Pin-on-Disk. Caratteristiche: Forza 0 10 kn Velocità mm/s Temperatura C 20 C (usura) Tipo di prove: Misura d attrito Prove d usura

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1 Pin-on-Disk Tipo di prove: Misura d attrito Prove d usura Caratteristiche: Forza 0 10 kn Velocità mm/s Temperatura C 20 C (usura) - Valutazione dell attrito nelle operazioni di stampaggio e deformazione plastica a differenti temperature, pressioni e velocità. - Analisi dell influenza dei rivestimenti di stampi. - Analisi di resistenza ad usura. Il banco di prova consiste in un tribometro di tipo Pin-on-Disk su larga scala. Due corpi, Pin e Plate, vengono mantenuti in contatto con un carico di compressione noto (F) e fatti muovere l uno rispetto all altro così da creare un moto relativo. Misurando la forza d attrito (T), il coefficiente d attrito coulombiano µ può essere stimato dal rapporto tra la forza d attrito e il carico di compressione (µ=t/f). Il Pin è montato su un carro che viene spinto da un cilindro idraulico. Il Plate è montato su un disco in grado di ruotare grazie ad un motore brushless di cui è possibile regolare la velocità con continuità, permettendo così di ottenere un moto relativo tra le due superfici. Un sistema di celle di carico opportunamente posizionate ed un trasduttore di pressione permette di stimare forza normale (F) e tangenziale (T) agenti tra Pin e Plate. I segnali dei trasduttori vengono acquisiti ed elaborati da un sistema di acquisizione dati. È prevista la possibilità di effettuare prove con temperature del Plate superiori a quella ambiente utilizzando delle cartucce riscaldanti. Interponendo tra Plate e Disco un componente prismatico nel quale viene ricavata una sede per la cartuccia, è possibile portare in temperatura il Plate. Un sistema di regolazione basato su termocoppie, permette di impostare e mantenere costante la temperatura. Motore Disco Cilindro Idraulico Cartuccia Riscaldante Termocoppia Carro del Pin T Φ F Pin R Plate Celle di Carico Plate B L s

2 Limit Dome Height (LDH) Tipo di prove: FLD Misura d attrito Caratteristiche: Carico max R punzone F lamiera 100 kn 50mm 180mm - Identificazione dei limiti di formabilità delle lamiere nelle operazioni di stampaggio. - Confronto tra lubrificanti. La lamiera da testare viene fissata tra matrice e premilamiera mediante viti di serraggio. Il punzone, azionato idraulicamente, avanza deformando la lamiera. Nel caso di prove per determinare gli FLD, vengono utilizzate più lamiere caratterizzate da una geometria a porzione di cerchio simmetrica a larghezza variabile, così da generare nella lamiera uno stato tensionale e quindi di deformazione differente. Su ogni lamiera viene applicata una griglia di riferimento. La prova viene interrotta ai primi segni di strozzatura o rottura della lamiera ai quali viene associato lo stato di deformazione della lamiera ottenuto attraverso la misura della deformazione della griglia di riferimento. Lo stato di deformazione planare (ε 1 ed ε 2 ) e lo stato della lamiera (sano, rottura o strozzatura) vengono diagrammati ottenendo gli FLD. Nel caso di prove per la stima dell attrito, vengono utilizzate lamiere a geometria circolare con un foro di piccolo diametro al centro. Durante la corsa, il punzone deforma la lamiera e con essa il foro entrale. L entità della deformazione del foro dipende dall attrito tra punzone e lamiera. Mediante analisi inversa (es: analisi FE) è possibile stimare il coefficiente d attrito tra lamiera e punzone. Questo tipo di prove permette principalmente di confrontare tra loro diversi lubrificanti. Punzone Lamiera Premilamiera Matrice d 0 d 0 d 1 d 2 Figura 1. In alto: attrezzatura per le prove (sx) e un esempio di FLD (dx). In basso: lamiere utilizzate per le prove con griglia di riferimento.

3 Tipo di prove: Minimal Qantity Lubrication (MQL) Usura Utensile Stress Residui ZTA Finitura superficiale Caratteristiche: Lavorazione Lubrificazione Portata Refrigerazione Tornitura Lubrificante + Aria T amb p = 2.5 bar 0 60 ml/h Aria (T min = - 46 C) - Valutazione dell influenza delle condizioni di lubrificazione durante operazioni di tornitura sull usura dell utensile e sugli stress residui nel pezzo lavorato. Il dispositivo MQL, montato su un tornio CNC, permette di lubrificare e refrigerare petto e dorso dell utensile mediante due coppie ugello diffusore che hanno la funzione di indirizzare rispettivamente i flussi di lubrificante e di refrigerante. Un dispositivo di miscelazione prepara una dispersione in aria di gocce di lubrificante che viene poi iniettata nei circuiti degli ugelli. Un Ranque-Hilsch Vortex Tube separa un flusso di aria compressa in due flussi a diversa temperatura. Il flusso a temperatura inferiore viene utilizzato per come refrigerante. Durante la prova vengono misurate le temperature del refrigerante all uscita del vortex tube, dei diffusori in prossimità di petto e dorso e la temperatura all interno dell ambiente di lavoro del tornio. E possibile confrontare diversi sistemi di lubrificazione (secco, tradizionale, minimale) attraverso la misura dell usura dell utensile, della finitura superficiale o analisi ottiche come la stima degli stress residui e della zona termicamente alterata. Press. Air VERTEX TUBE Cold Flow Hot Flow LUBRO-REFRIG. Ugello Diffusore MISCELATORE Figura 2. per prove MQL.

4 Sheet Incremental Forming Tipo di prove: Lavorazioni di SPIF e TPIF; Misura forze Caratteristiche: Dim. Max lamiera: 350x350 mm Prof. Max manufatto: circa 150 mm - Analisi di forze e di fattibilità per lavorazioni di formatura incrementale di lamiere. - Realizzazione di prototipi e preserie in lamiera. - Ottimizzazione del percorso utensile. L attrezzatura è composta da un premilamiera mobile solidale ad una tavola porta-stampo a sua volta vincolata ad un telaio mediante 6 celle di carico monoassiali. Il telaio viene fissato sulla tavola portapezzo rotante di una fresatrice a CN ad asse orizzontale che gestisce la movimentazione del premilamiera tramite un motore brushless. E possibile eseguire lavorazioni di formatura incrementale di lamiera in diverse configurazioni: Single Point (SPIF), ossia senza la presenza di uno stampo; Two Points (TPIF), con stampo parziale o completo; la modalità TPIF può inoltre essere realizzata con stampo positivo o negativo. La modularità del telaio del premilamiera consente inoltre di adattarne le dimensioni a quelle della lamiera lavorata, aumentando la flessibilità dell attrezzatura. Durante il processo di deformazione della lamiera è possibile misurare le forze di lavorazione lungo tre direzioni principali. La stima viene effettuata in due diversi modi: attraverso le celle 6 celle di carico opportunamente posizionate e attraverso un utensile strumentato con estensimetri posizionati a misurare le forze di taglio. Figura 3. In alto: Premilamiera mobile strumentato (sx) e disposizione delle celle di carico (dx). A destra: utensile strumentato con estensimetri.

5 Tipo di prove: Idroformatura Idroformatura di tubi e lamiere Caratteristiche: Unità di spinta 2 Allineate 1 ortogonale Corsa 150 mm 145 T Spinta 140 mm 76 T Pressione max 1650 bar - Realizzazione di prove per la caratterizzazione del comportamento di tubi idroformati (flow stress legge di flusso). - Realizzazione di prototipi e preserie a componenti tubolari a 2 o 3 vie. - Ottimizzazione dei parametri di processo (pressione, corsa degli attuatori). La macchina di idroformatura, schematizzata in Figura 4, consiste in: - un unità di spinta forata all interno della quale è presente il condotto di adduzione dell acqua che, a sua volta, può raggiungere una pressione massima di 1650 bar; - un unità di spinta non forata; - un unità di controspinta, da utilizzare in caso di lavorazione di raccordi a T o a Y; - due piastre sulle quali vengono montate le unità di spinta; - una piastra per vincolare l unità di controspinta; - un basamento con guide che permettono il posizionamento e il fissaggio delle piastre. L attrezzatura è stata progettata in modo modulare così da essere in grado di adattarsi alle diverse geometrie e lavorazioni. La distanza tra le unità di spinta può essere variata adattandosi così alle diverse geometrie da lavorare. L unità di spinta forata è dotata di un condotto in grado di immettere fluido ad alta pressione (1650 bar) all interno del pezzo da idroformare. Le unità di spinta e controspinta sono collegate ad un circuito idraulico che eroga olio ad una pressione massima di 300 bar: in questo modo il sistema è in grado di esercitare una forza assiale che permette sia di alimentare il materiale all interno dello stampo durante il processo di deformazione che di controllarne l espansione (raccordi a T). UNITÀ DI CONTROSPINTA Lastra unità di controspinta UNITÀ DI SPINTA NON FORATA UNITÀ DI SPINTA FORATA Lastra unità di spinta BASAMENTO Figura 4. di idroformatura. Progetto CAD a sinistra e il banco prova a destra.

6 Tipo di prove: Aggraffatura di lamiere Aggraffatura. - Realizzazione di prove di aggraffatura con analisi di fattibilità e ottimizzazione dei parametri di processo. - Realizzazione e ottimizzazione dei percorsi utensile. Descrizione L aggraffatura è un operazione che permette l unione di due fogli di lamiera tramite ripiegatura del bordo di una lamiera sull altra. Tradizionalmente questa lavorazione avviene attraverso l utilizzo di stampi dedicati. Con questa attrezzatura il processo di aggraffatura avviene mediante l utilizzo di un rullino movimentato da un centro di lavoro a CN così da rendere la lavorazione più flessibile, requisito necessario per la prototipazione o la produzione di pre-serie. L aggraffatura permette di piegare la lamiera fino ad un angolo di 180. Tre sono le fasi in cui viene diviso il processo (Figura 5). Figura 5. Fasi dell aggraffatura. a)flangiatura; b) Pre aggraffatura; c) Aggraffatura. a) flangiatura (bending), ovvero la piegatura a 90 della lamiera lungo un profilo diritto o curvo; b) pre-aggraffatura (pre-hemming), ovvero fase in cui la lamiera viene ulteriormente piegata di 45 raggiungendo un angolo totale di piegatura di 135 ; c) aggraffatura vera e propria (hemming), ovvero la fase conclusiva della lavorazione dove la lamiera viene piegata fino ad un angolo di 180. L operazione di flangiatura viene effettuata utilizzando una piegatrice manuale con la quale si porta la lamiera a 90, ottenendo una flangia dell altezza desiderata. La fase di pre-aggraffatura è il risultato di due movimenti successivi del rullino montato sul mandrino. Il primo movimento ha la funzione di piegare il bordo della flangia fino ad un angolo superiore a 90 dato dalla precedente flangiatura; il secondo movimento porta la flangia all angolo di pre-aggraffatura scelto (Figura 6a). Il rullino viene quindi posizionato affinché il suo asse di rotazione sia parallelo alla lamiera interna. Durante la fase di aggraffatura vera e propria il rullino porta la flangia a contatto con la lamiera interna muovendosi lungo tutto il profilo della lamiera interna (Figura 6b). La Figura 6c. mostra le due lamiere a lavorazione ultimata. Figura 6. Lavorazione di aggraffatura. a) Pre-aggraffatura; b) Aggraffatura;c) Lavorazione ultimata.

7 Sala metrologica Attrezzature: CMM Rugosimetro - Rilevamento e misura di superfici. - Reverse engineering - Rilevamento di profili e misura della finitura superficiale. Descrizione La Macchina a Misura di Coordinate (CMM) disponibile è di tipo a portale (650x440x850) e permette di rilevare in modo sia automatico che manuale la geometria di un pezzo. Un tastatore di tipo piezoelettrico intercambiabile viene movimentato lungo i tre assi principali rilevando gli ingombri del pezzo raggiungendo anche le superfici in sottosquadro (quando accessibili). I dati raccolti vengono elaborati ed interpolati tramite software. E quindi possibile ricostruire forma e dimensioni di un componente esistente (reverse engineering) o verificarne le effettive dimensioni (analisi di processo). Figura 7. Macchina a CMM e particolare del tastatore.

8 Prototipazione rapida Tipo di prove: Realizzazione di prototipi fisici da modelli CAD 3D Caratteristiche: Volume Materiale File input 254 x 254 x 305 mm ABS formato STL Breakaway Support Technology - Realizzazione di prototipi fisici di particolari meccanici partendo dal modello virtuale sviluppato in ambiente CAD tridimensionale. - Possibilità di testare ingombri, assemblaggi, forme e interazioni tra i componenti di design. Con una stampante 3D di prototipazione rapida è possibile passare dal modello virtuale realizzato in ambiente CAD tridimensionale al prototipo fisico realizzato in materiale ABS. In questo modo è possibile verificare forma, dimensioni, ingombri, assemblaggi e interazioni tra le varie parti di un sistema complesso. E inoltre possibile valutare dal vero gli aspetti di design. I modelli, comunque sviluppati, devono essere forniti alla macchina in formato STL. Nell ambito didattico, inoltre, il laboratorio con la macchina di prototipazione rapida dà la possibilità agli studenti di completare il panorama delle problematiche connesse con lo sviluppo di nuovi prodotti e con lo studio delle relative tecnologie. Figura 8. Stampante 3D di prototipazione rapida.

9 Micro Milling Tipo di prove: Danneggiamento utensile 0 10 N Caratteristiche: Forza Accuratezze geometrica Velocità giri/min Finitura superficiale Materiali Ti6AL4V Dimensione bave Acciaio Inox Analisi forze di taglio Lega di Alluminio Influenza microstruttura sulla lavorazione - Analisi dell influenza dei parametri di lavorazione nelle microlavorazioni per asportazione di truciolo. - Analisi dell influenza della microstruttura dei materiali nelle microlavorazioni per asportazione di truciolo. - Studio e modellazione delle forze di taglio I test di microlavorazioni sono realizzati su una KERN PYRAMID NANO, una macchina speciale per microlavorazioni per asportazione di truciolo. Le forze di lavorazione vengono acquisite tramite una cella di carico Mini 40 dell ATI Industrial Automation con un accuratezza di 1/200N. Oltre alle forze di taglio è possibile monitorare ulteriori caratteristiche della lavorazione come ad esempio la rugosità superficiale, la dimensione delle bave, la geometria realizzata e i danni subiti dall utensile tramite analisi con microscopio a scansione elettronica (SEM).

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