-E;
• Cinghie dentate: c) costituite, come le trapezoidali, da una serie di cavi immersi in rivestimento di neoprene. Dotate di denti che alloggiano in opportuni vani realizzati sulle pulegge. 9

Aderenza e attrito

a) Tensione di montaggio e forza premente

b) Triangolo di equilibrio

Con la pre-tensione T (necessaria per evitare slittamento all’avvio) m nasce la forza premente R.

Per cinghie piatte, se f è il coefficiente d’attrito tra cinghia e puleggia, si avrà una forza di aderenza:

A f x R

= 10

Nel caso di cinghie trapezoidali, con

α

gola avente angolo di apertura 2 x

avremo che la forza R darà luogo a due

spinte laterali N

R N x senα -> N = R senα

/ 2 = /2 x

L’aderenza in tal caso sarà:

A f N f x R senα

= x 2 x = /

La formula andrebbe poi corretta per tener conto anche dell’aderenza nel piano della sezione della cinghia che contribuisce in parte ad equilibrare la R. In definitiva avremo per la cinghia trapezoidale un’aderenza calcolata come per la piatta

A f’ x R

= f’

Dove il coefficiente d’attrito fittizio è dato da:

f’ f senα f cosα

= / + x

Inglese

Milling machines 11

Milling machines are used for roughing, semi-finishing, finishing and high-finishing operations, mould and die machining.

The workpiece is fixed to a carriage and a rotating tool with multiple cutting edges is moved to create a smooth surface.

There is a wide range of milling machines used to machine different types of metals.

Milling machines have the following characteristics:

• Maximum performance in speed and acceleration;
• High accuracy and finish quality;
• Flexibility thanks to the use of various types of materials such as steel and aluminium;
• Silent functioning;
• Good ergonomics and maximum safety for the operators.

The main fields of application are:

• Car design and prototyping;
• Machining of models;
• Tools;
• Moulds and dies;
• Aeronautic structures;
• High-precision mechanical components.

Among the main types of milling machines are:

- Vertical milling machines

They consist of a vertical spindle and three axes: a longitudinal axis used as a worktable; a cross axis consisting in a moving column; and a vertical axis as a spindle slide;

- Vertical bed milling machines 12

They consist of a bed and a column which are connected to each other, forming a compact L-shape.

Sistemi automatici

Motore asincrono trifase

Generalità 13