Corso di Tecnologia Meccanica I

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1 Corso di Prof. W. Polini Prof. L. Sorrentino Tel /4012 Martedì: (aula 1.1) Martedì: (aula 1.1) Mercoledì: (aula 1.1) Qudro Processi 1

2 Corso di Tecnologia Meccanica Testi consigliati: F. Giusti e M. Santochi Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione Casa Editrice Ambrosiana, Milano, Serope Kalpakjan Steven R. Schmid Tecnologia Meccanica Prentice Hall, 2008 Qudro Processi 2

3 Corso di Tecnologia Meccanica Ricevimento studenti: Martedì e mercoledì: Esame: orale con esercizi Qudro Processi 3

4 Chicchi ottenuti per un chicco seminato COS E LA TECNOLOGIA? L'impatto sociale della tecnologia: i chicchi di grano Dal contadino con la zappa: nutre da 2 a 3 persone a quello tecnologico: nutre circa 60 persone Anno Qudro Processi 4

5 Ore di lavoro % di occupati COS E LA TECNOLOGIA? Distribuzione degli occupati in Italia Oggi Agricoltura Industria Servizi 150 Settore Oggi Anno Ore di lavoro necessarie per acquistare un quintale di grano Qudro Processi 5

6 Ore di lavoro COS E LA TECNOLOGIA? Ore di lavoro necessarie per acquistare un quintale di ferro Il miglioramento del tenore di vita Lo sviluppo sostenibile Oggi Anno La Tecnologia Meccanica Qudro Processi 6

7 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. Qudro Processi 7

8 COSA VUOL DIRE PRODURRE? Dare, fornire come risultato di una serie di lavorazioni o trasformazioni operate dall uomo Qudro Processi 8

9 COSA VUOL DIRE PRODURRE? Esempio 1 Il prodotto dovrà rispettare i requisiti di progetto in termini di funzionalità, forma e aspetto estetico Qudro Processi 9

10 COSA VUOL DIRE PRODURRE? Esempio 1 SCELTE PROGETTUALI Materiale Sezione filo Diametro filo Finitura Processo produttivo Dimensione lotto Qudro Processi 10

11 COSA VUOL DIRE PRODURRE? Esempio 1 PROBLEMI TECNOLOGICI 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? Qudro Processi 11

12 COSA VUOL DIRE PRODURRE? Esempio 1 SCELTE NECESSARIE PER LA PRODUZIONE PROCESSO TECNOLOGICO MACCHINE UTENSILI UTENSILI ATTREZZATURE Qudro Processi 12

13 PERCHE E IMPORTANTE LA PRODUZIONE? Qudro Processi 13

14 PERCHE E IMPORTANTE LA PRODUZIONE? Qudro Processi 14

15 ALTRI ESEMPI Qudro Processi 15

16 TIPOLOGIE DI PROCESSI DI PRODUZIONE: Produzioni per Processo Produzioni per parti o manifatturiere Qudro Processi 16

17 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. Qudro Processi 17

18 PRODUZIONI PER PROCESSO Esempi Produzione di: Acciaio Carta Cemento Prodotti Chimici Filati... Qudro Processi 18

19 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. Qudro Processi 19

20 PRODUZIONI PER PARTI O MANUFATTURIERE Esempi Processi di produzione per ottenere: Automobili Calcolatori Elettrodomestici Calzature... Qudro Processi 20

21 PRODUZIONI PER PARTI O MANUFATTURIERE FASE DI FABBRICAZIONE Insieme delle lavorazioni (trasformazioni) che modificano la forma, le dimensioni, lo stato superficiale di parti singole. Qudro Processi 21

22 PRODUZIONI PER PARTI O MANUFATTURIERE FASE DI ASSEMBLAGGIO Insieme delle operazioni di giustapposizione di parti singole per formare un assieme. Qudro Processi 22

23 PRODUZIONI PER PARTI O MANUFATTURIERE Qudro Processi 23

24 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 24

25 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. Qudro Processi 25

26 DI COSA ABBIAMO BISOGNO PER ATTUARE UNA TRASFORMAZIONE? Qudro Processi 26

27 FATTORI CHE CONCORRONO IN UNA TRASFORMAZIONE Materia Energia Informazioni Risorse Qudro Processi 27

28 MATERIA Qudro Processi 28

29 MATERIA Grezzo/Semilavorato Altri materiali Finito/Semilavorato Sfridi Scarti Prodotto di partenza su cui vogliamo eseguire la trasformazione Materiali che possono essere richiesti per la corretta esecuzione della trasformazione (Es. liquidi refrigeranti). Materiali che possono essere aggiunti al grezzo durante la trasformazione Prodotto ottenuto dopo la trasformazione Materiale in eccesso presente sul grezzo e asportato durante la trasformazione Prodotti finiti/semilavorati che non rispettano le specifiche imposte Qudro Processi 29

30 STATO DEL MATERIALE Solido Compatto; Granulare. Liquido Gassoso Qudro Processi 30

31 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 Qudro Processi 31

32 MATERIA M=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 32

33 MATERIA M=M2-M1= 0 La trasformazione lascia inalterata la massa della parte. Qudro Processi 33

34 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 34

35 ENERGIA Qudro Processi 35

36 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 36

37 ENERGIA MECCANICA Lo scambio di energia avviene tramite una interazione tra forze che compiono lavoro; Esempi: Piegatura della lamiera, Asportazione di truciolo. Qudro Processi 37

38 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 38

39 ENERGIA CHIMICA Lo scambio di energia avviene sfruttando opportune reazioni chimiche. Esempi: Corrosione di un materiale a contatto con un acido o una base Qudro Processi 39

40 TRASFORMAZIONI Le trasformazioni sono realizzate attraverso processi elementari (lavorazioni); Tali processi elementari possono essere classificati in base al tipo di energia utilizzata. Qudro Processi 40

41 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). Qudro Processi 41

42 PROCESSI ELEMENTARI CHE SFRUTTANO ENERGIA TERMICA 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) Qudro Processi 42

43 PROCESSI ELEMENTARI CHE SFRUTTANO ENERGIA TERMICA Evaporazione (Es. Essicazione di una forma al verde) Condensazione (Es. Deposizione di vapori di metallo su una superficie) Qudro Processi 43

44 PROCESSI ELEMENTARI CHE SFRUTTANO ENERGIA CHIMICA 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) Qudro Processi 44

45 INFORMAZIONI Qudro Processi 45

46 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 46

47 RISORSE Qudro Processi 47

48 RISORSE Qualsiasi trasformazione per essere compiuta necessita di opportune risorse. Macchina: Utensile: Attrezzatura: Fornisce l energia necessaria per attuare la trasformazione. Consente di trasferire l energia dalla macchina al grezzo / semilavorato. Consente al grezzo / semilavorato di essere integrato nella macchina. Qudro Processi 48

49 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 Qudro Processi 49

50 ESEMPIO DI SISTEMA TECNOLOGICO DI TRASFORMAZIONE FORATURA Qudro Processi 50

51 ESEMPIO DI SISTEMA TECNOLOGICO DI TRASFORMAZIONE PULITURA STAMPI Qudro Processi 51

52 PRECISIONE DELLE TRASFORMAZIONI Trasformazione ideale: Lo stato iniziale e lo stato finale sono definiti in modo deterministico Qudro Processi 52

53 TRASFORMAZIONI REALI Tutte le trasformazioni reali sono influenzate da fenomeni non controllabili (disturbi) che influenzano il risultato finale Qudro Processi 53

54 TRASFORMAZIONI REALI Generalmente anche lo stato iniziale della trasformazione non è noto con certezza. Ciò rende ancora più incerto il risultato finale. Qudro Processi 54

55 TRASFORMAZIONI REALI Qudro Processi 55

56 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 56

57 TRASFORMAZIONI REALI Qudro Processi 57

58 TRASFORMAZIONI REALI Qudro Processi 58

59 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 Qudro Processi 59

60 ESEMPIO DI MIGLIORAMENTO DEL PROCESSO FORATURA Risultato richiesto : Ottenere un foro cieco il cui asse disti d=10 mm dalla superficie di riferimento. La tolleranza specificata per tale misura è mm. Bisogna determinare il processo consente di realizzare tale foro garantendo le tolleranze richieste. Qudro Processi 60

61 INTERVALLO DI TOLLERANZA RICHIESTO Qudro Processi 61

62 1 CASO FORATURA DAL PIENO CON PUNTA ELICOIDALE Qudro Processi 62

63 1 CASO FORATURA DAL PIENO CON PUNTA ELICOIDALE NO!!! Qudro Processi 63

64 2 CASO FORATURA CON PUNTA DA CENTRO Qudro Processi 64

65 2 CASO FORATURA CON PUNTA DA CENTRO SITUAZIONE LIMITE Qudro Processi 65

66 3 CASO FORATURA CON PREFORO E UTILIZZO DI BUSSOLA DI CENTRAGGIO Qudro Processi 66

67 3 CASO FORATURA CON PREFORO E UTILIZZO DI BUSSOLA DI CENTRAGGIO OK Qudro Processi 67

68 SCELTA DEL PROCESSO DI PRODUZIONE Qudro Processi 68

69 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). Qudro Processi 69

70 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 70

71 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 Qudro Processi 71

72 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 72

73 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. Qudro Processi 73

74 PROCESSI PRODUTTIVI NELL INDUSTRIA MECCANICA Metallo liquido da fusione da deformazione plastica Fonderia semilavorato Fonderia grezzo di fusione Fucinatura e stampaggio Laminazione Trafilatura Estrusione Trattamenti termici Asp. truciolo Assemblaggio e controlli Qudro Processi 74 7

75 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 Qudro Processi 75

76 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 76

77 DEFORMAZIONE PLASTICA - Fucinatura - Stampaggio - Laminazione - Trafilatura Scopi dello studio - Calcolo delle forze e delle energie - Progettazione degli utensili - Difetti e caratteristiche dei prodotti - Estrusione Qudro Processi 77

78 SALDATURA SALDATURE AUTOGENE ETEROGENE PER FUSIONE PER PRESSIONE A RESISTENZA ELETTRICA LASER SALDOBRASATURE CON GAS PER PUNTI BRASATURE AD ARCO ELETTRICO A RULLI DOLCI A SCINTILLIO FORTI Qudro Processi 78