Appunti Ingegnerizzazione di prodotto

TRATTAMENTI TERMICI

I trattamenti termici si basano sull'applicazione della temperatura su un

componente. Sono possibili fattori di deformazione plastica/distorsione.

1. Evitare brusche variazioni di spessore del componente

2. Parti lunghe e sottili (come la biella) dovrebbero essere simmetriche e

arrotondate

3. Come per l'estrusione, le geometrie devono essere quanto più centrate

possibili

4. Per fori (o asole) evitare che ci siano degli spigoli vivi

5. Fori (o asole) non devono essere posizionati troppo vicini al bordo: è

preferibile lasciare almeno una volta e mezzo il diametro del foro.

6. Mozzi: valutare se conviene dividerli in più parti

7. Conviene avere fori passanti piuttosto che fori i ciechi per evitare

problemi di distorsione

DESIGN FOR MANUFACTURING (FUSIONE)

1. Progettare getti grezzi versatili per realizzare più componenti; nel

progettare un componente che deve essere realizzato per fusione,

bisogna fare attenzione a ciò che progettiamo

2. Quando progettiamo il grezzo, dobbiamo considerare che dopo il

processo fusorio questo potrebbe essere lavorato alle macchine utensili

e, quindi, bisogna prevedere delle geometrie addizionali che non

serviranno alla funzionalità ma alla presa del pezzo in macchina.

FUSIONE IN TERRA

È un processo che utilizza la forma transitoria e che è poco preciso a causa dei

problemi legati al ritorno plastico, all’allineamento delle staffe, al fatto che

bisogna prevedere il sovrametallo, ecc… (creo la forma dal modello, distruggo

la forma ed estraggo il grezzo)

1. Quindi, bisogna progettare un modello (che serve per creare la forma in

sabbia) con dimensioni maggiorate a causa del ritiro

2. Come nella forgiatura, bisogna che le parting lines, ovvero le superfici di

separazione, siano piane perché, in tal modo, si ha un ciclo di formatura

più rapido, una precisione più accurata e costi più bassi.

3. Angoli di sformo: nella fusione in terra, servono per distaccare il modello

dalla forma in sabbia. Questa conicità conferita al modello dagli angoli di

sformo è necessaria perché nel momento in cui estraggo il modello si va

a deteriorare la forma. Bisogna avere angoli di sformo maggiori per

modelli in legno e angolo di sformo minori per modelli in acciaio; sono

importanti anche i sottosquadri.

4. Considerare la direzione di solidificazione, cioè considerare il flusso del

materiale dal canale di colata verso l'interno del pezzo al fine di garantire

un corretto riempimento della cavità evitando porosità legate al ritiro.

Evitare di iniettare materiale in una zona sottile in quanto la cavità

potrebbe non riempirsi completamente (perché solidifica

prematuramente) e perchè potrei avere cavità di ritiro.

5. Fare attenzione ai “punti caldi”, ossia quei punti dove lo spessore del

componente è superiore rispetto a quello che c'è nell'intorno; conviene

garantire spessori più omogenei possibili. La zona a spessore maggiore è

l'ultima a solidificarsi; ciò comporta una contrazione del volume (ritiri)

che è causa della porosità

6. Le nervature sono molto utili perché irrigidiscono localmente il pezzo

senza aumentare eccessivamente il peso. Però, bisogna evitare che si

intersechino più nervature perchè, in questo modo, si genera un punto

caldo chiamato “hot spot”. Per evitarli posso usare gli spigoli vivi e

inserire raccordi interni ed esterni

7. Spessori più costanti possibili (meno di 6 mm) perché nei processi fusori

ho variazioni di temperatura significative.

8. Laddove le variazioni di spessore non possono essere evitate (per

esigenze funzionali), evitare brusche variazioni di spessore

9. Gli spessori interni devono essere leggermente più sottili delle dimensioni

degli elementi esterni

10. Fori e cavità: fori con cavità sotto un certo diametro non sono

fattibili e nemmeno convenienti perché implicherebbero o l’uso di

sporgenze troppo sottili (cedevoli, fragili) oppure l’uso di anime molto

sottili, che non riuscirebbero a reggere la pressione idrostatica. Se non

possono essere realizzati tramite processi fusori, i fori si eseguono per

asportazione di truciolo; in tal caso, si può realizzare un “invito alla

foratura” tramite il processo fusorio.

11. Evitare protuberanze perché ho variazioni troppo brusche di

spessore; cercare di avere uno spessore omogeneo

12. Ridurre sottosquadri: i sottosquadri ci possono essere ma in

generale è preferibile modificare la geometria del pezzo per evitare

anime e sottoquadri e avere, quindi, costi più bassi.

13. Sovrametallo: la fonderia in terra è un processo poco preciso.

Bisogna prevedere un sovrametallo per le superfici che devono essere

rilavorate di macchina utensile. Il sovrametallo deve prevedere riduzioni

di dimensioni, deformazioni residue e, magari, aspetti di ossido

superficiale. Una crescita delle dimensioni del pezzo comporta

sovrametalli maggiori proprio per la precisione intrinseca del processo.

FUSIONE IN CONCHIGLIA

È un processo fusorio che utilizza la forma permanente. Gran parte delle linee

guida della fusione in terra valgono anche per la fusione in conchiglia;

cambiano, ovviamente, i valori (spessori minimi, sovrametalli, dimensioni

minime dei fori e delle asole). La fusione in conchiglia, quindi, è una

lavorazione che utilizza una forma permanente realizzata in materiale metallico

e che può utilizzare le anime così come la fusione in terra.

1. Ridurre sottosquadri

2. Angoli di sformo: nella fusione in conchiglia non servono per rimuovere il

modello dalla forma (in terra) ma servono a rimuovere il getto solidificato

dalla forma.

3. Sono necessari i raccordi per evitare spigoli vivi: i raggi di raccordo

devono essere circa 3 volte lo spessore del getto.

4. Spessori minimi non sotto i 3 mm. Pur essendo spessori più bassi rispetto

alla fusione in terra, non possono scendere al di sotto di 3 mm altrimenti

si rischia di avere zone delle cavità non riempite.

5. Il sovrametallo di lavorazione deve essere compreso tra 0,8-2 mm; è

ancor più basso rispetto alla fusione in terra.

PRESSOFUSIONE

Si tratta di un processo in cui una lega leggera viene iniettata in uno stampo in

materiale metallico in pressione. I sottosquadri non vengono realizzati con

anime ma con carrelli, ossia degli elementi mobili che occludono la cavità che

deve essere riempita.

1. Evitare situazioni in cui si hanno nervature importanti a ridosso di

superfici che hanno una finalità estetica; questo perché, durante il

raffreddamento, potrebbe verificarsi una deformazione (ritiro) in

direzione opposta alla nervatura. Per evitare ciò, bisogna o mettere una

gola, o mettere più nervature ma di dimensioni minori o allontanare la

nervatura dalla superficie in vista.

2. Le nervature non devono essere più larghe dello spessore e non devono

essere più alte di 4 volte lo spessore

3. Evitare spigoli vivi per agevolare il riempimento della cavità: più raggi di

raccordo ci sono, più la cavità viene riempita omogeneamente e, inoltre,

evito che durante il raffreddamento si concentrino delle deformazioni che

comporterebbero tensioni residue le quali, a loro volta, genererebbero

delle cricche. Le cricche, sommate alle forze esterne, possono portare

alla frattura del pezzo!

4. I fori passanti devono essere svasati da entrambi i lati (laddove

possibile).

5. Se possibile, realizzare i fori sagomando opportunamente i due gusci

dello stampo piuttosto che con carrelli

6. Evitare che i carrelli vengano utilizzati per sottosquadri che vanno da una

parte all'altra dello stampo

7. Nella pressofusione si possono annegare elementi metallici (inserti) per

facilitare la successiva operazione di assemblaggio

8. I sovrametalli devono essere molto bassi (di circa 0,5 mm); tuttavia,

possono aumentare all'aumentare della dimensione del getto. Si

ottengono, infatti, superfici molto prossime a quelle finali

9. La forma è il negativo del componente da realizzare: la forma, che è

permanente, è realizzata con lavorazioni per asportazione di truciolo;

quando non è possibile, la forma è realizzata con tecniche di

elettroerosione (costi più elevati). È utile realizzare forme concave o

convesse (senza spigoli) in modo tale da lavorarle per fresatura

10. Si possono inserire, così come per iniezione plastica, scritte e loghi

in sporgenza o in rientranza rispetto al pezzo

INIEZIONE PLASTICA

L'iniezione plastica non è un vero e proprio processo fusorio perché non ho una

Lega metallica ma materiale polimerico iniettato nella forma metallica. È una

tecnologia molto potente perché permette di realizzare componenti con una

complessità significativa; tuttavia, gli stampi possono essere molto costosi.

1. Cercare di inglobare in un componente quante più funzionalità possibili e

realizzare quanti più componenti possibili perché, anche se aumentasse il

costo dell'investimento, questo andrebbe a spalmarsi sul numero di

componenti realizzati

2. integrare più componenti tra loro

3. Estrattori: elementi cilindrici (non presenti nella fusione) con una

superficie sagomata che andranno a spingere il componente fuori dalla

cavità (lato matrice) una volta che il punzone si è allontanato alla

matrice. Sono elementi di discontinuità rispetto alla superficie del pezzo:

vanno posizionati nella zona nascosta del pezzo (nel guscio interno)

perché lasciano delle impronte sul pezzo (un minimo segno ci sarà

sempre). Più l'estrattore è ben sagomato e meno si vedrà questa

impronta; è più evidente quando l’estrattore capita su una superficie

freeform (e non piana).

4. Spessore minimo realizzabile: gli spessori sono ancora più bassi di quelli

ottenibili con la pressofusione. Se le dimensioni del componente

aumentano, anche gli spessori minimi aumentano. Bisogna avere

spessori più uniformi possibili; laddove non si può, bisogna cercare di

ottenere variazioni graduali. Dove ci sono nervature, queste non devono

essere troppo alte (spesse) perché possono portare a deformazioni locali.

5. Fronti di saldatura: i fori sono possibili ma comportano la divisione del

flusso (splitting del flusso plastico in più flussi). Se due flussi plastici si

incontrano a temperature diverse (o a temperature basse) i due fronti

non si saldano correttamente: si possono vedere delle linee.

6. La distanza minima tra due fori o tra un foro e la parete laterale deve

essere almeno pari al diametro