Corso di Tecnologia Meccanica I - Università degli studi ... al corso di TM I.pdf · Tecnologia...
Transcript of Corso di Tecnologia Meccanica I - Università degli studi ... al corso di TM I.pdf · Tecnologia...
1
Qudro Processi 1Tecnologia Meccanica I
Corso di Tecnologia Meccanica I
Prof. W. Polini
Prof. L. Sorrentino
Tel. 0776 2993679/4012
Martedì: 9.00-11.00 (aula 1.1)
Martedì: 14.00-16.00 (aula 1.1)
Mercoledì: 10.00-13.00 (aula 1.1)
Qudro Processi 2Tecnologia Meccanica I
Testi consigliati:
F. Giusti e M. SantochiTecnologia Meccanica e Studi di FabbricazioneCasa Editrice Ambrosiana, Milano, 2000.
Serope Kalpakjan – Steven R. SchmidTecnologia MeccanicaPrentice Hall, 2008
Corso di Tecnologia Meccanica
2
Qudro Processi 3Tecnologia Meccanica I
Corso di Tecnologia Meccanica
Ricevimento studenti:
Martedì e mercoledì: 16.00-18.00
Esame:
orale con esercizi
Qudro Processi 4Tecnologia Meccanica I
LA TECNOLOGIA MECCANICA
La TECNOLOGIA MECCANICA, o meglio le TECNOLOGIE DI LAVORAZIONE MECCANICA, costituiscono l’insieme dei processi che permettono la trasformazione di grezzi o di semilavorati in prodotti finiti. Attraverso le Tecnologie meccaniche diviene possibile il passaggio dal progetto di una parte alla sua realizzazione fisica. Le Tecnologie di lavorazione meccanica sono quindi di base per poter “PRODURRE”.
3
Qudro Processi 5Tecnologia Meccanica I
COSA VUOL DIRE PRODURRE?
“Dare, fornire come risultato di una serie di lavorazioni o trasformazioni operate
dall’uomo”
Qudro Processi 6Tecnologia Meccanica I
Il prodotto dovrà rispettare i requisiti di progetto in termini di funzionalità, forma e aspetto estetico
Esempio 1
COSA VUOL DIRE PRODURRE?
4
Qudro Processi 7Tecnologia Meccanica I
•Materiale
• Sezione filo
• Diametro filo
• Finitura
• Processo produttivo
• Dimensione lotto
Esempio 1 – SCELTE PROGETTUALI
COSA VUOL DIRE PRODURRE?
Qudro Processi 8Tecnologia Meccanica I
• Il materiale sopporterà la piegatura senza rompersi?
• Il filo potrà essere tagliato senza provocare usura eccessiva dell’utensile?
• Il taglio provocherà bave?
• Qual è il sistema di produzione più economico per realizzare il lotto richiesto ed essere competitivi?
Esempio 1 – PROBLEMI TECNOLOGICI
COSA VUOL DIRE PRODURRE?
5
Qudro Processi 9Tecnologia Meccanica I
Esempio 1 – SCELTE NECESSARIE PER LA PRODUZIONE
•PROCESSO TECNOLOGICO
•MACCHINE UTENSILI
•UTENSILI
•ATTREZZATURE
COSA VUOL DIRE PRODURRE?
Qudro Processi 10Tecnologia Meccanica I
PERCHE’ E’ IMPORTANTE LA PRODUZIONE?
6
Qudro Processi 11Tecnologia Meccanica I
PERCHE’ E’ IMPORTANTE LA PRODUZIONE?
Qudro Processi 12Tecnologia Meccanica I
ALTRI ESEMPI
7
Qudro Processi 13Tecnologia Meccanica I
TIPOLOGIE DI PROCESSI DI PRODUZIONE:
•Produzioni per Processo
•Produzioni per parti o manifatturiere
Qudro Processi 14Tecnologia Meccanica I
PRODUZIONI PER PROCESSO
• Gli elementi originari che costituiscono il prodotto finale non possono essere facilmente identificati.
• Il prodotto non può essere scomposto a ritroso poiché i componenti originari non sono più distinguibili tra loro o hanno cambiato natura.
8
Qudro Processi 15Tecnologia Meccanica I
Esempi
• Produzione di:
– Acciaio
– Carta
– Cemento
– Prodotti Chimici
– Filati
– ...
PRODUZIONI PER PROCESSO
Qudro Processi 16Tecnologia Meccanica I
PRODUZIONI PER PARTI O MANUFATTURIERE
Il prodotto finale risulta composto da un numero finito di componenti discreti (parti).
• Il processo produttivo è compreso da due fasi:
– Fase di fabbricazione;
– Fase di assemblaggio.
9
Qudro Processi 17Tecnologia Meccanica I
Esempi
• Processi di produzione per ottenere:
– Automobili
– Calcolatori
– Elettrodomestici
– Calzature
– ...
PRODUZIONI PER PARTI O MANUFATTURIERE
Qudro Processi 18Tecnologia Meccanica I
FASE DI FABBRICAZIONE
Insieme delle lavorazioni (trasformazioni) che modificano la forma, le dimensioni, lo stato superficiale di parti singole.
PRODUZIONI PER PARTI O MANUFATTURIERE
10
Qudro Processi 19Tecnologia Meccanica I
FASE DI ASSEMBLAGGIO
Insieme delle operazioni di giustapposizione di parti singole per formare un assieme.
PRODUZIONI PER PARTI O MANUFATTURIERE
Qudro Processi 20Tecnologia Meccanica I
PRODUZIONI PER PARTI O MANUFATTURIERE
11
Qudro Processi 21Tecnologia Meccanica I
TRASFORMAZIONE
Che cosa intendiamo con il termine trasformazione ?
Def: : La variazione nel tempo di una o più proprietà della parte ottenuta attraverso opportuni processi elementari.
Qudro Processi 22Tecnologia Meccanica I
TRASFORMAZIONI
Esempi :
• Trasformazione di forma e dimensioni (macrogeometria della parte);
• Trasformazione del grado di finitura di una superficie (microgeometria della parte);
• Trasformazione delle caratteristiche meccaniche (durezza, carico di rottura);
• Trasformazione di stato, di temperatura.
12
Qudro Processi 23Tecnologia Meccanica I
DI COSA ABBIAMO BISOGNO PER ATTUARE UNA TRASFORMAZIONE?
Qudro Processi 24Tecnologia Meccanica I
FATTORI CHE CONCORRONO IN UNA TRASFORMAZIONE
•Materia
•Energia
•Informazioni
•Risorse
13
Qudro Processi 25Tecnologia Meccanica I
MATERIA
Qudro Processi 26Tecnologia Meccanica I
MATERIA
Grezzo/Semilavorato Prodotto di partenza su cui vogliamo eseguire la trasformazione
Altri materiali Materiali che possono essere richiesti per la corretta esecuzione della trasformazione (Es. liquidi refrigeranti). Materiali che possono essere aggiunti al grezzo durante la trasformazione
Finito/Semilavorato Prodotto ottenuto dopo la trasformazione
Sfridi Materiale in eccesso presente sul grezzo e asportato durante la trasformazione
Scarti Prodotti finiti/Semilavorati che non rispettano le specifiche imposte
14
Qudro Processi 27Tecnologia Meccanica I
STATO DEL MATERIALE
Solido
• Compatto;
• Granulare.
Liquido
Gassoso
Qudro Processi 28Tecnologia Meccanica I
MATERIA
•Le trasformazioni comportano una variazione M della massa del prodotto finito / semilavorato (M2) rispetto alla massa del grezzo / semilavorato di partenza (M1).
• Distinguiamo tre casi possibili:
– M = M2 - M1 < 0
– M = M2 - M1 = 0
– M = M2 - M1 > 0
15
Qudro Processi 29Tecnologia Meccanica I
MATERIAM=M2-M1<0 Dopo la trasformazione la massa della
parte finita è minore di quella del grezzo di partenza. La trasformazione comporta l’eliminazione di parte della massa del grezzo.
Qudro Processi 30Tecnologia Meccanica I
MATERIA
M=M2-M1= 0 La trasformazione lascia inalterata la massa della parte.
16
Qudro Processi 31Tecnologia Meccanica I
MATERIA
M=M2-M1> 0 La trasformazione comporta un aumento della massa della parte finita essendo questa l’assieme risultante dalla giustapposizione di più parti.
Qudro Processi 32Tecnologia Meccanica I
ENERGIA
17
Qudro Processi 33Tecnologia Meccanica I
ENERGIA• Le trasformazioni sono operate grazie ad opportuni scambi di energia;
• L’energia scambiata può essere di varia natura:
– Energia Meccanica,
– Energia Termica,
– Energia Chimica.
Qudro Processi 34Tecnologia Meccanica I
ENERGIA MECCANICA
• Lo scambio di energia avviene tramite una interazione tra forze che compiono lavoro;
• Esempi:
– Piegatura della lamiera,
– Asportazione di truciolo.
18
Qudro Processi 35Tecnologia Meccanica I
ENERGIA TERMICA• Lo scambio di energia avviene instaurando una opportuna differenza di temperatura tra le parti interagenti;
• Esempi:
– Fusione di un metallo,
– Solidificazione di un cubetto di ghiaccio.
Qudro Processi 36Tecnologia Meccanica I
ENERGIA CHIMICA
• Lo scambio di energia avviene sfruttando opportune reazioni chimiche.
• Esempi:
– Corrosione di un materiale a contatto con un acido o una base
19
Qudro Processi 37Tecnologia Meccanica I
TRASFORMAZIONI
• Le trasformazioni sono realizzate attraverso processi elementari (lavorazioni);
• Tali processi elementari possono essere classificati in base al tipo di energia utilizzata.
Qudro Processi 38Tecnologia Meccanica I
PROCESSI ELEMENTARI CHE SFRUTTANO ENERGIA MECCANICA
•Deformazione elastica ( Es. : tirare elastico, comprimere molla);
• Deformazione plastica ( Es. : piegare una lamiera, coniare monete);
• Frattura ( Es. : spezzare lastra di vetro);
• Miscelazione ( Es: miscelare polveri).
20
Qudro Processi 39Tecnologia Meccanica I
•Riscaldamento / Raffreddamento (Es. Riscaldare un componente per dilatarlo o raffreddarlo per restringerlo - Accoppiamenti forzati);
• Fusione (Es. Fondere dello stagno per assemblare un componente- Saldature)
• Solidificazione (Es. Far solidificare acciaio fuso in una forma - Processi di fonderia)
PROCESSI ELEMENTARI CHE SFRUTTANO ENERGIA TERMICA
Qudro Processi 40Tecnologia Meccanica I
PROCESSI ELEMENTARI CHE SFRUTTANO ENERGIA TERMICA
•Evaporazione (Es. Essicazione di una forma al verde)
• Condensazione (Es. Deposizione di vapori di metallo su una superficie)
21
Qudro Processi 41Tecnologia Meccanica I
• Soluzione (Es. Soluzione dello zinco nel rame per ottenere ottone);
• Combustione (Es. combustione di idrocarburi)
• Diffusione (Es. atomi di carbonio penetrano per diffusione nella struttura dell’acciaio cambiandone le proprietà - Cementazione)
• Indurimento (Es. fenomeno della “presa” del cemento)
PROCESSI ELEMENTARI CHE SFRUTTANO ENERGIA CHIMICA
Qudro Processi 42Tecnologia Meccanica I
INFORMAZIONI
22
Qudro Processi 43Tecnologia Meccanica I
INFORMAZIONI
• Le trasformazioni, per essere attivate, necessitano di opportune informazioni:
– Informazioni tecnologiche:
• Strumenti in grado di eseguire la trasformazione
• Traiettoria di processo
– Informazioni gestionali:
• Quale trasformazione eseguire
• Quando eseguire la trasformazione
• Su quale parte eseguire la trasformazione
• Quali strumenti usare.
Qudro Processi 44Tecnologia Meccanica I
RISORSE
23
Qudro Processi 45Tecnologia Meccanica I
RISORSE
Qualsiasi trasformazione per essere compiuta necessita di opportune risorse.
Macchina: Fornisce l’energia necessaria per attuare la trasformazione.
Utensile: Consente di trasferire l’energia dalla macchina al grezzo / semilavorato.
Attrezzatura: Consente al grezzo / semilavorato di essere integrato nella macchina.
Qudro Processi 46Tecnologia Meccanica I
SISTEMA TECNOLOGICO DELLE TRASFORMAZIONI
Insieme alla parte grezza / semilavorata le risorse consentono di definire il sistema tecnologico di trasformazione.
Esso risulta perciò composto da :
• Parte grezza o semilavorata
• Macchina
• Attrezzatura
• Utensile
24
Qudro Processi 47Tecnologia Meccanica I
ESEMPIO DI SISTEMA TECNOLOGICO DI TRASFORMAZIONEFORATURA
Qudro Processi 48Tecnologia Meccanica I
ESEMPIO DI SISTEMA TECNOLOGICO DI TRASFORMAZIONE
PULITURA STAMPI
25
Qudro Processi 49Tecnologia Meccanica I
PRECISIONE DELLE TRASFORMAZIONITrasformazione ideale: Lo stato iniziale e lo stato finale
sono definiti in modo deterministico
Qudro Processi 50Tecnologia Meccanica I
TRASFORMAZIONI REALI
Tutte le trasformazioni reali sono influenzate da fenomeni non controllabili (disturbi) che influenzano il
risultato finale
26
Qudro Processi 51Tecnologia Meccanica I
TRASFORMAZIONI REALI
Generalmente anche lo stato iniziale della trasformazione non è noto con certezza. Ciò rende ancora più incerto il risultato finale.
Qudro Processi 52Tecnologia Meccanica I
TRASFORMAZIONI REALI
27
Qudro Processi 53Tecnologia Meccanica I
TRASFORMAZIONI REALI
• La presenza di disturbi implica che il risultato finale non sarà mai unico, bensì variabile all’interno di un certo intervallo di possibili soluzioni.
• Il problema è quello di garantire che le possibili soluzioni ottenibili tramite la trasformazione siano contenute all’interno di un intervallo di tolleranza definito in fase di progettazione (specifiche).
• L’intervallo delle possibili soluzioni legato alla trasformazione dovrà essere perciò contenuto all’interno dell’intervallo di tolleranza.
Qudro Processi 54Tecnologia Meccanica I
TRASFORMAZIONI REALI
28
Qudro Processi 55Tecnologia Meccanica I
TRASFORMAZIONI REALI
Qudro Processi 56Tecnologia Meccanica I
RIDUZIONE DELLA VARIABILITA’ DEL RISULTATO
Nel caso la variabilità del risultato ottenibile sia superiore alla tolleranza imposta si dovrà:
-migliorare il processo;
oppure
-cambiare il processo
29
Qudro Processi 57Tecnologia Meccanica I
ESEMPIO DI MIGLIORAMENTO DEL PROCESSOFORATURA
Risultato richiesto :
Ottenere un foro cieco il cui asse disti d=10 mm dalla superficie di riferimento.
La tolleranza specificata per tale misura è + 0.1 mm.
Bisogna determinare il processo consente di realizzare tale foro garantendo le tolleranze richieste.
Qudro Processi 58Tecnologia Meccanica I
INTERVALLO DI TOLLERANZA RICHIESTO
30
Qudro Processi 59Tecnologia Meccanica I
1° CASO
FORATURA DAL PIENO CON PUNTA ELICOIDALE
Qudro Processi 60Tecnologia Meccanica I
NO!!!
1° CASO
FORATURA DAL PIENO CON PUNTA ELICOIDALE
31
Qudro Processi 61Tecnologia Meccanica I
2° CASO
FORATURA CON PUNTA DA CENTRO
Qudro Processi 62Tecnologia Meccanica I
SITUAZIONE LIMITE
2° CASO
FORATURA CON PUNTA DA CENTRO
32
Qudro Processi 63Tecnologia Meccanica I
3° CASO
FORATURA CON PREFORO E UTILIZZO DI BUSSOLA DI CENTRAGGIO
Qudro Processi 64Tecnologia Meccanica I
3° CASO
FORATURA CON PREFORO E UTILIZZO DI BUSSOLA DI CENTRAGGIO
OK
33
Qudro Processi 65Tecnologia Meccanica I
SCELTA DEL PROCESSO DI PRODUZIONE
Qudro Processi 66Tecnologia Meccanica I
FATTIBILITA’ TECNICA DEL PROCESSO
Il processo che realizza il prodotto deve garantire:
• le specifiche tecniche del prodotto indicate nel disegno tecnico (tolleranze, rugosità, etc.);
• i volumi richiesti (capacità produttiva);
• il rispetto delle normative ambientali;
• il rispetto delle normative di sicurezza (Es.: Legge 626).
34
Qudro Processi 67Tecnologia Meccanica I
FATTIBILITA’ ECONOMICA DEL PROCESSO
•Oltre alla fattibilità tecnica del processo di produzione bisogna verificare anche la fattibilità economica del processo stesso.
• Ciò significa che i costi associati al processo devono essere sostenibili rispetto al ricavato derivante dall’utilizzo della sua capacità produttiva.
Qudro Processi 68Tecnologia Meccanica I
FATTIBILITA’ ECONOMICA DEL PROCESSO
L’attività produttiva deve garantire all’azienda un profitto (UTILE) in termini monetari, attraverso cui essa può autosostenersi.
In prima approssimazione, trascurando i proventi finanziari (ordinari e straordinari) l’utile deriva dalla differenza tra il valore della produzione ed i costi della produzione.
UTILE = VALORE DELLA PRODUZIONE - COSTI DELLA PRODUZIONE
35
Qudro Processi 69Tecnologia Meccanica I
VALORE DELLA PRODUZIONE
•Ricavi delle vendite e delle prestazioni
• Variazioni delle rimanenze di prodotti in corso di lavorazione, semilavorati e finiti
• Incrementi di immobilizzazioni per lavori interni
• Altri ricavi e proventi
Qudro Processi 70Tecnologia Meccanica I
COSTI DELLA PRODUZIONE• Per materie prime, sussidiarie;
• Per materiale di consumo;
• Ammortamenti e svalutazioni;
• Per il personale;
• Per servizi esterni;
• Per il godimento di beni di terzi;
• Variazioni delle rimanenze di materie prime, sussidiarie, di
consumo e merci;
• Accantonamenti per rischi;
• Oneri diversi di gestione.
36
Qudro Processi 71Tecnologia Meccanica I
PROCESSI PRODUTTIVI NELL’INDUSTRIA MECCANICA
Metallo liquido
da fusione da deformazione plastica
Fonderia Fonderia
Fucinatura e stampaggio
Laminazione Trafilatura Estrusione
grezzo di fusione
Trattamenti termici
Asp. truciolo
Assemblaggio
e controlli
semilavorato
7
Qudro Processi 72Tecnologia Meccanica I
LAVORAZIONI PER ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO
• Tornitura
• Fresatura, Foratura
• Rettifica
Gli scopi dello studio
- Scelta utensili
- Condizioni ottimali di lavorazione
- Scelta macchina
- Difetti e caratteristiche dei prodotti
37
Qudro Processi 73Tecnologia Meccanica I
FONDERIA
• Il metallo fuso
• Il processo: grezzi di fusione e lingotti (colata continua)
Gli scopi dello studio
- Condizioni ottimali per la fusione
- Metodi di fusione
- Metodi di progettazione degli stampi
- Difetti e caratteristiche dei prodotti
Qudro Processi 74Tecnologia Meccanica I
DEFORMAZIONE PLASTICA
- Fucinatura
- Stampaggio
- Laminazione
- Trafilatura
- Estrusione
Scopi dello studio
- Calcolo delle forze e delle energie
- Progettazione degli utensili
- Difetti e caratteristiche dei prodotti
38
Qudro Processi 75Tecnologia Meccanica I
SALDATURA
SALDATURE
AUTOGENE ETEROGENE
PER FUSIONEPER PRESSIONE A
RESISTENZA ELETTRICA
CON GAS
AD ARCO ELETTRICO
PER PUNTI
A RULLI
A SCINTILLIO
SALDOBRASATURE
BRASATURE
DOLCI
FORTI
LASER