Domande Tecnologia meccanica

1. Produzione per processo

La produzione riguarda profonde trasformazioni chimico – fisiche e non è possibile ritornare facilmente ai

componenti iniziali dal prodotto finale.

Inoltre, gli elementi originari che costituiscono il prodotto finale non sono facilmente identificabili

Es: produzione di leghe metalliche, carta, cemento, prodotti chimici ecc.

2. Produzione manifatturiera

Il prodotto finale sarà composto da un numero finito di componenti discreti (parti). E’ possibile fare il percorso a

ritroso, tornando dal prodotto ai componenti. Es: automobili, elettrodomestici ecc.

Le fasi del processo produttivo sono:

FABBRICAZIONE: insieme delle lavorazioni che operando sulle singole parti ne modificano forma, dimensioni o

stato superficiale (barre, tubi ecc.)

ASSEMBLAGGIO: Insieme delle operazioni di montaggio di parti per formare un assieme (o sotto assieme)

3. Processi fondamentali di fabbricazione nel settore meccanico

FORMATURA: da luogo alla forma fondamentale della parte

o processi di consolidamento da liquido o da polveri: materiale inizialmente senza forma (fuso o polvere)

trasformato, grazie alla formazione di legami tra gli atomi, in una parte con forma prossima o

coincidente con quella finale

o processi per deformazione plastica: forma del grezzo trasformata mediante deformazione plastica del

materiale (volume e massa conservati) che causa la rottura dei legami tra gli atomi, lo scorrimento

cristallino e la formazione di nuovi legami

o processi di rimozione di materiale: forma finale realizzata asportando dal semilavorato il materiale in

eccesso attraverso la rottura dei legami esistenti

PROCESSI DI GIUNZIONE: forma finale ottenuta mediante saldatura, incollaggio o collegamento con elementi

meccanici

PROCESSI DI FINITURA: permettono di eliminare le irregolarità superficiali dei pezzi lavorati

4. Relazione tra processi e materiali

Un processo non necessariamente può essere utilizzato per tutti i materiali. Questo lo vediamo con le matrici di

compatibilità processo materiale – sulle righe i processi, sulle colonne i tipi di materiale (matrice binaria) Es: ci

sono processi più versatili, quindi adatti a più materiali come l’asportazione di truciolo ed altri meno versatili

5. Principali caratteristiche di processo

Geometria – ci sono processi che permettono di ottenere geometrie più complesse ed altre più semplici

ES: fonderia a cera persa (forme molto complicate) – deformazione plastica (forme non particolarmente complesse)

Proprietà meccaniche – ci sono processi che permettono di migliorare (deformazione plastica), peggiorare

(fonderia) o far rimanere tali (asportazione di truciolo) le proprietà meccaniche

Tolleranze e finiture superficiali – ogni processo ci consente di ottenere tolleranze più o meno strette e finiture

superficiali più o meno rugose

ES: fonderia, finiture superficiali non elevate soffrono del ritiro volumetrico. deformazione plastica, la finitura dipende dalla

.

finitura dello stampo (quindi può essere di ottima qualità), non vi è problema del ritiro quindi tolleranze strette

Produttività (velocità di produzione) – n° parti/ora ES: fonderia (velocità elevata), asportazione di truciolo (molto lento)

Fattori umani – manodopera che può essere specializzata (alto livello) o non specializzata (basso livello) / ogni

processo richiede persone più o meno specializzate.

Fattori ambientali – ci sono processi con impatto maggiore o minore sull’ambiente. ES: la ghisa deve essere portata

a 1600 °C

6. Elementi che concorrono alla realizzazione di un processo

Gli elementi che concorrono alla realizzazione di un processo sono: informazioni, materiale, energia

(recuperabile e persa), informazioni (feedback) e risorse.

Gli INPUT saranno materiali, informazioni, risorse ed energie. Mentre gli OUTPUT saranno materiali, energia

(persa o recuperabile) e feedback sul processo

7. Trasformazione (processo) ideale

La trasformazione tecnologica è un processo visto anche come la variazione nel tempo di una o più proprietà

della parte. La trasformazione ideale è una trasformazione tecnologica in cui stati iniziale e finale definiti in

modo deterministico (il ripetersi della trasformazione nelle medesime condizioni produce gli stessi risultati)

8. Trasformazione (processo) reale

Processo influenzato da fenomeni non controllabili (disturbi) che hanno un effetto sul risultato finale che

risulterà essere variabile all’interno di un intervallo

Lo stato iniziale in genere non è noto con certezza, il che comporta ad una maggiore incertezza e variabilità.

La precisione del processo viene influenzata variabilità dello stato iniziale e dai disturbi.

9. Condizione per la corretta esecuzione di una trasformazione (processo)

Processo eseguito correttamente se la variabilità del risultato risulta essere:

• più piccola dell’intervallo di tolleranza

• compresa all’interno dell’intervallo di à ≤

tolleranza

10. Miglioramento del processo (trasformazione)

Azioni possibili per rendere corretta la trasformazione: miglioramento del processo, scelta di un processo

alternativo

Es: nel caso di un foro cieco per migliorare la lavorazione, posso effettuare un pre-foro con una punta da centro,

e poi effettuare il foro con la punta elicoidale; per migliorarla ancora posso utilizzare una bussola di centraggio.

11. Forma

Cavità all’interno della quale viene versato il fuso, rappresenta il negativo del pezzo da realizzare, deve essere

più grande per via del ritiro volumetrico, può essere: APERTA se almeno una delle sue superfici è a contatto con

l’ambiente esterno o CHIUSA

12. Classificazione dei processi di fonderia in base al tipo di forma

La suddivisione fondamentale dei processi di fonderia viene fatta in base al tipo di forma, questa può essere:

TRANSITORIA, quando per l’estrazione della parte questa viene distrutta, generalmente ottenuta per

compattazione di materiale attorno al modello (es: fonderia in terra)

PERMAMENTE viene utilizzata per realizzare un numero elevato di getti, è realizzata in metallo tramite le

macchine utensile, ha un costo notevole che viene spalmato sui singoli getti ottenuti (es: fonderia in conchiglia)

13. Aspetti che influenzano la scelta del processo di fonderia

Dipendente dalla parte da realizzare in termini di:

• •

dimensioni materiale

• •

complessità geometria volume di produzione

• •

proprietà meccaniche costi

• finiture superficiali (rugosità) e tolleranze

14. Fasi del ciclo di fabbricazione dei getti

1. Allestimento del modello (solo per forme 4. Fusione del metallo

transitorie) 5. Colata del fuso nella forma

2. Allestimento delle anime (se necessarie, solo 6. Raffreddamento e solidificazione del fuso

quando dobbiamo ottenere cavità interne o per 7. Estrazione del getto

risolvere problema sottosquadro) 8. Finitura del getto

3. Preparazione della forma

15. Caratteristiche del modello

Il modello è la parte che mi permette di realizzare la forma tramite compattazione di materiale attorno ad esso,

può essere:

TRANSITORIO: viene distrutto dopo l’operazione di formatura, solitamente fatto tramite cere o schiume

polimeriche

PERMAENTE: lo stesso modello viene utilizzato per ottenere tante forme

È caratterizzato da:

o Materiale

o o

Sovradimensionamento – Il modello deve piano di sformatura (o divisione) – il modello

essere sovradimensionato per il ritiro, quindi è nella maggior parte dei casi scomponibile,

si moltiplicano le dimensioni reali (quelle del ovvero suddiviso in due parte chiamate semi –

disegno tecnico) per il ritiro volumetrico del modelli. Il piano di divisione è necessario

materiale – qualora debba ottenere superfici individuarlo correttamente per evitare il

che non posso ottenere con il processo di danneggiamento della forma durante

fonderia, essendo necessarie ulteriori l’estrazione del modello. A volte si utilizzano

lavorazioni devo aggiungere un sovraspessore semi modelli montati sulla stessa placca

(solo su quelle superfici) metallica (placca modello doppia) o montati

o angoli di sformo e raccordi su placche differenti (placche modello

o sottosquadri semplice)

16. Materiali per modelli permanenti e transitori

Per quanto riguarda i modelli permanenti a seguito dell’analisi delle proprietà di lavorabilità, resistenza

meccanica, riparabilità, peso ecc. – noto essere un ottimo compromesso le plastiche o l’alluminio

I modelli transitori sono solitamente fatti con delle cere o schiume polimeriche (per i modelli transitori non devo

tener conto dei sottosquadri, poiché il modello viene distrutto)

17. Tipi di modelli permanenti

18. Angoli di sformo nei modelli da fonderia

Necessari quando nel modello sono presenti superfici parallele alla direzione di sformatura. Durante la

sformatura le superfici così concepite possono asportare materiale dalla forma per via degli attriti quindi

determinare inclusioni. Per questo sono necessari degli angoli di sformo per evitare tale problema, una seconda

soluzione potrebbe essere quella di utilizzare materiali con coefficienti di attrito molto bassi con la forma, o

materiali lubrificati con angolo di sformo piccolissimi. (entità dell’angolo di sformatura di circa 1°)

Lo svantaggio è quello di dover avere una geometria diversa da quella inizialmente concepita.

Non ho necessità di angoli di sformo nel caso di modelli transitori, poiché il modello non deve essere estratto ma

distrutto.

Allo stesso tempo devo sostituire spigoli vivi con spigoli raccordati poiché anche nelle forme transitorie gli spigoli

vivi non resistono all’erosione dovuta al fuso e il materiale asportato costituirebbe delle inclusioni non

metalliche all’interno del getto.

19. Sottosquadri e loro risoluzione nel caso di forme transitorie

Superfici del modello che danneggiano la forma durante l’operazione di sformatura; devono essere evitatiti

adottando opportuni accorgimenti.

Possono essere risolti attraverso:

• scelta di un opportuno piano di sforatura (devo individuare

quello che mi consente di evitare il problema)

• modifica del disegno del pezzo (dipende se il progettista

consente tale soluzione)

• uso di anime esterne (utilizzo di tasselli)

• utilizzo di semi modelli scomponibili (soluzione più complessa poiché fa aumentare il tempo necessario

alla sformatura e richiede modelli più complessi e costosi)

(le soluzioni sono disposte in ordine di scelta)

SCELTA DEL PIANO DI SFORMATURA

E’ la prima opzione che va perseguita per evitare sottosquadri, poiché

rapida e non costosa. Si procede andando ad analizzare i piani di

simmetria (se questi esistono), altrimenti si prova utilizzando altri piani.

USO DI ANIME ESTERNE

Supponendo di utilizzare il piano di sformatura orizzontale, questo

causerebbe sottosquadri, per risolvere il problema utilizzo anime esterne

con un semi modello dalla geometria estremamente semplificata rispetto

la geometria che voglio ottenere.

USO DI SEMI-MODELLI SCOMPONIBILI

Tale soluzione va utilizzata solo in caso di impossibilità per le

soluzioni precedenti, è la più costosa

20. Tipi di anime ed elementi caratteristici

Le anime sono usate per realizzare nel getto delle cavità non ottenibili con il modello, normalmente sono fatte

dello stesso materiale della forma. Possono essere:

o TRANSITORIE (A PERDERE): ottenute costipando terra da fonderia in forme cave (casse d'anima)

o PERMANENTI (RIUTILIZZABILI): ottenute mediante lavorazioni per asportazione di truciolo di metalli, si

utilizzano in particolare quando il fuso viene colato sottopressione.

Devono essere cedevoli al ritiro del metallo per non indurre forti tensioni interne, quindi il materiale dell’anima e

della forma va scelto anche in base a questo parametro.

Non si devono rompere né durante le manipolazioni, né per gli effetti delle spinte metallostatiche

Se necessario sono rinforzate con opportune armature (quando le anime sono snelle)

Se l’anima ha la stessa lunghezza della cavità questa galleggerà, di conseguenza deve essere più lunga rispetto la

cavità.

Vengono previsti degli appoggi per l’anima quando essa è sollecitata dalla spinta del fuso, i due appoggi vengono

chiamati portate d’anima

Le anime possono essere interne o esterne:

INTERNE: caratterizzate da 2 appoggi, la dimensione della portata

d’anima è almeno pari al diametro dell’anima

ESTERNE (TASSELLI): caratterizzate da 1 solo appoggio, ad esempio

nel caso volessi ottenere un foro cieco (dimensione della portata

d’anima tale che il baricentro ricada nel punto d’appoggio)

21. Ciclo di formatura per la realizzazione di un elemento cilindrico cavo

Nel caso volessi ottenere un elemento tubolare, il modello permetterà di ottenere la parte esterna del tubo,

tramite l’anima riusciamo ad evitare che si riempia la parte interna, l’anima dovrà essere più lungo rispetto il

modello, così da non galleggiare nel fuso.

Per resistere alle spinte metallostatiche vengono realizzati due appoggi che sostengono l’anima, chiamate

portate d’anima. (per realizzare gli appoggi devo modificare il modello per inserire le portate d’anima)

22. Dimensionamento delle anime

Per via della dilatazione termica nel getto ci saranno delle deformazioni radiali (tenderanno a ridurre lo spessore,

quindi a diminuire il raggio esterno e aumentare il raggio interno) e delle deformazioni circonferenziali (faranno

diminuire entrambi i raggi). Il dimensionamento sarà diverso a seconda se abbiamo:

PARETE SPESSE: il deformazione radiale prevale su quella circonferenziale, quindi il raggio interno tende ad

aumentare – quindi l’anima dovrà avere un raggio minore di quello nominale

PARETI SOTTILI: prevale la deformazione radiale, il raggio interno tenderà a diminuire – l’anima dovrà essere più

grande del valore nominale

Se l’anima è molto snella, le spinte metallostatiche potrebbero causare la rottura, supponendo l’anima non si

rompa, può sempre inflettersi quindi un ulteriore perdita nella lavorazione.

SOLUZIONE: invertire l’asse dell’anima, e quindi disporlo con asse verticale.

PROBLEMA: molto spesso come piano di divisione utilizzo il piano che contiene l’asse dell’elemento tubolare.

Gli angoli di sformo vanno previsti sulle superfici laterali, ma se cambio la disposizione devo prevedere altre

lavorazioni.

23. Elementi del sistema di colata e loro funzione

Una volta fatto solidificare il metallo si passerà alla colata del fuso nella forma.

Realizzata attraverso il sistema di colata costituito da:

• bacino di colata

• canale di colata

• canale di alimentazione

• attacchi di colata

A volte il sistema di colata è solo costituito dai primi 2 elementi (in casi di

elementi molto semplici, questo consente riduzione dei costi e maggior produttività).

Deve assicurare il veloce riempimento della forma evitando:

• forti abbassamenti di temperatura del fuso • Il trascinamento di aria, impurità, inclusioni e

• l‘erosione di forma e anime ossidi all’interno della forma stessa

24. Bacino di colata

Accoglie il fuso versato, è sagomato in modo da assicurare un flusso tranquillo del fuso nel canale di colata. E’

dotato di sistemi che trattengono scorie e inclusioni (utilizza dei filtri ferma scorie)

25. Canale di colata

Trasforma l’energia potenziale del fuso in energia cinetica. Le considerazioni fatte sul fuso sono fatte sotto

l’ipotesi di incomprimibilità e portata volumetrica costante.

La velocità in qualsiasi punto del canale è ottenuta tramite il teorema di Bernoulli.

12 22

+ + ℎ = + + ℎ +

1 1 2 2

2 2

Indichiamo tre sezioni, la sezione 1 corrisponde al pelo libero del fuso all’interno del bacino di colata, la 2 è la

sezione che collega il bacino di colata al canale di colate e la sezione 3 è la sezione terminale del canale di colata.

Si consideri il caso in cui le pareti del canale siano impermeabili e i punti 1 e 3 siano a pressione atmosferica

( = = )

1 3

ℎ

Si ipotizzi che e (altezza pelo libero all’interno del bacino di colata) siano costanti. Trascurando (ipotesi

forte per le forme in terra):

Otteniamo: → velocità alla base del canale di colata = =

√2ℎ √2ℎ

3 1

26. Tempo di riempimento della forma

Rapporto tra il volume della cavita (V) e la portata volumetrica (Q) del fuso che la

riempie. Valutato tenendo conto che nelle canalizzazioni orizzontali, per le quali le

quote sono costanti, la portata volumetrica del fuso rimane costantemente pari al

valore calcolato alla base del canale di colata:

= = =

√2ℎ

3 3 3

Approssimato per difetto dal momento che sono trascurate le perdite per attrito. Il tempo non deve essere

troppo grande poiché avrei un raffreddamento non omogeneo (inoltre abbassa la produttività).

27. Problemi di aspirazione nel sistema di colata

= → = →

Se il canale di colata e cilindrico energia cinetica costante. Per la conservazione

2 3 2 3

dell’energia totale, energia di pressione in 2 inferiore rispetto a quella in 3. Quindi si creerebbe una depressione.

= − ℎ

2 3 2

Qualora la forma fosse permeabile, quindi una forma transitoria in terra da fonderia, questa depressione in 2

richiamerebbe, attraverso i pori della forma, l’aria dall’esterno,