TECNOLOGIE SPECIALI

Docente: Giovanni Tantussi

FINALITÀ DEL CORSOIl corso si prefigge lo scopo di ampliare le conoscenze in campo tecnologico illustrando unaserie di processi che sono sorti e si sono sviluppati in tempi relativamente recenti e che sistanno conquistando nicchie di mercato per la loro capacità di risolvere particolari problemi inmaniera migliore dal punto di vista qualitativo, e spesso anche da quello economico, rispettoalle tecnologie tradizionali. In certi casi poi la lavorazione “non convenzionale” può risultareuna scelta obbligata.Una parte del corso è rivolta inoltre ad analizzare le caratteristiche e il funzionamento dielementi delle macchine a controllo numerico (trasduttori e azionamenti) e dei Controllorilogici programmabili (PLC). Vengono inoltre fornite nozioni di statistica elementareriguardanti i problemi di stima e di verifica di ipotesi.

OBIETTIVI DEL CORSOAlla fine del corso gli studenti dovrebbero- essere in grado di scegliere il processo tecnologico più adatto per realizzare particolari

meccanici con determinate caratteristiche e di fornire indicazioni sui parametri dilavorazione e sui risultati ottenibili. La scelta è basata sulla conoscenza dei principi fisiciche stanno alla base delle più importanti lavorazioni “non convenzionali”, sui campi diimpiego, sull’influenza dei vari parametri sul risultato della lavorazione, sui punti di forzae di debolezza, sulle linee di tendenza e sui costi;

- conoscere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche di trasduttori (righeottiche e encoder) di motori elettrici funzionanti a velocità variabile (a passi, brushless,asincroni più inverter) e dei relativi azionamenti;

- conoscere la struttura, i componenti fondamentali, i principi di programmazione ed icampi di impiego dei controllori logici programmabili (PLC);

- essere in grado di risolvere semplici problemi di stima di parametri statistici e di verificadi ipotesi.

METODOLOGIALa metodologia di insegnamento consiste in lezioni di tipo tradizionale ed in esercitazioni incui vengono trattati soprattutto gli argomenti accessori (trasduttori, azionamenti, PLC,statistica) con esempi, applicazioni ed esercizi. Durante le esercitazioni vengono ancheproiettati film tecnici relativi alle lavorazioni non convenzionali.

PRE-REQUISITIConoscenze sulle caratteristiche e sulle potenzialità dei processi tecnologici tradizionali.Conoscenze di base di elettrotecnica e di macchine elettriche.

COMPETENZE MINIME RICHIESTE PER IL SUPERAMENTO DELL’ESAME- Scegliere correttamente il processo tecnologico (non convenzionale e/o tradizionale) più

adatto per la realizzazione di un particolare meccanico;- Conoscere il principio di funzionamento, il tipo di impiego e le prestazioni dei principali

processi trattati;

MODALITÀ DI VERIFICA• La verifica consiste in un esame orale.

• Il criterio di valutazione si basa sulle conoscenze dimostrate, sulla capacità diorientamento e sulla chiarezza di esposizione.

CONTENUTI E ARTICOLAZIONE TEMPORALE- Lavorazioni per elettroerosione (EDM, WEDM)Principio di funzionamento del processo elettro-erosivo. Andamento temporale dell’impulso.Influenza della polarità e del tempo di scarica sull’usura degli elettrodi (utensile e pezzo). Tipidi generatori di impulso. Lavorazioni a tuffo: parametri di lavorazione e loro influenza sutasso di asportazione, usura relativa, rugosità e microdurezza; differenze fra la formadell’utensile e quella dell’impronta; impiego di utensili rotanti; caratteristiche dei materialiper utensili e dei dielettrici; tipi di macchine a tuffo; tipi di lavorazioni eseguibili. Lavorazionia filo: parametri di lavorazione e loro influenza sul tasso di taglio, sulla precisionedimensionale e sulla rugosità; tipi di macchine e di lavorazioni eseguibili, cenni sulla gestioneautomatica del processo elettroerosivo. L. 12 E. 2- Lavorazioni elettrochimiche (ECM)Cenni sulle lavorazioni chimiche. Principi di funzionamento delle lavorazioni elettrochimiche.Elettroliti. Influenza dei vari parametri sulla velocità di asportazione. Relazione fra la velocitàdi avanzamento e la distanza inter-elettrodica. Rugosità ottenibile. Rendimento di unalavorazione elettrochimica. Struttura delle macchine. Tipi di elettrodi. Sbavaturaelettrochimica e termica. Incisione elettrochimica. Lavorazioni ad accrescimento di materiale:elettroformatura. Principi generali. Modelli. Struttura degli impianti. Dati tecnologici. Tipi dimateriali impiegati. L. 10 E. 2- Lavorazioni con getto d’acqua (WJM e AWJM)Principi di funzionamento del taglio con getto d’acqua. Campo di applicazione del taglio conacqua pura e con acqua e abrasivo. Relazioni fra i vari parametri di processo. Schema di unimpianto. Intensificatori, accumulatori, catcher, ugelli. Dati di taglio per vari materiali. Cennisull’applicazione del Water Jet alle lavorazioni superficiali su materiali lapidei. L. 4 E. 2- Lavorazioni con laser (LBM)Principio di funzionamento di un laser. Emissione stimolata e inversione della popolazione.Schema di funzionamento a tre e a quattro livelli. Metodi di eccitazione della cavità. Banda difluorescenza e effetto della cavità risonante. Proprietà del raggio laser: monocromaticità,divergenza angolare e metodi per ridurla, distribuzione spaziale e diametro convenzionale,andamento temporale dell’emissione (continua, a impulsi e ad impulsi giganti) coerenzatemporale e spaziale, capacità di focalizzazione, brillanza, polarizzazione e suoi effetti sullariflessione e sulla trasmissione del raggio. Tipi di laser: He-Ne, eccimeri, CO2, a stato solido(Nd-YAG, Nd-vetro, Rubino) a coloranti organici, a semiconduttori. Applicazioni industrialidel laser: andamento della riflettività in funzione della lunghezza d’onda e della temperaturaper vari materiali, equazione di Fourier nel caso monodimensionale. Metodi di taglio perfusione e per vaporizzazione. Influenza di un gas attivo. Taglio per stress termico, scribing,taglio freddo con laser a eccimeri, taglio a ossigeno innescato e guidato dal laser. Parametri difunzionamento per il taglio di diversi materiali. Saldatura laser per conduzione e di profondapenetrazione. Principali parametri del processo di saldatura. Relazione fra velocità disaldatura, potenza impiegata e caratteristiche del processo. Saldatura con metallo d’apporto.Applicazioni del laser nella costruzione delle carrozzerie delle auto. Trattamenti superficiali.Marcatura. Impiego del laser nelle misure: effetto Doppler, interferometri a sorgente singola edoppia. Misure di spostamenti lineari e angolari, rettilinearità, perpendicolarità. Misure divelocità e dimensionali. Cenni sui rugosimetri laser. Sicurezza dei sistemi laser: effetti dellaradiazione sull’occhio e sulla pelle; norme ANSI e CEI ; classificazione delle sorgenti laser eprecauzioni di impiego. L. 28 E. 4

-Lavorazioni con cannone elettronico (EBM)Sistemi di produzione e di focalizzazione dei raggi elettronici. Caratteristiche delprocedimento. Tipi di impieghi. Applicazione alle saldature e ai trattamenti superficiali. L. 2-Rapid prototyping (RP)Generalità sul rapid prototyping e sul rapid tooling. Passaggio da file CAD a file STL.Ottenimento delle sezioni. Classificazione delle varie tecniche di rapid prototyping. Processodi stereolitografia e sue varianti. Processi Cubital, S.L.S. e L.O.M.. L. 4 E. 3-Lavorazioni con ultrasuoniTipi di onde. Onde longitudinali: equazione di propagazione nel caso monodimensionale;energia associata al volume elementare, potenza e intensità acustica, impedenza acustica,fenomeni di interfaccia. Campi di impiego degli ultrasuoni. Trasduttori, amplificatori eutensili. Lavorazioni con gli abrasivi. Influenza dei vari parametri sulla velocità dipenetrazione e sulla rugosità ottenibile. Saldatura delle materie plastiche. Impiego degliultrasuoni nei controlli non distruttivi. L. 5 E. 2

Argomenti trattati nel corso delle esercitazioni:- Trasduttori opto-elettronici impiegati nelle macchine utensili a controllo numerico: encodere righe ottiche. Metodi di aumento della risoluzione delle righe ottiche. E. 2- Motori elettrici e azionamenti: motori Brushless, andamento delle commutazioni, cenni suisensori ad effetto Hall e sui transistor impiegati come interruttori; tipi di motori a passi,principi di funzionamento, caratteristiche meccaniche; motori asincroni e inverter. E. 4- PLC.: logica cablata e logica programmabile; struttura di un PLC; cassetti di ingresso e diuscita analogici e digitali; trasferimento dei dati attraverso il bus durante il ciclo dei dati;variabili interne; contatori e temporizzatori; cenni sulla programmazione. E. 5- Elementi di statistica applicata: richiami sui concetti fondamentali del calcolo dellaprobabilità e sulle leggi di distribuzione. Teoria dei campioni: stima corretta dei parametri diuna popolazione; stima della media e della varianza della media campionaria; verifica diipotesi, test sulla differenza delle medie. Cenni sul controllo di qualità e sulle carte dicontrollo. Test del Χ2. Cenni sull’analisi della varianza. E. 12

TESTI DI RIFERIMENTONon esiste un libro di testo. Vengono indicati alcuni dei libri disponibili per consultazione:W. K�ning, Elettroerosione macchine e sistemi alternativi, Tecniche Nuove, Milano, 1982.C. Marty, Usinages par procédés non conventionnels, Masson e C. Paris, 1971.F. Grimaldi, EDM macchine e sistemi per elettroerosione, Tecniche Nuove, Milano, 1995.G. L. Merlo, Lavorazione dei metalli con asportazione di truciolo e con il processo elettroerosivo,Tecniche Nuove, Milano, 1997.W. Momber, R. Kovacevic, Principles of Abrasive Water Jet Machining, Springer, Berlin, 1998.J. F. Ready, Applicazioni industriali del laser, Tecniche Nuove, Milano, 1983.M. Cucchi, S. Valenti, Laser e produzione industriale, Ed. Il Rostro, Milano, 1991.W. M. Steen, Laser Material Processing, Springer, Berlin, 1998.J. Powell, CO2 Laser Cutting, Springer, Berlin, 1998.D. Belforte, M. Levitt (editors) , The Industrial Laser Handbook 1992-1993 edition, Springer,Berlin, 1992.P. F. Jacobs, Rapid Prototyping & Manufacturing Fundamentals of Stereolithography; Mc GrawHill, N.Y. 1992.A. Gatto, L. Juliano, Prototipazione rapida, Tecniche Nuove, Milano, 1998.AA. VV.,Rapid Prototyping Systems fast track to product realization, Saciety of ManufacturingEngineers, Dearborn, Michigan, 1994.