Ingegnerizzazione

APPUNTI INGEGNERIZZAZIONE ORALE

CAPITOLO 1: Tolleranze e Rugosità

Rugosità e Tolleranze trattano in generale degli errori nella realizzazione di un componente; le

rugosità trattano errori microgeometrici, le tolleranze (dimensionali e geometriche) errori

macrogeometrici.

Rugosità: causate appunto da errori microgeometrici che creano delle irregolarità sulla

superfice; prendendo una superfice normale trasversale del componente in analisi si può

notare come:

Nella definizione delle rugosità è importante il concetto della linea media: in uno spazio di

campionamento è la linea tale che l’area dei picchi sopra la linea è uguale all’area dei picchi

sotto la linea

La rugosità viene misurata mediante uno strumento chiamato rugosimetro, che viene fatto

scorrere sulla superficie rilevando i picchi e gli avvallamenti del profilo. Le deviazioni rilevate

rispetto alla linea media vengono considerate in valore assoluto, quindi tutte positive, e la

rugosità aritmetica media (Ra) si ottiene calcolando la media aritmetica di questi

scostamenti assoluti.

La rugosità media dei profili massimi Rz viene invece calcolata come la differenza media tra i

picchi più alti e gli avvallamenti più bassi (di solito 5); e si nota come essa sia maggiore di Ra.

• a: rugosità prescelta

• B: eventuali altri parametri di rugosità (limite superiore o inferiore)

• c: metodo di fabbricazione, trattamento, rivestimento superficiale

• d: indicazione orientamento della rugosità sul disegno

• e: indicazioni sul sovrametallo

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Tolleranze dimensionali: le tolleranze dimensionali, trattano errori macrogeometrici ed

indicano quanto può variare la

dimensione nominale di un pezzo. Si

tratta quindi di un margine

accettabile di errore che tiene conto

delle imprecisioni dei processi

produttivi.

Le tolleranze dimensionali si

classificano con:

Lettere: indicano la posizione della

tolleranza rispetto alla dimensione

nominale

Fori → lettere maiuscole (es. H)

Alberi → lettere minuscole (es. g)

Numeri: indicano il grado IT (International Tolerance) da 1 (più preciso) a 16 (più grossolano)

grazie alla UNI ISO 286/1 in funzione di dimensione nominale, grado di tolleranza e lettera di

tolleranza vengono definiti gli scostamenti superiori (per le lettere al di sotto della linea dello

zero) o superiori (per lettere al di sopra della linea dello zero), sapendo poi che il grado di

tolleranza si riesce a determinare l’altro scostamento. In questo modo dopo che ho per

albero e per foro gli scostamenti inferiori e superiori si può determinare il tipo di

accoppiamento, dati:

Es, Ei → scostamento superiore e inferiore del foro; es, ei → scostamento superiore e

inferiore dell'albero

I tre casi fondamentali sono:

Con gioco: Se il foro è sempre più grande dell’albero

→ (Es, Ei) > (es, ei)

C’è sempre spazio tra i due pezzi

⇒

Con interferenza: Se l’albero è sempre più grande del foro

→ (Es, Ei) < (es, ei)

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Le parti devono essere montate forzatamente

⇒

Incerto (gioco/interferenza variabili): Se i campi si sovrappongono almeno in parte

→ (Es, Ei) interseca (es, ei)

Per definire gli accoppiamenti si può partire da una "base fissa", che semplifica la

progettazione:

Foro base: Il foro ha uno scostamento inferiore zero (Es = 0), quindi la sua misura minima è

pari alla dimensione nominale → Esempio: H7

Albero base: L’albero ha scostamento superiore zero (es = 0), quindi la sua misura massima

è pari alla dimensione nominale → Esempio: h6

Rugosità e tolleranze dimensionali sono strettamente legate ; infatti, se la rugosità è troppo

elevata, può compromettere la precisione dell’accoppiamento anche se le dimensioni

rientrano nella tolleranza. Inoltre, più stretta è la tolleranza, più bassa deve essere la rugosità

per garantire il corretto funzionamento, specialmente in accoppiamenti di precisione.

Questo legame implica che la scelta della rugosità deve essere coerente con il grado IT delle

tolleranze dimensionali.

Tolleranze geometriche (o di forma): sono necessarie a causa degli errori macrogeometrici

che si creano durante le lavorazioni, ovvero dagli scostamenti della superfice reale da quella

ideale.

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Si possono categorizzare in quattro principali macrofamiglie, che sono:

Tolleranze di forma: esse definiscono quanto la forma reale può variare da quella teorica,

sono indipendenti da riferimenti esterni; tra esse troviamo la rettilineità, planarità, circolarità,

cilindricità

Nel caso della planarità notiamo come il piano in analisi debba essere compreso tra due

piani distanti 0,05 mm; nel caso della cilindricità, come la superfice debba essere compresa

tra due superfici cilindriche distanti 0,1 mm.

Nel caso della circolarità invece (non presente qua raffigurata negli appunti) andiamo ad

analizzare una specifica sezione garantendo che essa sia circoscritta all’interno di due

circonferenze distanti t tra di loro.

Tolleranze di orientamento: A differenza delle tolleranze di forma queste richiedono sempre

un riferimento, perché misurano l’allineamento rispetto a qualcosa di idealmente perfetto.

I riferimenti possono essere presi su superfici, linee, assi comuni o piani medi

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Tra le tolleranze di orientamento troviamo: parallelismo (assicura ad esempio che una

superfice o un asse siano paralleli rispetto un riferimento entro un certo limite),

perpendicolarità (garantisce che superfice-asse siano ortogonali ad un riferimento entro una

certa tolleranza), Inclinazione (definisce quanto una superficie o asse può discostarsi da

un’inclinazione teorica rispetto a un riferimento.).

Tolleranze di posizione: Misurano quanto un elemento (es. foro, asse, cava) può deviare dalla

sua posizione teorica ideale in uno spazio tridimensionale. Sono spesso usate in

accoppiamenti e assemblaggi. Queste tolleranze sono critiche in fase di montaggio, perché

piccoli errori di posizione possono generare disallineamenti, attriti o interferenze

Tra esse troviamo la localizzazione (controlla la posizione teorica ideale di un elemento

rispetto a un sistema di riferimenti.), la coassialità (controlla che l’asse di un elemento (es.

albero) coincida con quello di un riferimento (es. foro)), simmetria (assicura che un elemento

(come una scanalatura) sia simmetrico rispetto a un piano di riferimento)

Tolleranze di oscillazione: queste sono cruciali quando si lavora con elementi rotanti, come

alberi, dischi, pulegge; Servono a controllare quanto una superficie o un asse si discosta dal

suo moto ideale durante la rotazione. Sono legate sia alla forma che alla posizione e si

misurano sempre rispetto a un asse di riferimento.

pag. 5 Il riferimento è una forma geometrica

teoricamente esatta (ad esempio un asse) alla

quale si rapportano gli elementi sottoposti a

tolleranza.

L’elemento di riferimento è la parte reale di un

pezzo (come uno spigolo, una superficie o un

foro) utilizzata per determinare la posizione del

riferimento.

L’elemento di riferimento simulato è una superficie reale, di forma adeguata e

sufficientemente precisa (come un piano di riscontro o un mandrino), che entra in contatto

con l’elemento di riferimento e serve per stabilire operativamente il riferimento.

In questa classe di tolleranze appartengono l’oscillazione radiale (limita la variazione del

raggio durante la rotazione di un elemento attorno al proprio asse di riferimento);

l’oscillazione totale (considera l’intera superficie durante una rotazione completa e verifica

che tutte le sezioni mantengano una forma regolare); l’oscillazione totale assiale (controlla la

planarità e la perpendicolarità di una superficie rotante rispetto al proprio asse)

Principio di indipendenza: Afferma che ciascuna tolleranza dimensionale e geometrica

riportata a disegno deve essere rispettata in maniera del tutto indipendente.

Di conseguenza le tolleranze geometriche si applicano senza tenere conto delle tolleranze

dimensionali dell’elemento venendo trattate appunto come se fossero tra loro indipendenti.

Per questo principio di indipendenza la tolleranza geometrica può essere maggiore di quella

dimensionale.

Per far si che, con le norme ISO, le tolleranze geometriche siano minori delle dimensionali si

utilizza il simbolo E posto accanto alla quota

Principio dell’inviluppo (ASME): Al contrario delle normative ISO, le norme ASME utilizzano

il principio dell’inviluppo secondo cui la tolleranza di forma non può essere maggiore di

quella dimensionale poiché si ha la forma perfetta al massimo materiale.

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Vediamo un esempio: Immagina un albero cilindrico con tolleranza:

Diametro nominale: 20 mm

Tolleranza: +0 / -0,1 mm → quindi va da 20,0 mm (MMC) a 19,9 mm

Secondo il principio ASME: Quando l’albero è esattamente 20,0 mm, deve essere

perfettamente cilindrico (nessuna ovalizzazione, conicità, ecc.).

Quando il diametro scende verso il 19,9 mm, si ammettono leggere imperfezioni di forma

(purché non superino certi limiti e non compromettano il montaggio).

Nota: Nelle normative iso invece questo principio non vale; una parte può essere alla sua

condizione di massimo materiale e avere comunque una deviazione di forma, a meno che

non venga specificato diversamente.

Principio del massimo materiale: il principio del massimo materiale è un principio meno

restrittivo che evita che pezzi adatti all’uso pur non rispettando il principio di inviluppo

vengano scartati.

Tale principio afferma che la tolleranza geometrica può essere aumentata man mano che il

pezzo si allontana dalla sua condizione di massimo materiale.

In altre parole:

Più materiale c’è (cioè il pezzo è al limite massimo di dimensione) → più stringente deve

essere il controllo geometrico.

Meno materiale c’è (il pezzo è più piccolo) → più si può tollerare la deviazione geometrica.

Ad esempio in questo caso se il

perno è al suo limite superiore

(12.1 mm) la tolleranza

geometrica deve essere

rispettata rigorosamente; se

invece il perno è al suo limite

inderiore (11.8) la tolleranza

geometrica può essere

incrementata di 0,3 mm quindi fino ad arrivare a 0,7 così da raggiungere la condizione di

massimo materiale

pag. 7 CAPITOLO 2: Il concetto di prodotto

Cosa viene inteso per “prodotto” ?

Un prodotto è ciò che l’azienda fornisce per soddisfare un bisogno del cliente, tenendo a

mente come mantra fondamentale che i clienti non acquistano unicamente il prodotto, bensì

acquistano soddisfazione.

Un prodotto può essere sia inteso come bene fisico, ma anche come servizio (es: assistenza

tecnica, consulenza).

Un prodotto non è solo l'oggetto, ma un insieme di elementi:

• L’involucro (packaging, estetica)

• Il bene fisico (se presente)

• Le caratteristiche e il livello di qualità

• La garanzia e l’assistenza

• Il marchio (nome, branding)

Tutti questi, insieme, vanno a rispondere ad esigenze del mercato.

Ciclo di vita di un prodotto (Product life cycle)

Il ciclo di vita di un prodotto è un modello che descrive le fasi attraverso le quali un prodotto

passa dalla sua introduzione sul mercato al suo ritiro

1) Introduzione: Il prodotto viene lanciato sul mercato, la domanda è ancora bassa e i

principali acquirenti vengono conosciuti con il termine di early adopters. In questa

fase è compito dell’azienda investire in marketing e distribuzione per aumentare la

conoscenza del prodotto. Questa fase produce normalmente anche modifiche e

miglioramenti nel processo produttivo

2) Crescita: la quota di mercato e le vendite aumentano rapidamente, in questa fase

vengono aumentati i volumi di produzione ed è necessario fare una previsione sui

volumi di vendita per poter pianificare la produzione futura ora che si è appurato che il

prodotto ha successo.

Iniziano a comparire anche i primi competitor

3) Maturità: il prodotto ha raggiunto il suo massimo livello di diffusione; la concorrenza si

stabilizza iniziando a lavorare per abbattere i costi di produzione, e come tale anche

per l’azienda inizia una fase delicata di controllo dei costi. Per mantenere alto

l’interesse vengono create varianti di prodotto.

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4) Declino: Il prodotto non genera più valore e la domanda diminuisce, non è più

conveniente continuare la produzione su alti ritmi o in generale continuarla (a meno

che lo si voglia fare per una piccola nicchia di utilizzatori)

Il grafico evidenzia un concetto

fondamentale: le decisioni prese

nelle fasi iniziali influenzano il

70/80% del costo del prodotto,

modifiche tardive diventano infatti

sempre più costose e dunque è

necessario stanziare alto budget e

investimenti nella fase iniziale di

progettazione per ridurre in futuro i

costi complessivi.

Uno studio collegato a questo concetto è quelo della “rule of ten’s” secondo cui correggere

errori in fase avanzata (come suo massimo quando il cliente ha già il prodotto) può essere

fino a 10000 volte più costoso rispetto che effettuare modifiche in fase preliminare.

Time to market: il grafico mostra come anticipare il

lancio di un nuovo prodotto sul mercato può

determinare un vantaggio competitivo elevato; TTM

ridotto permette massimizzazione dei profitti e dominio

sul mercato, mentre un ritardo può influenzare in

maniera forte il rischio di successo.

È necessario, dunque, un compromesso tra fare le cose

con perfezione maniacale e farle velocemente.

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Una strategia aziendale basata proprio sul concetto della riduzione del time to market è la

TBC (Time based competition) che punta appunto tramite questa riduzione a creare una

posizione di vantaggio competitivo.

I vantaggi di essa sono la possibilità di ottenere quota di mercato maggiore arrivando per

primi sul mercato, e di spiazzare la concorrenza ottenendo grande quota di mercato

nell’attesa che la concorrenza esca con il proprio prodotto; ma non è esente da rischi: il

primo tra tutti è che il prodotto non venga accettato dal mercato e il secondo è che una

azienda che come policy punta tanto sulla TBC rischia di cascare nella cosidetta “marketing

mania” lanciando un grande numero di prodotti non mantenendo una chiara identità del

brand SVILUPPO DI PRODOTTO

Robust design: metodologia che mira a rendere il prodotto insensibile alle variazioni che si

possono verificare durante il processo produttivo o nell’ambiente d’uso. È particolarmente

utile quando si vuole garantire costanza nelle prestazioni, pur in presenza di incertezze.

Esempio: Nel collegamento tra due componenti meccanici, una progettazione

convenzionale può essere sensibile a scostamenti dimensionali, causando gioco o

interferenza. Con un robust design, l’interfaccia viene pensata per assorbire le variazioni,

mantenendo comunque la funzionalità.

Con questo principio si ottiene una protezione da danni economici derivanti da una

deviazione dalle prestazioni ottimali del prodotto e un aumento di soddisfazione del cliente.

Progettazione modulare: si suddivide il prodotto in moduli funzionalmente indipendenti ed

intercambiabili, in maniera tale da poter avere una facile sostituzione degli stessi, una

modifica alle funzionalità cambiando il singolo modulo e non il sistema complessivo e

dunque una elevata flessibilità di creazione di diversi modelli di prodotto

Esempio: Un computer con scheda video e ssd sostituibile.

Tale approccio permette come detto elevata personalizzazione, facile manutenzione e time

to market ridotto potendo sfruttare moduli già esistenti e testati

Analisi del valore: metodologia progettuale che si propone di massimizzare il valore di un

prodotto ottimizzando il rapporto tra funzionalità e costo. L’obiettivo non è ridurre i costi a

prescindere, ma farlo senza compromettere la qualità o l’utilità per l’utente.

Grande importanza nella analisi del valore è rivestita da una ricerca di riduzione dei costi del

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processo produttivo (come ad esempio simulazioni numeriche del funzionamento di un

componente senza la necessità di creare prototipo da testare fisicamente), che portano ad

una diminuzione del costo complessivo del prodotto .

Tale metodologia nasce come esigenza a causa di una competitività sempre maggiore dei

mercati che porta ad una maggiore offerta di prodotti a prezzo via via decrescente.

Nota: Non si tratta solo di “tagliare i costi”, ma di investire dove serve e eliminare dove non

serve. Un taglio mal fatto può compromettere la qualità e generare più costi nel lungo

periodo

Un esempio potrebbe essere il supporto di un sensore in un automobile, magari inizialmente

realizzato in metallo, che se viene sostituito da un modello in composto plastico ne

garantisce la stessa funzionalità riducendone il costo.

Progettazione, simulazione e virtual prototyping: Questi tre concetti sono strettamente

collegati e rappresentano fasi cruciali nello sviluppo di un prodotto moderno. Servono a

ridurre errori, costi e tempi, anticipando le criticità prima della produzione fisica.

• Progettazione: processo decisionale iterativo basato su esperienze pregresse, calcoli

e risultati sperimentali che permette di prevedere e ottimizzare il comportamento del

prodotto prima che lo stesso venga realizzato

• Simulazione: Verifica virtuale del comportamento di parti e sottosistemi del prodotto

in condizioni controllate. Permette di identificare errori prima della costruzione d