E TECNOLOGIA MECCANICA Appello 10 settembre 2010 Laurea Ing. Energetica

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1 PRINCIPI DI PROGETTAZIONE QUESITI DI TECNOLOGIA MECCANICA E TECNOLOGIA MECCANICA Appello 10 settembre 2010 Laurea Ing. Energetica Nome Matricola Rispondere ai quesiti solo sui fogli protocollo. Tutti i fogli consegnati al termine della prova devono riportare nome e matricola del candidato. Non verranno corretti fogli non intestati. È obbligatorio consegnare il presente testo insieme allo svolgimento. Lasciare libero questo spazio

2 10 settembre 2010 QUESITI DI TECNOLOGIA MECCANICA Quesito TM1 : lavorazioni per alberi di trasmissione Dovete ordinare la produzione dell albero in acciaio da costruzioni, il cui disegno finito è mostrato in figura, che deve avere elevata precisione dimensionale e buona finitura superficiale pari a Ra=2.8 µm. La zona a diametro 20 è filettata con filettatura metrica ISO M20 (passo 1 mm, diametro di nocciolo mm). I due smussi conici sono a 45. Il semilavorato di partenza è una barra cilindrica, di diametro iniziale D 0= 54 mm, già sfacciata quindi già a lunghezza L 0= 175 mm, in acciaio da costruzione (parametro di Kronemberg n=4, pressione specifica p s =2050 MPa). Tranne che per l esecuzione della filettatura, viene usato sempre lo stesso utensile sia in sgrossatura che in finitura. Si ipotizzi in sgrossatura un avanzamento massimo pari ad a=2 mm/giro. L utensile usato può impegnarsi per una massima profondità di passata pari a 9 mm e può lavorare nel seguente range di velocità di taglio: sgrossatura finitura v t [m/min] v t [m/min] Min Max Il tornio disponibile ha un numero di giri massimo pari a 5000 giri/min. Assumete opportune ipotesi circa la pianificazione delle lavorazioni, tenete presente sempre l obiettivo di massimizzare la produttività e rispettate i vincoli sulla finitura superficiale. 1) Elencate quali operazioni di sgrossatura e finitura sono necessarie per l esecuzione del pezzo e indicate per ciascuna di queste operazioni la profondità di passata che utilizzereste. 2) Scegliete, anche senza eseguire calcoli, tra le operazioni suddette, quale secondo voi è più probabilmente l operazione più gravosa, cioè che richiede la massima potenza. 3) Per l operazione di cui al punto 2), ipotizzando di non avere vincoli di potenza, scegliete i più opportuni parametri di taglio (velocità ed avanzamento: v t, a, ); calcolate di conseguenza la potenza richiesta. 4) Per l operazione di cui al punto 2), ipotizzando di avere un vincolo di potenza pari a 25 kw, dire se e come cambiano i parametri di taglio (velocità ed avanzamento: v t, a, ); 5) Per le operazioni di finitura e di filettatura previste, dire quale velocità di avanzamento utilizzereste.

3 10 settembre 2010 QUESITI DI TECNOLOGIA MECCANICA Quesito TM2 : produzione di contenitori tramite imbutitura Considerati i due processi di imbutitura mostrati in figura seguente: F A F B A B I due processi differiscono tra loro solo per la presenza, nel secondo caso, di un foro circolare pre-eseguito al centro del contenitore sotto il punzone. A parità di forza del premilamiera e di corsa totale del punzone: dire (argomentando) se i due processi differiscono in termini di forza di imbutitura; se sì, quale dei due casi richiederà una forza di imbutitura maggiore e perchè? dire (argomentando) se i due processi differiscono in termini di rischio di frattura del pezzo durante il processo; se sì, quale dei due casi presenterà un rischio maggiore e perchè? dire (argomentando) se i due processi differiscono in termini di rischio di formazione di grinze sotto la flangia durante il processo; se sì, quale dei due casi presenterà un rischio maggiore e perchè?

4 Soluzione al tema Tecnologia Meccanica del Problema TM1 di tornitura 1.1) Didiviamo le operazioni in tre categorie: tornitura di sgrossatura, tornitura di finitura, tornitura di filettatura. Partendo da diametro 54, il massimo sovrametallo da asportare è: 2 mm nel tratto a diametro 50 8 mm nel tratto a diametro mm nel tratto filettato a diametro 20 Ipotizzando ad esempio di lasciare proprio 2 mm di sovrametallo per le operazioni di tornitura di finitura, in sgrossatura bisognerà asportare: 0 mm nel tratto a diametro 50 6 mm nel tratto a diametro mm nel tratto filettato a diametro 20 La profondità di passata massima non può superare il valore di p=9 mm, quindi comunque il terzo tratto andrà eseguito con 2 passate, ciascuna ragionevolmente con p=15/2=7.5 mm. 1.2) Per massimizzare la produttività, si sceglierà comunque una velocità di taglio pari al massimo del range suggerito: 280 m/min. La prima di queste due passate di sgrossatura sarà quella che richiederà, fissata la velocità di taglio, la massima potenza, poiché eseguita al diametro maggiore di 54 mm. 2.3) Il valore di n (per quanto detto sopra v t =280 m/min) sarà: n = = [giri/min], al di sotto del massimo. π 54 Volendo massimizzare l avanzamento per massimizzare la produttività, a=2mm/giro. Infine la massima potenza necessaria è 1 ( a p) n ( 2 7.5) 1 vt ps 4 Pt = = = 120 η [ kw ] 2.4) si dovrà ridurre uno o entrambi i parametri di taglio. Ad esempio si può tenere costante v t =280 m/min, e fissata la massima potenza si dovrà ridurre necessariamente l avanzamento risolvendo la seguente equazione: ( a 7.5) = 25, da cui a=0.42 mm/giro. 2.5) Per le operazioni di tornitura di finitura occorre calcolare l avanzamento tramite il vincolo sulla finitura superficiale. Per le operazioni di filettatura, l avanzamento è pari al passo.

5 Problema TM2 Il caso A richiede una forza maggiore e presenta un maggior rischio di frattura. I due casi sono pressoché equivalenti in termini di rischio di grinze.