Capitolo 3 PROGETTAZIONE ORIENTATA ALLE ESIGENZE DI FABBRICAZIONE. (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis, Manfredi - Costruzione di macchine

Transcript

1 Capitolo 3 PROGETTAZIONE ORIENTATA ALLE ESIGENZE DI FABBRICAZIONE 1

2 Argomenti Criteri generali di Design For Manufacturing Processi di fabbricazione Errori da evitare 2

3 Processi di fabbricazione Formatura (fonderia, metallurgia polveri, stampaggio ad iniezione) Deformazione plastica a caldo (forgiatura, stampaggio, ricalcatura) a freddo (piegatura imbutitura, profilatura) Addizione sovrapposizione di strati (compositi, rapid prototyping) Separazione meccanica (tranciatura, lavorazioni alle M.U.) termica (taglio al cannello, laser, ecc.) elettrochimica Unione per saldatura o brasatura incollaggio con chiodi, rivetti, ecc. per deformazione 3

4 Criteri generali: preferire forme semplici Semplice Complesso 4

5 Processi, serie di produzione e costi Sez. Per fusione, in ghisa (media e grande serie) Per stampaggio, in acciaio (grande serie) Per saldatura, in acciaio (pochi esemplari) 5

6 Costo unitario [ / pezzo] Processi e serie di produzione e costi saldatura 1 Pezzi prodotti

7 Componenti del costo di fabbricazione Costo unitario /pezzo Attrezzature (es.: modelli, casse d anima) Lavorazioni, controlli Materiale Esemplari prodotti 7

8 Influenza delle dimensioni sui costi Costo unitario % Attrezzature Costo unitario % Lavorazioni Lavorazioni Materiale N.o esemplari Materiale N.o esemplari 8

9 Dimensioni, volumi di produzione e costi Costi del materiale L 3 Costi dei trattamenti termici L 3 Costi delle lavorazioni L 2 Costi di ricoprimenti superficiali L 2 Costi attrezzature, impianti N -1 9

10 Costi totali Processi, costi e serie di produzione Saldatura Microfusione Fonderia in terra Stampaggio, pressofusione Fusione in stampi permanenti N. pezzi 10 3 N.B. valori indicativi! 10

11 Costi unitari e volumi produzione Costo unitario /pezzo [log] lavorazione alle M.U. dal pieno formatura (fonderia o stampaggio) + qualche lavorazione alle M.U. N esemplari [log] 11

12 Costi unitari e volumi produzione Costo unitario /pezzo [log] automazione spinta, orientata al prodotto processi semi-artigianali automazione flessibile robotizzazione N esemplari [log] 12

13 Riepilogo La componente percentuale del costo che dipende dalla realizzazione di modelli, stampi, attrezzi e strumenti speciali si riduce: con l aumento del volume di produzione (contributo al costo unitario N -1 ) con l aumento delle dimensioni perché allora prevalgono altri costi (del materiale e dei trattamenti termici L 3 ; per lavorazione o trattamento delle superfici L 2 ) 13

14 Precisione, finiture Ad ogni processo corrispondono una precisione ed una finitura ordinarie. Precisione o finitura straordinarie richiedono lavorazioni più lunghe e/o utensili e macchine speciali. I costi aumentano rapidamente con le esigenze di maggiore precisione o di migliore finitura. 14

15 Tempi relativi di lavorazione Finitura e precisione, tempi (e costi) delle lavorazioni alla M.U. Rettifica, superfinitura Alesatura Fresatura, Foratura, Tornitura 1 0,02 0, Ra [mm] IT4 IT6 IT7 IT9 grado tol. 15

16 Criteri generali: quotatura Poche, chiare superfici di riferimento B A 16

17 PROCESSI DI FORMATURA Esempi Criteri generali Richiami sui processi principali Criteri di disegno dei pezzi 17

18 Esempi di pezzi fusi Pinze per freni a disco Alberi a gomito Carcasse, supporti Lega Al Si Ghisa malleabile 18 18

19 Esempi di pezzi fusi o microfusi (cera persa) Getti in Al Si In forme terra Piccola pressofusione In ZAMa Microfusione in acciaio Grande getto in acciaio 19 19

20 Esempi di pezzi stampati a caldo Leghe di Al Cu Mg Pannello saldato Fucinato Acciai alta resistenza Lega di Titanio 20 20

21 Integrazione tra più processi La fonderia offre grande libertà di scelta di forme e dimensioni Lo stampaggio a caldo pone invece numerose limitazioni al riguardo Tramite la saldatura si possono: superare alcune delle suddette limitazioni combinare materiali diversi 21

22 Esempi di pezzi stampati e saldati a caldo Valvola di scarico BLISK = BLades + disk Palette saldate al disco 22

23 Formatura: pro e contro Riduzione del materiale grezzo e dello sfrido. Forme prossime o coincidenti (net shape) con quella definitiva. Struttura interna del materiale: favorevole? orientamento delle fibre in direzione flusso (proprietà meccaniche migliori in tale direzione) sfavorevole? orientamento delle fibre sfavorevole e soluzioni di continuità ove due flussi separati si riuniscono (meglio flusso unidirezionale) Costo di attrezzature, stampi, modelli. 23

24 Formatura e materiali Fonderia Struttura creata dalla solidificazione Difettosità diffusa o locale (bolle e cavità) Coazioni dovute ad impedito ritiro (spessori diversi, tempi di solidificazione diversi). Deformazione plastica a caldo Struttura orientata dal flusso plastico Limitata difettosità Alterazioni (es. decarburazione superficiale, minore durezza, legata alla lavorazione ad alta temperatura) 24

25 Fonderia in terra spessori minimi indicativi [mm] Dimensioni < 300 < 1200 < 3600 Leghe Al Bronzi 2, Ghisa grigia Ghise mall Acciaio

26 DISEGNO DEI PEZZI DA FONDERIA Criteri generali: Semplificare la formatura 26

27 Criteri generali Evitare coazioni l ultima parte a solidificare tira quella già solidificata cricca coazioni da impedito ritiro preferibile 27

28 Criteri generali Evitare l incrocio in un punto di più nervature coazioni la parte più spessa tira quella sottile difettosità 28

29 Criteri generali Nervature rimedio 29

30 Criteri generali Evitare distorsioni Disegnato Dopo formatura: Modifica la parte più spessa tira quella sottile 30

31 Criteri generali Spessori uniformi, raccordi 31

32 Criteri generali di formatura Ampi raggi di raccordo, angoli di sformo, L/ 1 r L a r Spessori quasi costanti Cerchi di controllo 32

33 Criteri generali Spessori quasi costanti, irrigidire tramite nervature 33

34 Criteri generali Raccordi non spigolosi (+ spessori quasi costanti) 34

35 Criteri generali Evitare brusche variazioni di spessore? 35

36 Criteri generali Evitare sottosquadri Esterni Interni 36 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

37 Criteri generali adattare il disegno al materiale Getto in ghisa 12 spessori costanti e nervature sia per irrigidimento sia per un migliore flusso di riempimento 37

38 Criteri generali Adattare il disegno al materiale Getto in acciaio 25 spessori maggiori, forme più semplici (minore fluidità dell acciaio fuso, maggiore ritiro) 38

39 Criteri generali Adattare il disegno al materiale Pressofusione in lega di alluminio 3 spessori e nervature più sottili migliore finitura superficiale 39

40 DEFORMAZIONE PLASTICA A CALDO Di materiali allo stato viscoso 40 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

41 Esempi di pezzi stampati a caldo forgiato in due parti e saldato difetto in forgiato di acciaio in lega leggera 41 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

42 Stampaggio a caldo dei materiali metallici Pezzo grezzo 42 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

43 Stampaggio a caldo dei materiali metallici Pezzo finito 43 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

44 Criteri generali Limitare la profondità delle impronte dello stampo H>>O 44 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine O

45 Criteri generali Variazioni di sezione limitate D 1,5D 45 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

46 Criteri generali Evitare asimmetrie 46 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

47 TRAFILATURA, ESTRUSIONE Esempi, forme ottenibili, criteri di disegno 47 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

48 Esempi di profili ottenibili Leghe metalliche Polimeri rinforzati da fibre 48 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

49 Estrusione Matrice, mandrini 49 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

50 Evitare spigoli ed asimmetrie 50 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

51 LAVORAZIONE DELLE LAMIERE Piegatura, tranciatura, imbutitura, etc. 51 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

52 Profilatura o piegatura della lamiera Evitare spigoli vivi, garantire accessibilità 52 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

53 Piegatura della lamiera Ritorno elastico crescente con Sy Rmin dipendente da spessore e duttilità t 53 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

54 Tranciatura della lamiera 54 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

55 Ridurre lo sfrido 55 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

56 Piegatura della lamiera particolare singolo (complesso) due semplici subparticolari saldati per punti 56 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

57 Imbutitura della lamiera H t R D H/D < 1; R > H/4; R > 4 t 57 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine

58 Taglio di lamiere e saldatura spessori quasi uguali garantire la accessibilità 58 (c) Pearson Italia S.p.A. - De Paulis Manfredi - Costruzione di macchine