Tecnologia meccanica - Parte 3

B.

Modulando la velocità di taglio si può modulare il tasso con il quale l'usura del fianco

cresce.

Sulla base della legge di Taylor è possibile impostare condizioni di processo in modo che si

abbia una determinata usura dell'utensile. La legge di Taylor consente l'ottimizzazione delle

lavorazioni e consente di impostare un modello per costi e tempi di lavorazione alle

macchine utensili per arrivare a determinare condizioni di velocità di taglio che rendono

minimo il costo di lavorazione o il tempo di lavorazione.

Criterio del minimo costo o minimo tempo (massima produttività): a partire da una

lavorazione semplice (tornitura cilindrica esterna ad esempio) della quale si suppone

conoscere le dimensioni fondamentali (L, D, a, N). In queste condizioni e sotto l'ipotesi che

l'utensile arrivi a fine vita per effetto dell' usura del fianco (meccanismo che può essere

descritto dalla legge di Taylor) si può scrivere un'equazione che descrive il costo totale della

lavorazione è un'equazione che descrive il tempo totale della lavorazione.

La stessa problematica può essere analizzata da un punto di vista qualitativo (grafico). Il

costo totale della lavorazione è composto da una serie di contributi:

1. si sta utilizzando una macchina utensile in una certa postazione che ha un costo orario.

Il costo orario della postazione deve essere considerato moltiplicato per il tempo in cui la

postazione resta impegnata. Siccome all'aumentare della velocità di taglio diminuisce il tempo

di lavorazione e quindi cala il tempo in cui la postazione resta impegnata. Si ha un

andamento decrescente.

2. costo per acquisto utensili che presenta un andamento crescente all'aumentare della

velocità di taglio: gli utensili ad elevate velocità di usurano più velocemente.

3. voci di costo costanti al variare della velocità di taglio (tempo necessario a smontare il

pezzo finito ad esempio).

Il costo totale viene rappresentato da una curva avente un minimo e un andamento

parabolico.

Voci di costo che compongono il costo della postazione:

1. Ammortamento macchinario: quando un'azienda acquista un macchinario, l'azienda

decide in quanti anni questo investimento deve essere ripagato dall'utilizzo del macchinario

stesso. Il tempo di ammortamento è tipicamente di 5 anni che includono un certo numero

di giorni lavorativi all'anno, e un certo numero di ore lavorative al giorno. Moltiplicando

questi fattori si ottengono le ore totali per le quali l'attrezzatura lavora. Dividendo il costo

del macchinario per le ore totali per le quali la macchina viene utilizzata si ottiene un

costo all'ora.

2. Costo energetico

3. Spese di manutenzione ordinaria e straordinaria

4. Costo manodopera

5. Costo delle spese generali (costi indiretti): spese sostenute dall'azienda per il

funzionamento del macchinario che non sono strettamente legate ai reparti produttivi

(reparto marketing, amministrativo, commerciale).

La postazione non rimane impegnata solo per il tempo della lavorazione: vi sono fasi

accessorie (smontaggio pezzo, inserimento software etc...) che vengono racchiuse nel tempo

passivo tp. Nel tempo passivo si includono tutti i tempi non necessari alla lavorazione è si

esclude anche il tempo necessario a sostituire l'utensile.

Per un utensile integrale il costo del tagliente coincide con il costo dell'utensile più

eventualmente il costo di affilatura. Il costo è legato quindi a una di queste due operazioni.

Esistono però anche utensili ad inserti dove su uno stelo viene montato un inserto o

placchetta che a fine vita può essere buttato o sostituito con un inserto nuovo.

Saldatura

Per saldatura si intendono tutte quelle giunzioni che sono realizzate per collegare

permanentemente due componenti (per lo più metallici) che realizzano un componente

unico. Le giunzioni in ambito meccanico sono svariate e tra diversi materiali.

Le giunzioni strutturali sono collegamenti eseguiti dove c'è necessità che l'assieme possa

essere sollecitato in modo analogo ai due componenti iniziali.

Motivi per cui i componenti che richiedono la saldatura:

1. Geometria complessiva del componente è talmente complessa che risulterebbe impossibile

realizzarla in un pezzo unico.

2. Possibilità di ottenere un prodotto costituito da materiali diversi in zone diverse

3. La saldatura consente di ottenere prodotti che realizzati come pezzi singoli sarebbero

eccessivamente grandi (saldatura automatica per telaio di una macchina).

La saldatura può essere classificata in 3 tipologie:

1. Insieme delle tecniche di saldatura per fusione: il giunto saldato si crea portando a

fusione localmente una parte del materiale dei due elementi da unire. È un ramo delle

tecniche che rappresenta un'importanza particolare

2. Brasatura e saldobrasatura: viene fusa una lega bassofondente (stagno) per unire

due componenti in un collegamento non strutturale

3. Saldatura allo stato solido: si ottiene un giunto strutturale tra due componenti senza

arrivare alla fusione.

Gli elementi da saldare si chiamano lembi.

Possibili giunzioni dei lembi:

a) giunto di testa: i componenti di spessore sottile (simili ad una lamiera) vengono

accostati lungo l spessore testa a testa e la zona azzurra è la zona lungo la quale si

effettuerà il cordone di saldatura.

b) giunto d'angolo: lo spessore di uno dei due lembi è accostato alla faccia piana

dell'altro lembo.

c) giunto a T: il giunto è accostato in una posizione intermedia tra i lembi

d) giunto a sovrapposizione: i componenti sono sovrapposti per una certa porzione di

faccia piana

e) giunto a flangia (o d'orlo): i due lembi sono accostati portando a contatto solo uno

spigolo.

In generale le tecniche di saldatura si suddividono in due classi:

1. Saldatura autogena: il metallo base (quello dei due lembi iniziali) prende parte al

processo di saldatura: il cordone è ottenuto coinvolgendo il materiale dei due lembi. Il

giunto è realizzato con solo i due lembi senza metallo d'apporto oppure il giunto è

ottenuto a partire dal materiale dei due lembi a cui si aggiunge metallo d'apporto. La

saldatura ossiacetilenica è una saldatura autogena. La saldatura autogena è l'unica che

consente di ottenere giunti strutturali le cui caratteristiche meccaniche sono

paragonabili rispetto a quelle dei due lembi iniziali.

2. Saldatura eterogena: il giunto saldato è ottenuto senza il coinvolgimento dei due lembi

(brasatura o saldobrasatura). Ha solo applicazioni funzionali non strutturali.

Saldatura ossiacetilenica

È un processo grossolano che trova applicazione in ambito cantieristico. È un processo nel

quale un cannello è collegato a due bombole di ossigeno e acetilene che vengono

mescolati in percentuali variabili. In uscita si ottiene una miscela alla quale viene dato

fuoco per generare una fiamma ossiacetilenica le cui caratteristiche in termini di

temperatura, potere ossidante e/o riducente dipendono in parte dalla miscela e in parte

dalla zona.

Tipica struttura della fiamma:

- dardo

- zona di saldatura

- fiocco

Nelle tre zone varia la temperatura è tipicamente durante questo tipo di saldatura i lembi

vengono a contatto con la zona di saldatura della fiamma.

Il cannello produce un cordone di saldatura poco

preciso affetto da ossidi metallici e geometria poco

controllabile. Le applicazioni di questo processo sono

limitate ad operazione di manutenzione in loco o di

riparazioni con prestazioni abbastanza scadenti.

È un processo a basso costo, che consente di saldare in

tutte le posizioni.

È facilmente trasportabile in situ ed è un processo

abbastanza lento.

Per il processo di saldatura a volte è utile utilizzare una bacchetta di metallo d'apporto: a

volte la saldatura viene realizzata in modo che partecipino al giunto solo i due lembi da

saldare. In altri casi (geometrie particolari o spessori elevati) il materiale dei due lembi può

non essere sufficiente a riempire l'intercapedine tra i due lembi motivo per cui è necessario

aggiungere materiale esterno: metallo d'apporto che fonde e cola mescolandosi al materiale

dei due lembi per formare il cordone di saldatura.

Il cannello può essere utilizzato anche per il taglio. La fiamma può essere abbinata ad un

flusso di gas ossidante che rimuove meccanicamente il materiale fuso dalla fiamma: il

cannello fonde parte del materiale mentre il flusso di gas lo soffia via.

Saldatura ad arco elerico

La saldatura ad arco elettrico è fra le saldature più diffuse: l'arco elettrico in se viene

utilizzato per una vasta gamma di processi, motivo per cui questo processo è adatto ad

applicazioni piuttosto varie.

L'arco elettrico scocca tra due elementi metallici conduttivi: l'anodo è costituito da una

bacchetta o filo di materiale metallico che costituisce l'utensile di saldatura, il catodo è

costituito dall'insieme dei due lembi collegati elettricamente. Tra anodo e catodo si genera

un'elevatissima differenza di potenziale grazie ad un generatore. Ad alte differenze di

potenziale anodo e catodo si toccano per poco facendo scoccare l'arco elettrico:

allontanando i due componenti si crea una scintilla che rimane stabile cioè si crea un

passaggio stabile di corrente attraverso la ionizzazione del gas aria che sta

nell'intercapedine che si scinde in elettroni e ioni positivi. Gli elettroni sono attratti verso

l'anodo e garantiscono il passaggio di corrente. La zona dell'arco elettrico comporta il

raggiungimento di elevatissime temperature.

Parametri del processo:

- differenza di potenziale

- intensità di corrente.

Questo tipo di saldatura è molto utilizzata.

Anodo: polo nel quale avviene la reazione di ossidazione: gli elettroni con carica negativa

vengono attratti verso l'anodo e assumono carica nulla (da -1 a 0).

Catodo: polo nel quale avviene la reazione di riduzione: gli ioni di carica positiva riducono

la propria carica (da +1 a 0).

In questo tipo di saldatura, l'arco elettrico comporta l'attrazione di elettroni verso l'anodo

che subisce un 'bombardamento' di elettroni che fa sì che la temperatura all'anodo sia

maggiore di quella che si instaura al catodo.

È importante considerare le temperatura poiché nel momento in cui si vuole procedere con

questo processo si può decidere se operare in:

- Polarità diretta: si usano come anodo i due lembi da saldare e come catodo l'utensile di

saldatura. La temperatura è massima sui lembi da saldare, di conseguenza si ha la

massima profondità di penetrazione. È più comunemente utilizzata.

- Polarità