Tecnologie Innovative di Lavorazione (Tecnologia Meccanica 2) - parte 1

TECNOLOGIE NON CONVENZIONALI

1. Problemi di progettazione → Procede?

• Tolleranze da raggiungere × funzionam. affidabile e appropriato del pezzo
• Componenti con FEATURES non compatibili con processi primari
• Lavor. superficiali ottenibili solo con apposizione
• Operaz. finiture su suppt. trattate termicamente
• Economicità lavorazioni (soprattutto × piccoli lotti)

IN GENERALE: numerose motiv in esecuz. de pezzo ottenuto con process primario

LIMITATION: × ottenere pezzo della forma non asportata

• Ponder. scelta di materiale
• Necessario + energia, capitali e manodopera risp. a fonderia/def. plastica
• Se non eseguire correzioni, possono generare eff. intolleranti su qualità del pezzo

• Classificazione tecnologie di lavorazione

• PROCESSING OPERATIONS (fabbricazione)
• PROCESSING OPERATIONS: Assembly operations

• Shaping processes: danno forma al pezzo
• Property Enhancing processes: miglioram. prop. del pezzo (trattamenti termici)

SURFACE PROCESSING OPERATIONS: modificano solo superficie del pezzo

ASSEMBLY OPERATIONS (Assemblaggio):

• Permanant joining processes (saldature brasature)
• SOLDERING: adhesive bonding
• Mechanical fastening (accoppiam. meccanici) → viti, bulloni, etc.

→ NON SI FANNO in questo corso

Shaping Processes

• Asportazione Materiale

minf ≤ αinfnz

Δm < 0

• Tornitura
• Fresatura
• Foratura

• Non Convenzionali
• Laser
• WJ/AWG
• Plasma
• EDM
• USM
• ECM
• IBM/EBM

• Deposizione Materiale

minf = αinfz

Δm = 0

• Stampaggio
• Estrusione

• Elettroutiluti
• Saldatura al plasma

NON SI FANNO

• Aggiunta Materiale

minf > αinfz

Δm > 0

• Fonderia
• Prototipazione rapida
• Additive Manufacturing

= Processi che verranno affrontati in questo corso

Asport. Materiale

• Class. in base a tipo utens.:
• Utensili a geometria definita (tornire, fresature, etc.)
• Utensili a geome. indefiniti (rettifica, lappatura, lapidatura)
• Non Convenzionali - Difficili da definire "per utensile"
• (gli "utensili" non sono oggetti ben definiti - es. laser è un fascio di luce)

Perché processi non convenzionali?

• Lavoro di materiali "inconventi" non trattabili con processi convenz.
• Ceramici
• Leghe tiamitiche/alluminio/silicio
• Super leghe
• Plastica/tempe

• Realtà di lavorare non ottenibili con tecniche tradizionali
• Elevata tolleranza finiture richieste di solito ottenibili con processi convenz.

Processi energia elettro-termica

• Elettro Discharge Machining (EDM) ↔ Elettroerosione
• Erosione materiale con successione di scariche elettriche; il materiale viene asportato formando piccoli crateri su sup pezzo; scarti vengono fusi e vaporizzati
• EDM a tuffo → Usato x scavare profili volumetrici
• Vasca con fluido dielettrico serve a isolare il pezzo, non permette passaggio scarica elettrica o intervalli indefiniti

Ciclo produttivo:

1. Analisi forma da ottenere
2. Posiz. elettrodo (positivo) con forma che si vuole ottenere (= negativo)
3. Montaggio elettrodo su macchina
4. Scelta parametri di lavoro
5. Esecuz. ciclo di lavoro

Vantaggi:

• Possibilità di realizzare fori molto piccoli e profondi e di fare geometrie complesse
• Elettrodi di materiali facilmente lavorabili (processi trad.-economici)

Svantaggi:

• Andare l'elettrodo si erode nel processo → probl. Usura elettrodo
• EDM a filo → X tagliare profili geometrici

Elettrodo è filo sottile di bronzo, rame o tungsteno (Ø > 0.1 mm) Permette di tagliare spessori fino a 500 mm

EDM adatto a materiali conduttori (non si possono lavorare mater. isolanti elettrici)

• Efficienza interazione laser-materia:
• Quanto onda EM colpisce sup. materiale atomi reticolo cristallino vibrano → se T non influisce \[ \uparrow \] → innalzam. termico materiale
• Onda EM promuove \[ \uparrow \] T materiale ↔
• Efficienza dovuta a presenza di unica X e unica \[ \varphi \] nel fascio laser
• Analogia meccanica: fascio laser = "fascio di forzanti" tutte alla stessa freq., ampiezza e fase → oscillaz. empire
• \[ ^{\big( }\] come pilone di iniezione che attraversa ponte a passo di marcia VS gruppo di corridori a velocità diverse\]
• \[ \star \] Innesco di \[ \uparrow \] permutare comporta materiale

Sist. lavorazione laser → schema:

• Sorgente laser
• Specchio
• Lente
• Pezzo in lavoraz.
• Sist. movimentaz. pezzo
• \[ \star \star \] Elevata dissipaz. energia sotto forma di calore, necessaria raffreddam.

SORGENTE LASER → 3 meccanismi generaz. laser:

1. Emissione stimolata
2. Inversione di popolazione
3. Risonanza ottica

in una sorgente laser tutti e 3 i meccanismi

Assorbimento fotone da parte di un atomo = importa fotone che annichiliste e cede energia all'elettrone che sale di livello energetico (orbitale) = da \[ e_0 \] a \[ e_1 \]

Assorbimento solo se E orbitale accessibile con energia formo (orbitali sono quantizzati) = Se \[ e_f \] è possim amdetio

Fotone passa oltre → FREQ. EMISSIONE FOTONE

sezione focica laser:

_iz le intasatura

Distrib. potenza è una gaussiana (tipicamente)

I(z,θ)=^I₀e^{-(θ/θ₀)²}

P=∫₀ I(r,θ)2πdθ=πI₀

➔ irradiazione p.z. focico (Π-0)

Trasverse Electromagnetic Modes (TEM) ➔ Classificazione distrib. intensità di potenza (che non è sempre gaussiana, a seconda del tipo di applicaz.)

TEM_mn ➔ m e n = n° di minimi nella sez. trasversale del fascio laser

es.

TEM₀₀ ➔ 0 minimi dir. X

➔ 0 minimi dir. Y gaussiana

TEM₁₀ ➔ 1 min. dir. X

➔ 0 minimi dir. Y

DISTRIB. dens. potenza dip. da geometria specchi in cavità

È possibile sommare distrib. diverse X ottenere distr. complessiva e uniforme

Laser multimodo (campiin ➔ v. slide)

Concetti Temporali

- Emissione nel tempo:

- Continua (Continuous Wave = CW) ➔ potenza costante nel tempo

➔ Lumoz in volume elevato, buona finitura sup.

(Tipico di sorg. laser a gas)

- Impulsata (Pulsed Wave = PW) ➔ Tipica di sorg. laser solido

➔ Elevata puntualità luminosa scarsa finitura sup.

- Impulsi in ottenuti di durata τ_H

Eq (*) necessità di Cond. funz. e di Contensto

• Caso sorg. piana e spessore contara infinito (in dir. z)

T₀ Π(ρ,t)=?

c.i. Π(t=0)=T₀

c.c. Π(z→±∞)=T₀ (no effetti termici)

∂²Π/∂z² = 1/α² ∂Π/∂t

⇒ Π(z,t) = T₀ + 2q^″√αt i_erfc(z/(2√αt))

• FUNZ. DEGLI ERRORI

erf(x) = (2/√π) ∫(exp(-ξ²)dξ) da 0 a x

• FUNZ. COMPL. ERRORI

erfc(x) = 1 - erf(x) = (2/√π) ∫(exp(-ξ²)dξ) da x a +∞

Faccio l'integrale ⇒ i_erfc(x) = ∫∞(-erfc(ϕ)dϕ) = (1/√π) exp(-x²) - x erf_c(x)

Non bisogna sapere equazioni, solo sudomente funzioni.

_erf(x)