Design for Manufacturing, prof. Armillotta

TIPOLOGIE DI ADESIVI

Adesivi a essiccazione di solvente

Sono adesivi per cui del materiale plastico (PVA, neoprene, silicone) è unito a del solvente che evaporando lascia la materia plastica attaccata al materiale. Adatti a materiali porosi dato che il solvente ha bisogno di spazio per evaporare, evaporando dentro i pori ha dello spazio. Se poi il materiale di per sé assorbe è meglio. Adatte per legno e ceramica.

Adesivi reattivi multi-componente

Sono adesivi che aderiscono per reticolazione (come le resine termoindurenti). Sono composte da due reagenti mescolati tra di loro che attivano la reazione di reticolazione. Sono soprattutto adesivi poliuretanici. La reazione dura alcuni minuti. Sono materiali abbastanza resistenti (20 Mpa).

Adesivi reattivi mono-componente

I reagenti sono già mescolati tra di loro e la reazione viene innescata dal contatto con l'umidità dell'aria (cianoacrilati, epossidici). Oppure la reazione in alcuni casi può essere...

innescata da raggi UV. Sono materiali abbastanza resistenti (20 Mpa). Colle a caldo Sono colle di materiali termoplastici (LDPE, PP, PA, EVA, TPU, ...). Non fanno una reazione chimica ed infatti non emettono vapori tossici. Possono quindi essere usati in qualsiasi contesto produttivo. Adhesive bonding - Adhesive types: - Drying - Multi-component - Single-component - Hot melt - Reactive - Reactive (PVA, neoprene, ...) - (LDPE, PP, PA, (epoxy, PUR, ...) - (cyanoacrylate, EVA, TPU, ...) - epoxy, ...) - no chemical reactions, - porous materials - high strength - no fumes Adhesive bonding: design rules PROGETTAZIONE DEI GIUNTI - Design of joints: - NO - NO - NO - NO Bisogna evitare i giunti di testa poiché la poca area di contatto non può garantire la tenuta. Per resistere anche a sollecitazioni come la flessione o di clivaggio (cioè una specie di flessione) si possono usare degli inserti, che aiutano ad assorbire lo sforzo di flessione e aumentare la superficie di contatto. Stesso concetto si ha sui giunti aincastro.

APPLICAZIONI DELL'INCOLLAGGIO

Adhesive bonding: applications

Wood furniture

• Butt joints
• Rabbet (or dado)
• Dowels
• Mortise / tenon
• Biscuits
• Dovetails
• Splines

L'incollaggio è costoso e quindi poco diffuso, anche se in alcuni settori è molto diffuso data la carenza di alternative. Nel settore del legno tutti gli incastri dei manufatti in legno servono prevalentemente per aumentare la superficie di contatto per la colla.

Adhesive bonding: applications

Carbon bicycle frames (Guru)

Con l'incollaggio si possono comunque realizzare delle strutture leggere realizzate con materiali non saldabili e che hanno magari anche esigenze di resistenza a sollecitazioni, dove quindi eventuali buchi indebolirebbero la struttura (es. telaio di bicicletta in carbonio).

Nelle automobili le scocche in alluminio non vengono saldate poiché la saldatura con l'alluminio non fornisce una buona resistenza. L'adesivo viene usato per rinforzare i giunti.

magari rivettati.

Adhesive bonding: applications

Per le carrozzerie si usano i rivetti self-piercing in concomitanza con adesivi (circa 100m).
Aluminum car bodies (strengthening of welds or fastenings) bonding + self-piercing rivets (Jaguar)

L'incollaggio è alla base di soluzioni strutturali stratificate. Lamine di alluminio, legno, ecc che siano strati, scatolati, o con strutture interne (alveolari, ecc).

Special structural solutions: laminated box-type sandwich

Altre soluzioni sono date dai nastri adesivi (gli adesivi acrilici). Con questa soluzione si tolgono dei processi rispetto all'incollaggio classico, dato che il materiale adesivo è già applicato sul nastro.

Adhesive tape

Double-sided tape (thick foam coated with acrylic adhesive) (3M)

Tape vs. adhesive (estimated from technical specifications):
- easier and cleaner out of production settings, less surface preparation required
- il nastro semplifica il processo (quindi anchesoluzioni al di fuori di contesti produttivi industriali: - migliore su substrati con alta energia superficiale (metallici, vetro, ceramica, alcune plastiche) - peggiore su substrati flessibili (tessuti, pellicole) e porosi (legno, cemento, mattoni) - migliore su superfici non uniformi, con pattern o texture - caratteristiche aggiuntive (necessitano ulteriori test): - minore necessità di preparazione della superficie - maggiore flessibilità (adatta a superfici curve) - maggiore resistenza agli urti, più flessibile e resistente alla flessione (carichi moderati) - migliore isolamento (rumore, vibrazioni) - (costo dei materiali più elevato, costo di assemblaggio più basso) - (range di temperatura più ampio?) - (più facile smontaggio per recupero o manutenzione pesante)

Uniformi di fissaggio (Fastening)

1. Elementi di fissaggio filettati (Threaded Fasteners)

• Threaded fasteners for metals:
• Bolts (or machine screws)
• Washers
• Nuts
• Viti:
• Viti a testa esagonale
• Viti a brugola
• Viti con testa a taglio
• Viti con testa a croce
• Viti con testa svasata piana
• Viti con testa svasata a calotta
• Threaded joint:
• Dadi:
• Dado esagonale
• Dado a calotta
• Dado ad alette contact
• Rosette (rondelle): pressure
• Rosetta piana
• Rosetta con intaglio
• Rosette dentate tightening

* In inglese c'è differenza tra bolt (o machine screw) (tr. bulloni) e screw (tr. vite).

* Quando si parla di diametro si intende sempre il diametro esterno della filettatura (la cresta, quella più larga).

La vite fa presa prima di tutto per il fatto che è filettata, quindi scaturendo un attrito sui filetti, ed

inpiù la testa della vite è in pressione sul pezzo, generando quindi una forza di contatto che generaattrito.

La vite è quindi sottoposta ad una forza di trazione.

* In un disegno tecnico di una sezione una vite non si seziona.

* Il foro per la vite ha la classica fine a cono.

* Da notare lo spessore delle linee sia della vite che del foro.

Per la plastica il discorso è un pò diverso dato che il materiale tende a rilassarsi.

Fastening

• Threaded fasteners for plastics:
• Self-tapping screws:
• forming (thermoplastics)
• cutting (thermoset, reinforced)
• cutting (thermoset, reinforced)
• poppette

Le devono essere progettate con l’interno del buco liscio. In ogni caso il materiale nongarantisce una presa sicura. Il profilo del filetto delle viti per la plastica sporge maggiormente inmodo da creare più superficie di attrito.

Le viti autofilettanti fanno quindi una maggiore presa dato che (tagliano e) comprimono le paretidel buco. Con i termoplastici il materiale,

più elastico, tende a spingere contro la vite per tornareviti formanti.in forma; in questo caso si usano viti autofilettanti cosiddette vite maschiante.Con i termoindurenti la vite autofilettante taglia il materiale e si usa la Oggi sitende comunque ad usare la vite maschiante anche per i termoplastici.Avvitare una vite prende dai 4 agli 8 secondi, creando quindi una variabile di costo.I bowl feeder sono dei recipienti vibranti dentro i quali vengono messe le viti per l'avvitaggio automatico a macchina. I bowl riescono ad orientare le viti nel verso giusto. Sono macchine in Fastening realtà piuttosto complesse ed ingegnose.

• Screw fastening:
  • Manual screw inserting tool
  • Automated screw inserting tool with bowl feeder

2. INSERTI

Li inserti servono per creare una filettatura più resistente. La vite che andrà qui sarà ovviamente per metalli. Gli inserti servono in quei casi dove si necessita dell'utilizzo di viti non autofilettanti poiché

magari si necessita un frequente avvitaggio/svitaggio. Esistono più tipi di inserto, comunemente sono in ottone anche se non è molto economico ma molto è lavorabile. Fastening • Threaded inserts: (frequent installation and removal) molded part insert expansion-type self-tapping in-mold insert fitting ultrasonic, thermal L'inserto si può inserire direttamente nello stampo (per lo stampaggio ad iniezione) oppure può essere saldato tramite saldatura a piastra calda o ad ultrasuoni. Avendo l'inserto nello stampo dà il vantaggio di avere una maggiore stabilità e resistenza poiché la plastica si infila nelle cavità esterne dell'inserto (la texture) e con il fatto che la plastica si ritira fa più presa. Fastening Con l'inserimento degli inserti bisogna però prolungare il ciclo di stampaggio ad iniezione (si devono inserire gli inserti) anche di 5 sec per inserto (* 1 min di lavoro di una macchina).

adiniezione va da 1€ a 1,5€ per quelle più grandi).

• Rivets:

Gli ultrasuoni sono maggiormente utili per i materiali termoindurenti (si consideri che il ciclo di stampaggio dei materiali termoindurenti è più lungo anche di un minuto rispetto ai termoplastici).

• Rivet upsetting Automatedriveting toolwith bowl feederManual riveting gun expansion-type self-tappingin-mold insert fitting ultrasonic, thermal

1. RIVETTI

Il rivetto è un collegamento permanente, ma è molto più veloce di una vite per essere inserita (circa un paio di secondi).

Si inserisce in un buco che coincide sulle due parti da unire. Grazie alla testa dello stelo che viene tirata, il rivetto si allarga e aderisce alla parete del foro.

• Rivets:

• Rivet upsetting Automatedriveting toolwith bowl feederManual riveting gun

Fastening

• Solid rivets (structural)
• Blind rivets, pull-through
• Blind rivets, break-stem
• rivetti solidi (senza foro), è più solido

tubolare• (rivetti ciechi), è più facilmente montabile

rivetti semi tubolari• (rivetti autoperforanti)

Fastening (punch)

Self-piercing rivets: testa di ribaditura,

I rivetti solidi si ribadiscono dalla parte della controtesta. L’attrezzo si chiama

che serve appunto per appiattire la testa del rivetto. Possono essere ribaditi a caldo nel caso di

Blind rivets,spessori grandi (tanto materiale di testa da deformare, ribadire).pull-t