Costruzione di Macchine

Costruzione di Macchine

Materiali per le costruzioni meccaniche

Per le costruzioni meccaniche il materiale riveste un'importanza notevole e può condizionare tutte le fasi della progettazione. Infatti la scelta del materiale è di fondamentale importanza per il progetto; può influenzare tutte le successive lavorazioni per la sua realizzazione.

Da tale premessa, è importante conoscere per ogni materiale le sue proprietà e le caratteristiche.

Per la progettazione di macchine è importante conoscere a livello macroscopico il comportamento del materiale a livello macroscopico, ma non solamente a livello microscopico.

Distinguiamo i materiali in base al loro comportamento statico:

Materiali duttili

• Possono essere soggetti a grandi deformazioni plastiche senza generare fratture. Chiaramente un materiale è duttile e resistente e detto tenace. Esempi di questa categoria sono l'acciaio al carbonio.

Materiali fragili

• Materiali che possono rompersi o fratturare senza presentare evidenti deformazioni plastiche. Sono caratterizzati da bassa resistenza all'urto. Esempi: vetro; acciai per molle.

Nelle costruzioni si trovano entrambe le tipologie di materiali, preferendo però usare prevalentemente quelli duttili.

Nella prova di trazione il materiale duttile presenta una rottura con evidente strizione (rottura a forma coppa-cono).

Il materiale fragile presenta una rottura senza strizione => rottura netta.

Pendolo di Charpy

È una macchina per effettuare la prova di tenacità => misura la ritenacità di un materiale tramite la misura dell'energia assorbita nell'urto.

Un martello di un peso conosciuto viene lasciato cadere da un'altezza nota. Trapassando nel pezzo la rompe e risale ad un'altezza minore.

Tramite lo scuff si ottiene risale e misura l'energia assorbita.

(soli più utilizzati sono dei) le leghe metalliche

- vetri

- polimeri e elastomeri

- compositi

- legni

I materiali che appartengono alla stessa classe non condividono le proprietà

applicative e processi di fabbricazione simili

Nella progettazione di componenti solitamente è molto più restrittivo

imporre che il componente abbia resistenza, non tanto che resti.

Solitamente se la resistenza è rispettata => è rispettata anche la resistenza

Ci si occuperà principalmente dei materiali metallici.

Materiali metallici

• elevato rigidezza
• elevata resistenza
• duttili
• conduttori di calore ed elettricità
• risentono molto della fatica
• poco resistenti a erosione

Ceramici e vetri

• elevatissimo rigidezza e durezza
• fragili
• resistenza a compressione >> di quella a trazione
• ampie dispersione nella resistenza (sistema molto variabile da provare)
• buona resistenza ad alta temperatura
• resistenti a corrosione

Polimeri e elastomeri

(derivati dal petrolio)

• bassa rigidezza
• creep a bassa temperatura
• proprietà influenzate dalla temperatura
• buon rapporto resistenza peso
• facilità di lavorazione
• ottima spessore ma economica
• resintono come inserti tra i pezzi
• resistenti a corrosione
• basso costo
• basso coefficiente di attrito

- Normalizzazione

Eseguito da accaio do cementazione e da bonifica. Si riscalda il pezzo al una temperatura superiore di A3 (910°C) di circa 20/50°C e in fa raffreddare in calma. Si trasforma così una strutture massicona in una a grama fine aumentando la contratteriete

- Ricottura

• È eseguita in tutti gli acciai. Si ha un riscaldamento a temperature elevate permanento stabile temperature e comunque raffreddamento lento dando che struttura si vuole
• Abbattiamo gli effetti di tensioni durante e obbligazione, sollettanza, toll. termici.
• Ripristino le robot del materiale dopo un trattamento termico
• Rendere un accaio idonea alle lavorazioni meccaniche
• Si hanno 3 tipi di ricottura
  1. Ricottura completa: si riscalda il pezzo sopra A3 mantenendo alto tempo una per un tempo sufficiente a far omogeneismo l'attuale al pezzo. Successivamente si fa un raffreddamento lento in forma => buona lavorabilità e buona durezza.

Ricottura di lavorabilità (globulizzazione)

• Si usa su acciai a medi/alto tenore di carbonio. Si riscalda il pezzo sotto A3 permanento prolungato e succumo raffreddamento alto lento. Si ha una buona lavorabilità alla macchine utensibili.

Leghe leggere - Leghe di alluminio

• Pi prevalenti dell'alluminio sono
  • Abbondante materia prima in natura (bauxite)
  • ρ = 2800 kg/m³ E = 72000 MB
  • Buon rapporto resistenza / peso
  • Buona conduciabilità termica ed electtrice
  • Buona saldabilità
  • Basso temperatura di fusine ma elevato niirro
  • Facilita di lavorazione alle macchine utensili ma richiede attenule special per saldario
  • Adatte a lavorazione plastiche
  • Elevata resistenza alla corrosione
  • Basso ricco di produzione
  • Molto usate per profusione, finpati ecc.

Il primo grafico ci dice che c'è un'alta probabilità che il pezzo resti invariato.

Il secondo grafico ci dice di un'alta probabilità che il pezzo resti invariato.

Il terzo invece, intersecando maggiormente le due campane ci indica che c'è una buona probabilità che il pezzo resti invariato.

Per questi tipi di previsioni è importante sapere la dispersione della rilettura sia e che la dispersione delle misurazioni.

La dispersione può essere calcolata o con un programma oppure attraverso prove sperimentali.

Lo strumento di tipo normale segue la seguente relazione:

f(x) = ¹/_√2πσe ^{-[(x-μ)2]/_2σ2}

μ: valore medio

σ: dev. standard

L'affidabilità di un prodotto può essere calcolata come l'area in comune tra le due distribuzioni. Infatti se la σ è minore della distribuzione S-L va decremento.

L'affidabilità è funzione della distanza tra due valori medi delle distribuzioni e della loro dispersione.

Per aumentare l'affidabilità si può aumentare la distanza tra i valori medi oppure ridurne la deviazione standard.

Per calcolare l'area in comune è necessario calcolare la distribuzione differenza:

Q̄ = S̄-L̄

Tale maggioranza è valido anche con i valori medi. Se Q̄ < 0 → ha notturna

La deviazione standard della distribuzione differenza è:

σQ̄ = √σS̄²+σL̄²

Consideriamo uno stato tensionale piano (σ₃=0) e rappresentiamo il inter di Tresca e Von Mises nel piano σ₁σ₂

ESAGONO → TRESCA

ELLISSE → VON MISES

All'interno dell'esagono per Tresca il materiale non è incrant. Analoga l'ellisse per Von Mises. Al di fuori il materiale è incrant.

Come è facile intuire Tresca è più conservativo di Von Mises, se parlo d'esagono è più ristretto.

Per i materiali duttili però Von Mises approssima meglio il comportamento del materiale.

Ambiamo quindi nel dettaglio la rappresentazione di Tresca:

Nel 1° quadrante σ₂ è indipendente da σ₂ e troviamo polso: σ_1t=σ_max-σ_min

σ_1u=∞ [σ₃ ≥ 0]

Invece nel 2° e 4° quadrante le cose cambiano.

Nel 4° quadrante per esempio σ₂<0 e σ₂<σ₃ → σ_1t=σ₁-σ₂ ma senza σ₂<0 → σ₁=[σ₁+|σ₂| →]

Entra un legame tra σ₁ e σ₂!

Criteri di resistenza per materiali fragili

Per i materiali fragili non esiste un vero e proprio limite di snervautra.

La loro resistenza a compressione è molti più elevata di quella a trazione.

La resistenza a trazione è circa uguale a quella a flessione.

Vedemose i più forniti