UNITA' FORMATIVA DI APPRENDIMENTO

CLASSE 3^ SEZ.A IeFP

ANNO SCOLASTICO 2013/2014

REALIZZAZIONE DI UN TRENINO MOVIMENTATO CON BATTERIA

ALLE

MACCHINE UTENSILI TRADIZIONALI

UTILIZZO: TORNIO TRADIZIONALE

FRESATRICE VERTICALE

IPSIA “ CARLO BERETTA “ – GARDONE VAL TROMPIA( BRESCIA )

INDICE

Scelta del progetto

Cenni su Macchine utensili

Cenni su alluminio

Immagini particolari

SCELTA DEL PROGETTO

L’ Operatore Meccanico, interviene, a livello esecutivo, nel processo di produzione meccanica con

autonomia e responsabilità limitate a ciò che prevedono le procedure e le metodiche della sua

operatività. La qualificazione nell’applicazione/utilizzo di metodologie di base, di strumenti e di

informazioni gli consentono di svolgere attività relative alle lavorazioni di pezzi e complessivi

meccanici, al montaggio e all’adattamento in opera di gruppi, sottogruppi e particolari meccanici,

con competenze nell’approntamento e conduzione delle macchine e delle attrezzature, nel controllo

e verifica di conformità delle lavorazioni assegnate, proprie della produzione meccanica.

CONOSCENZE ESSENZIALI

Caratteristiche e proprietà fisico-chimiche dei materiali meccanici

Elementi di informatica applicata

Elementi di tecnologia meccanica/oleodinamica e pneumatica

Linguaggi di programmazione

Macchine utensili tradizionali e CNC: parti componenti, funzioni, gestione, operatività,

integrazione tecnico- produttiva, ecc.

Norme del disegno tecnico (segni,simbologia, convenzioni, scale, metodi di rappresentazione

Norme UNI, EN, ISO inerenti il settore meccanico

Nozioni di elettrotecnica

Principali strumenti di misura e relativi campi di applicazione

Principali utensili e loro utilizzo

Tecniche e procedure di attrezzaggio

CENNI SU MACCHINE UTENSILI

TORNIO PARALLELO

La struttura di base di un tornio per lavorazioni di metalli (fatta eccezione per quello verticale) è la

seguente: vi è (di solito alla sinistra dell'operatore) un complesso costituito da un motore elettrico

che, tramite cinghie di trasmissione ed ingranaggi, trasmette il moto di rotazione ad un elemento

circolare piatto (platorello o testa motrice) sul quale è installato un mandrino autocentrante, oppure

un trascinatore, destinato a reggere il pezzo da lavorare. Alla destra di questo è fissato un rigido

bancale in ferro o ghisa che è provvisto, nella sua parte superiore, di due guide parallele rettificate

sulle quali scorrono un carrello su cui è montata la torretta portautensile e un sostegno da

contropunta che ha la funzione di sorreggere eventualmente il pezzo in lavorazione (se trattasi di

oggetto lungo) o di permettere l'esecuzione di fori assiali.

Il sostegno per la contropunta si compone di una base anch'essa capace di scorrere sulle guide e di

un cilindro forato spostabile assialmente per mezzo di un volantino. Questo cilindro è esattamente

allineato con il centro di rotazione della testa motrice e su di esso possono essere applicati vari

utensili come mandrini da trapano, punte lisce, punte elicoidali da foratura ecc. L'applicazione di

questi ultimi è molto rapida perché il cilindro reca un innesto a cono ("cono Morse" - dal nome

dell'inventore) che ne garantisce la tenuta per attrito.

Nonostante i torni, come tutte le altre macchine utensili, (fresatrici, rettificatrici, trapani a colonna,

ecc.) siano sempre apparecchi di precisione sono comunque determinanti l'abilità e l'esperienza

dell'operatore per la buona riuscita del lavoro.

Il tornio parallelo è una macchina utensile molto usata nell'ambito dell'industria meccanica. Esso

genera solidi di rivoluzione ed è impiegato soprattutto per la lavorazione dei metalli. È

caratterizzato dal fatto che il moto di lavoro è costituito dalla rotazione del pezzo in lavorazione,

mentre l'utensile, solidamente montato su una torretta, scorre parallelamente all'asse di rotazione.

Il pezzo può essere montato a sbalzo su un mandrino autocentrante che sporge dalla testa motrice

oppure essere sostenuto tra il mandrino e la contropunta, situata in asse di fronte al mandrino a

distanza regolabile. Quando il pezzo è montato a sbalzo è possibile lavorarlo di piatto (tornitura

piana), facendo scorrere l'utensile in senso radiale rispetto all'asse di rotazione.

Il tornio parallelo consente essenzialmente lavorazioni basate su simmetrie rotazionali: cilindri,

coni, sferoidi, solidi di rivoluzione con generatrice a sagoma.

Come già accennato il moto trasversale di avanzamento della torretta portautensili può essere

manuale oppure automatico, funzione del moto di rotazione della contropunta, secondo un rapporto

determinato dall'operatore con un cambio di velocità. Impostando opportunamente la velocità di

avanzamento del carrello (e quindi della torretta portautensili) in relazione a quella di rotazione del

pezzo da lavorare, si possono eseguire filettature, mentre utensili speciali montati sulla torretta

consentono di effettuare al tornio lavorazioni quali godronatura e zigrinatura.

Montando invece una punta elicoidale sul sostegno del mandrino si possono eseguire anche forature

radiali. Poiché però le normali punte elicoidali da trapano possono flettersi durante il lavoro, in

seguito alla pressione esercitata con la vite del sostegno, è necessario eseguire prima, sulla

superficie del pezzo da forare, una traccia (o "invito") mediante l'uso di apposite punte molto corte,

di notevole spessore e dotate di corti taglienti. In questo modo l'"invito" risulta perfettamente

centrato ed è possibile, dopo, procedere alla foratura vera e propria con la normale punta

trasversale.

FRESATRICE UNIVERSALE

La fresatrice è una macchina utensile usata per la lavorazione in forme complesse di parti

metalliche o di altri materiali. Spesso viene chiamata anche impropriamente fresa, un termine che

indicherebbe solo gli utensili da utilizzare su questo tipo di macchine (dal francese fraise, fragola, a

causa della forma particolare di queste punte).

Nella sua forma più semplice una fresatrice non è altro che un motore, solitamente piuttosto

potente, su cui è fissato, tramite un mandrino, un utensile dotato di bordi taglienti (fresa) che

ruotano sull'asse della punta stessa. Il principio è lo stesso del trapano, ma le frese sono progettate

per svolgere l'azione di taglio sul lato dell'utensile invece che sulla punta, quindi erodendo il

materiale invece che forandolo.

Le fresatrici devono essere in grado di spostarsi sulla superficie del pezzo, questo può essere fatto in

due modi:

• Spostando il banco di lavoro su due assi X e Y, ed eventualmente alzando la testa

motorizzata lungo l'asse Z

• Lasciando il banco fisso e spostando la testa motorizzata lungo i tre assi.

Il primo sistema è il più utilizzato per macchine di piccole dimensioni, mentre per quelle maggiori a

più di tre assi, comunemente dette centri di lavoro, si usa il secondo metodo.

Le fresatrici possono essere controllate manualmente o con sistemi computerizzati: in questo caso la

macchina viene definita "a controllo numerico", o "CNC

Le fresalesatrici CNC più moderne sono dotate di sistemi automatici per la sostituzione degli

utensili, in grado di rendere interamente automatizzato il processo produttivo: questo permette

partendo dal materiale grezzo di arrivare ad un pezzo finito anche senza intervento umano,

rendendo le lavorazioni più veloci ed economiche.

Il pregio principale delle fresatrici è di avere pochissimi limiti di forme realizzabili nelle lavorazioni

e di poter svolgere con un solo programma di lavoro diverse operazioni complesse comprendenti

forature, rettifiche, alesature, tagli, arrotondamenti...

Le fresatrici sono macchine strutturalmente molto solide, perché devono assorbire le notevoli

vibrazioni generate dalla testa motorizzata senza permettere a questa di oscillare o scuotersi.

Quando si procede a lavorazioni su materiali duri o con velocità molto elevate (che arrivano a

decine di migliaia di giri al minuto) si utilizzano liquidi lubrificanti per ottimizzare il

raffreddamento della punta e per ridurre gli sforzi. Il lubrificante ha anche la funzione di trattenere

le polveri e i trucioli per farli defluire in modo controllato, evitando che aumentino il consumo delle

frese o ne intacchino il filo tagliente

Ci sono due tipi principali di fresatrice:

• Verticale, La fresatrice verticale ha piano orizzontale X-Y e un motore montato su un asse

verticale Z, la combinazione del movimento sui tre assi produce dei percorsi tridimensionali

e permette alla macchina, effettuando movimenti solo sull'asse Z, di eseguire fori e

alesature.

• Orizzontale La fresatrice orizzontale ha sempre un pianale X-Y, ma il gruppo di taglio è

montato su una guida laterale: per struttura somigliano vagamente a delle seghe circolari di

grosse dimensioni. Sono usate principalmente per spianare blocchi di materiale o per

realizzare fessure, incavi e tasche continue. Possono essere installate in catena per realizzare

sistemi di produzione complessi. Questo tipo di macchine necessita di frese particolari,

piuttosto costose e specializzate per il tipo di lavorazione da effettuare.

A questi si aggiungono i "centri di lavoro", le macchine a 4 o più assi

CENNI SULL’ ALLUMINIO

L'alluminio è un metallo leggero ma resistente, con un aspetto grigio argento a causa del leggero

strato di ossidazione, che si forma rapidamente quando è esposto all'aria e che previene la

corrosione in quanto non solubile. L'alluminio ha un peso specifico di circa un terzo dell'acciaio, o

del rame; è malleabile, duttile e può essere lavorato facilmente; ha una eccellente resistenza alla

corrosione e durata. Inoltre non è magnetico, non fa scintille, ed è il secondo metallo per

malleabilità e sesto per duttilità. L'alluminio è uno degli elementi più diffusi sulla terra (8,3% in

peso), terzo dopo ossigeno (45,5%) e silicio (25,7%) e paragonabile al ferro (6,2%) e al calcio

(4,6%). In natura si trova sempre combinato con altri elementi; è presente in numerosi minerali. Dal

punto di vista industriale questo metallo leggero (la sua densità è di 2710 kg/m³) viene prodotto a

partire dalla bauxite, roccia rosso bruno o giallo, diffusa soprattutto negli Stati Uniti, in Russia,

Guyana, Ungheria, nei territori dell'ex Jugoslavia. Le proprietà salienti dell'alluminio sono:

• basso peso specifico, pari a circa un terzo di quello dell'acciaio o delle leghe di rame;

• alta conducibilità termica ed elettrica, circa due terzi di quella del rame;

• elevata plasticità;

• eccellente duttilità e malleabilità;

• basso potere radiante;

• saldabilità; molte leghe di alluminio sono saldabili con normali tecniche MIG, TIG e saldo

brasatura, altre, in particolare quelle contenenti rame, non sono saldabili. In ogni caso il

processo di saldatura deve essere effettuato con l'uso di gas inerti o paste, che producono gas

ionizzanti, per evitare la formazione di allumina.

• superficie dei particolari trattabile con ossidazione anodica o protettiva (passivazione

chimica e aumento della durezza superficiale, che può superare in 50 HRC) o estetica

(elettrocolorazione).

Pochi elementi in natura si prestano a costituire un numero così elevato di leghe come l'alluminio.

Per migliorare le caratteristiche meccaniche si aggiungono all'alluminio determinati quantitativi di

elementi alliganti. Quando si combina con altri elementi, le caratteristiche di questo metallo, che

allo stato puro è tenero e duttile, cambiano radicalmente. Basta un solo esempio: l'ossido di

alluminio (Al2O3) o corindone (i cristalli trasparenti della migliore qualità sono più conosciuti

come zaffiri e rubini), è la sostanza naturale più dura dopo il diamante, con durezza relativa 9 nella

scala di Mohs. Per quanto riguarda le leghe metalliche formate dall'alluminio, le peculiarità in

comune per tutte sono:

• Bassa temperatura di fusione (compresa tra i 510 ed i 650 °C)

• Basso peso specifico, compreso tra 2,66 e 2,85 g/cm³

• Elevatissima conducibilità elettrica e termica

• Contenuto di alluminio maggiore del 70%

Gran parte degli elementi metallici sono solubili nell'alluminio, tuttavia rame (Cu), silicio (Si),

magnesio (Mg), zinco (Zn), manganese (Mn), nichel (Ni) sono i leganti utilizzati per l'alluminio a

costituire le leghe madri; accanto ad essi si possono impiegare elementi che migliorano alcuni

aspetti prestazionali delle leghe, conosciuti come correttivi. Si trovano aggiunte, per scopi

particolari, piccole percentuali di titanio, zirconio, cromo, bismuto, piombo, cadmio, scandio, litio,

berillio ed anche stagno e ferro, quest'ultimo peraltro sempre presente come impurezza. Quando gli

elementi sopra menzionati vengono aggiunti all'alluminio di base da soli si hanno leghe binarie,

quando aggiunti a due a due o a tre a tre si hanno rispettivamente leghe ternarie o leghe quaternarie.

Ogni elemento possiede il suo particolare effetto, per esempio:

• Silicio: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione; nelle leghe ipereutettiche

(Si>12%) conferisce alla lega un certo potere autolubrificante.

• Magnesio: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare; aumenta il

grado di incrudimento e di conseguenza le caratteristiche meccaniche conferibili al materiale

per deformazione a freddo.

• Manganese: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione anche se in maniera più

contenuta del magnesio; è elemento fondamentale per ridurre la formazione di precipitati

ferrosi aghiformi (noti come "punte di spillo").

• Rame: accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo, la resilienza e la resistenza a

fatica; rende non saldabile la lega.

• Zinco: soprattutto se associato al magnesio, conferisce un'elevata resistenza meccanica,

migliora la temprabilità delle leghe (con Zn>4% e Cu<1% si ottengono leghe

autotempranti), ma riduce la resilienza e l'elasticità del materiale.

• Nichel: accresce la resistenza meccanica a caldo.

RELAZIONE TECNICA SU TRENINO IN ALLUMINIO MOVIMENTATO DA BATTERIE

La classe 3^A IeFP Operatore Meccanico, ha realizzato un “mezzo di locomozione” ( trenino in alluminio ),

movimentato attraverso una batteria. La parte meccanica dei particolari, locomotiva e vagoni, è stata

interamente eseguita con le macchine utensili presenti nell’officina della scuola, tornio, fresatrice, trapano e

lavorazioni al banco di aggiustaggio ( limatura, filettature ecc..). I binari sono stati assemblati con profilati ad

L fissati su tasselli di legno con distanza pari alla larghezza del trenino.

Sezione elettrica • Inizialmente si era pensato a movimentare il modello di treno mediante una serie di piccoli

motori elettrici a corrente continua, alimentati da pannelli solari, da dislocare lungo le diverse sezioni (vagoni) del treno.

Una ricerca su internet permetteva di trovare pannelli solari della dimensione di 27 cm X 9 cm con una tensione e corrente nominale di 7,2 Volt e 0,1 Ampere.

Complessivamente la potenza elettrica ottenibile in linea teorica sarebbe stata di 0,72W.

Considerato il rapporto di riempimento:

max

OC SC

PFattore di riempimentoV I

=×

che indica sostanzialmente quanto la potenza massima reale si avvicini a quella ideale ottenibile da una cella solare e verificato che le celle fotovoltaiche in commercio hanno un fattore circa dello 0,7, la potenza complessiva ottenibile dal pannello solare sarebbe stata di circa 0,5W. La potenza ottenibile mediante pannelli solari non sarebbe stata sufficiente per i nostri scopi.

• Si è deciso di optare per una coppia di motori elettrici di maggiore potenza alimentati da pile.

Esigenze di lavorazione limitavano il collocamento dell'intera coppia di motori. Si è decisa, così, l'installazione di un solo motore in presa diretta con una sola ruota motrice.

• Si sono risolti i problemi di aderenza della singola ruota sulla rotaia.

CLASSE 3^ A IeFP 2013/2014

IPSIA BERETTA Gardone Valtrompia

BIANCHI FEDERICO GHIDINI GIANLUCA GUERRA MATTIA KOVACEVIC BELMIN ZANONI NICOLA ZORZI ANDREA

DOCENTI : Prof. ANTONIO D’AGNANO

Prof. CARLO SCARPELLO