Introduzione alle tecnologie di fabbricazione Introduzione 1.1 Processi tecnologici di trasformazione 1.2 Attributi geometrici dei prodotti

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1 Indice PREFAZIONE RINGRAZIAMENTI DELL EDITORE GUIDA ALLA LETTURA XIII XIV XV 1 Introduzione alle tecnologie di fabbricazione 1 Introduzione Processi tecnologici di trasformazione Precisione nelle trasformazioni Attributi geometrici dei prodotti Accuratezza dimensionale dei prodotti Tolleranze dimensionali Tolleranze unificate Tolleranze geometriche Qualità delle superfici lavorate Caratteristiche dei processi di trasformazione Controlli e collaudi dimensionali Metrologia, misurazioni e sistemi di misura Strumenti e tecniche per la misurazione Fattori rilevanti nella scelta delle apparecchiature di misura Strumenti e tecniche di misura dimensionale a contatto Strumenti misuratori Strumenti riportatori Strumenti di controllo fissi Strumenti comparatori misuratori Macchine di misura a coordinate Caratteristiche funzionali e strutturali delle macchine di misura Configurazione delle macchine di misura Particolari costruttivi Tastatore Armadio elettrico Programmi I collaudi dimensionali con le macchine di misura Attività di ispezione e di controllo per la qualità nei processi di fabbricazione Controllo di qualità e la variabilità del processo Controllo della qualità in progettazione e in produzione Capacità di processo Assegnazione statistica delle tolleranze 37

2 INDICE VII 1.11 Funzione perdita per qualità Controllo statistico di processo Campionamento statistico Carte di controllo Carte di controllo per variabili Carte di controllo per attributi Test delle successioni Strategie operative nel controllo di processo 53 RIEPILOGO 54 PROBLEMI 55 NOTE BIBLIOGRAFICHE 55 2 Principi fondamentali della produzione per fonderia 57 Introduzione Fonderia in forme transitorie e in forme permanenti Classificazione dei processi di fonderia Ciclo di fabbricazione dei getti Fusione dei materiali metallici e problemi connessi Fusione dei metalli e delle leghe Versamento e moto del metallo fuso nelle forme Caratteristiche del metallo fuso Analisi ingegneristica della colata Estrazione termica e la solidificazione Meccanismi di solidificazione dei getti Solidificazione dei metalli e delle leghe Formazione della microstruttura nei getti Affinazione del grano nei getti Effetti al raffreddamento Fenomeno del ritiro e suoi effetti Compensazione degli effetti del ritiro Formazione di soffiature Tensioni di ritiro Colabilità dei materiali da fonderia Simulazione nei processi di fonderia 93 RIEPILOGO 96 PROBLEMI 97 NOTE BIBLIOGRAFICHE 98 3 Processi di fonderia in forme transitorie e permanenti 99 Introduzione Realizzazione delle forme Processi e modalità di formatura in terra Modelli Risoluzione dei sottosquadri Anime Terre di fonderia Fonderia di precisione con tecniche di microfusione 109

3 VIII INDICE 3.4 Fonderia con modelli transitori in schiuma Modello Principali problematiche Fonderia con forme permanenti Aspetti generali della colata in conchiglia Aspetti realizzativi delle forme metalliche Metodi e tecniche di colata Colata per gravità Colata con applicazione di pressione Colata centrifuga Fonderia con controllo della solidificazione Fonderia con solidificazione sottopressione Fonderia con controllo direzionale della crescita del grano Materiali da fonderia Assicurazione di qualità e difetti nei getti Difetti esterni Difetti interni 131 RIEPILOGO 133 PROBLEMI 133 NOTE BIBLIOGRAFICHE Aspetti generali delle lavorazioni per deformazione plastica 135 Introduzione Struttura cristallina dei materiali metallici Difetti reticolari nei cristalli reali Micro-meccanismi di scorrimento plastico Cenni sulla meccanica delle dislocazioni Meccanica della deformazione plastica Forze e tensioni Misura delle deformazioni Analisi del comportamento plastico in condizioni di carico mono-assiale a temperatura ambiente Prove di compressione e di torsione Dipendenza delle caratteristiche di flusso plastico dai parametri di lavorazione Dipendenza delle caratteristiche di flusso plastico dalla temperatura e dalla velocità di deformazione Modelli reologici Condizioni di plasticità per materiali duttili Condizione di Galileo (Teoria della massima tensione principale positiva) Teoria della massima tensione principale positiva e negativa Condizione di Tresca (Teoria della massima tensione tangenziale) Condizione di Beltrami-Haigh (Teoria dell energia di deformazione) Condizione di von Mises (Teoria dell energia di distorsione) Confronto tra le condizioni di Tresca e von Mises Relazioni tra tensioni e deformazioni in campo plastico Progettazione delle lavorazioni per deformazione plastica Obiettivi e vincoli nella progettazione dei processi di formatura 176

4 INDICE IX Metodologie semplici di analisi dei processi di formatura 177 RIEPILOGO 186 PROBLEMI 187 NOTE BIBLIOGRAFICHE Processi di formatura massiva 189 Introduzione Aspetti peculiari dei processi di formatura massiva Attrito nei processi di formatura massiva Effetto della temperatura sulla formatura massiva Forgiatura dei metalli (fucinatura e stampaggio) Fucinatura libera Valutazione della forza necessaria per la ricalcatura di pezzi prismatici in stato piano di deformazione Valutazione della distribuzione delle pressioni nella ricalcatura di pezzi cilindrici Stampaggio Stima del carico di stampaggio Difetti nei prodotti forgiati Estrusione dei metalli Meccanismo di deformazione nell estrusione Valutazione della forza e della potenza necessaria per l estrusione Cenni sugli impianti e sulle attrezzature utilizzate per l estrusione dei metalli Difetti nei prodotti estrusi Trafilatura dei metalli Valutazione della forza e della potenza necessaria per la trafilatura Cenni sugli impianti e sulle attrezzature utilizzate per la trafilatura Laminazione dei metalli Meccanismo di deformazione nella laminazione dei metalli Metodi semplificati per la valutazione della coppia e della potenza necessaria per la laminazione dei metalli Cenni sugli impianti di laminazione Difetti nei prodotti di laminazione Processi speciali di laminazione Principali test per la valutazione delle condizioni di attrito nei processi di formatura massiva Ring-test Double-cup extrusion test 244 RIEPILOGO 246 PROBLEMI 246 NOTE BIBLIOGRAFICHE Processi di formatura a freddo delle lamiere 249 Introduzione Aspetti peculiari delle lavorazioni delle lamiere Anisotropia delle lamiere Formabilità delle lamiere Tranciatura delle lamiere Meccanismo di deformazione nella tranciatura Influenza del gioco sul meccanismo di deformazione 261

5 X INDICE Forze necessarie per la tranciatura Tranciatura fine Piegatura delle lamiere Processi di piegatura con lamiera ferma Processi di piegatura con lamiera in movimento Fenomeno del ritorno elastico Imbutitura e stampaggio delle lamiere Imbutitura profonda di elementi cilindrici Scelta dei parametri operativi nell imbutitura profonda Imbutitura di elementi prismatici Tecnologie innovative di formatura delle lamiere Processi di idroformatura delle lamiere Processi di idroformatura dei tubi Processi di formatura incrementale delle lamiere 294 RIEPILOGO 300 PROBLEMI 300 NOTE BIBLIOGRAFICHE Principi fondamentali del taglio dei metalli 303 Introduzione Meccanica della formazione del truciolo Forze di taglio nel taglio ortogonale Modello di Lee & Shaffer Aspetti termici della formazione del truciolo Variabili di processo nella formazione del truciolo Angolo di spoglia frontale Spessore del truciolo prima del taglio Larghezza di taglio Velocità di taglio Materiale lavorato Materiale dell utensile Cenni di microtaglio Applicazione del FEM al taglio dei metalli Caratterizzazione del comportamento termico-meccanico del materiale Modellizzazione delle condizioni di attrito e di scambio termico Modellizzazione della formazione e della rottura del truciolo 329 RIEPILOGO 331 PROBLEMI 331 NOTE BIBLIOGRAFICHE Lavorazioni per asportazione di truciolo con utensili da taglio 333 Introduzione Tornitura Foratura Alesatura e barenatura Fresatura Fresatura periferica Fresatura frontale 354

6 INDICE XI 8.5 Brocciatura Materiali per utensili Durata degli utensili Cenni di economia del taglio Ottimizzazione rispetto al minimo costo del prodotto Ottimizzazione rispetto alla massima produttività Materiali di più comune utilizzo e loro lavorabilità Acciai Rame Ottone Bronzo Alluminio Magnesio Titanio Leghe a base di nichel 375 RIEPILOGO 377 PROBLEMI 377 NOTE BIBLIOGRAFICHE Taglio delle ruote dentate 381 Introduzione Dentatrice a creatore Dentatrice a stozzare Finitura delle ruote dentate: rasatura o sbarbatura 390 RIEPILOGO 393 PROBLEMI 393 NOTE BIBLIOGRAFICHE Rettificatura 395 Introduzione La mola Caratteristiche fondamentali delle mole Meccanismo di formazione del truciolo nella rettificatura Scelta della velocità di taglio Il processo di rettifica Processi speciali di rettificatura Rettifica dal pieno Rettifica senza centri Rettifica pendolare Rettifica degli ingranaggi cilindrici 422 RIEPILOGO 425 PROBLEMI 425 NOTE BIBLIOGRAFICHE Processi di collegamento 427 Introduzione Saldatura Saldatura ad arco Saldatura per resistenza 440

7 XII INDICE Saldatura allo stato solido Giunzione meccanica Giunzione senza materiale ausiliario Giunzione con materiale ausiliario Confronto tra saldatura per punti e tecniche di giunzione meccanica 464 RIEPILOGO 465 NOTE BIBLIOGRAFICHE Lavorazioni speciali 467 Introduzione Lavorazioni con fascio laser Principio fisico del laser Sistemi laser Applicazioni industriali del laser Taglio laser Saldatura laser Saldatura delle lamiere sottili in campo autoveicolistico I processi per elettroerosione Principio fisico del processo Vantaggi, limitazioni e campi di applicazione dell elettroerosione Lavorazioni additive Considerazioni generali sulla fabbricazione additiva Principali fasi necessarie a generare un pezzo Principali processi additivi 498 RIEPILOGO 509 NOTE BIBLIOGRAFICHE 510 A Metodo degli elementi finiti 511 Introduzione 511 A.1 Cenni generali sul metodo degli elementi finiti 511 A.2 Applicazione del FEM ai processi di formatura 513 A.2.1 Flow formulation 513 A.2.2 Solid formulation 519 A.2.3 Dynamic formulation 520 A.3 Codici FEM per la simulazione dei processi di formatura 523 A.3.1 CAD e discretizzazione 523 A.3.2 Introduzione dei dati del materiale e dei parametri di processo 526 A.3.3 Generazione del file di dati e analisi 527 A.3.4 Presentazione e analisi dei risultati 528 A.4 Approccio integrato alla progettazione dei processi produttivi 528 NOTE BIBLIOGRAFICHE 530 Indice analitico 531