Esame di Stato di Istituto Tecnico Industriale Seconda prova scritta L'albero conduttore di un piccolo cambio a due velocità deve trasmettere una potenza di 4kW a 78rad/s. Due ruote dentate cilindriche a denti diritti sono ricavate direttamente sull'albero, una terza è calettata con linguetta sull'estremità dell'albero. Materiale: acciaio da bonifica 39NiCrMo3 UNI 7845 con R = 920 N/mm 2 1. diametro del perno d'estremità 16 mm 2. diametro del perno intermedio 22 mm 3. diametro del tratto compreso tra le due ruote 30 mm 4. diametro dell'estremità dell'albero 20 mm Ruota dentata 1 2 Angolo di pressione 20 20 Numero di denti 18 25 Diametro primitivo 54 mm 65 mm Modulo 3 mm 2.5 mm Larghezza dente 24 mm 20 mm Il candidato esegua: 1. il calcolo di verifica a torsione dell'albero, determinando il coefficiente di sicurezza: 2. la scelta del semilavorato di partenza per la produzione di 4500 pezzi supponendo che: il tempo richiesto dalle operazioni di tornitura per la fabbricazione di un pezzo da barra tonda è di 37 minuti; se il pezzo viene ricavato da un grezzo stampato, il tempo complessivo delle operazioni di tornitura è di 23 minuti con un risparmio di materiale di 1200 per pezzo; il costo orario per le lavorazioni, in entrambi i casi, è di 118000; il costo dello stampo e delle relative apparecchiature è di 53000000 3. il cartellino del ciclo di lavorazione; 4. il calcolo delle variabili di taglio di una tornitura, prevista nel ciclo, compatibili con la potenza di 4 kw del motore elettrico di alimentazione del tornio. Il candidato descriva la funzione del controllo statistico di qualità.
VERIFICA A TORSIONE DELL'ALBERO Determino il Momento torcente Mt 1000 N 3500 Mt = = = 44. 8Nm ϖ 78 dove N esprime la potenza in kw e ω la velocità di rotazione in rad/s. La tensione di torsione τ in corrispondenza dell'estremità dell'albero (lato linguetta) vale: 16 1000 Mt τ = π d 100 44.8 = = 28. 5 3 3 π 20 N mm 2 La tensione di rottura a trazione τ R si determina in funzione del carico di rottura a trazione R assegnato: τ R 531N 3 mm R = = 2 Il coefficiente di sicurezza ν, espresso come rapporto tra la tensione di torsione applicata e il corrispondente valore a rottura, vale: τ 531 = R ν = = 18.63 τ 28.5 valore più che accettabile, anche tenendo conto degli eventuali sovraccarichi e dell'indebolimento indotto sia dalla cava per la linguetta sia dal foro filettato in testa.
CALCOLO DELLE VARIABILI DI TAGLIO DI UNA OPERAZIONE DI TORNITURA Calcolo di prima approssimazione Considero la tornitura cilindrica del diametro sede della linguetta. Il sovrametallo dello stampato sia di 1.5 mm. (rif. DIN 7523). Ovvero diametro grezzo da stampo 23 mm; diametro finito 20 mm. Tabella DIN7523 Sovrametalli per pezzi stampati di acciaio Sovrametallo z 1 per superfici esterne ed interne (mm) Max. larghezza o Max. altezza o lunghezza della superficie (mm) diametro della > 1 > 250 > 400 > 1000 superficie (mm) 63 > 63 1 250 400 1000 2500 25 1,5 1,5 1,5 1,5 2 2,5 > 25 40 1,5 1,5 1,5 1,5 2 2,5 > 40 63 1,5 1,5 1,5 2 2,5 3 > 63 100 1,5 1,5 2 2,5 3 3,5 > 100 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 > 1 250 2 2,5 3 3,5 4 5 > 250 400 2,5 3 3,5 4 5 6 > 400 630 3,5 4 4 5 6 7 Sovrametallo z 2 per fori cilindrici (mm) Diametro del foro Lunghezza l 3 del foro (mm) (mm) 63 > 63 100 > 100 140 > 140 200 >200 280 25 2 - - - - > 25 40 2 3 - - - > 40 63 2 3 3,5 - - > 63 100 3 3 3,5 4,5 5 > 100 1 3 3 3,5 4,5 5 Ipotizzando di portare a misura il diametro in una sola operazione, la profondità di passata p risulta di 1.5 mm.
L'avanzamento a, tenuto conto che la superficie deve essere preparata per una successiva operazione di rettifica, viene fissato in 0.6 mm/giro. La sezione di truciolo q vale perciò: q = p a = 1.5 0.6 = 0.9mm 2 Il carico di strappamento K S può essere posto pari a 30 N/mm 2 dell'ingegnere 80a ed.) (G. Colombo Manuale La forza F agente sul tagliente vale quindi: F = K S q = 30 0.9 = 3240N Fissato un rendimento globale della macchina η pari a 0.7, la velocità di taglio V T compatibile con una potenza N di 4 kw vale: V T Allo stato ricotto 1000 N η 4000 0.7 = = = 0.86 m 52 m F 3240 s min Denominazione Carico rottura a trazione σ R [kg/mm] Caratteristiche Durezza Brinell Sfera 10mm Carico 3000kg σ [kg/mm] q = 1 mm 2 q = 10 mm 2 q = 50 mm 2 Acc. dolce 30 40 90 120 170 125 102 Acc. medio tenore C 40 50 120 140 210 155 127 Acc. medio tenore C 50 140 170 250 188 151 Acc. duro 70 170 195 300 232 181 Acc. duro 70 80 195 235 359 265 217 Acc al Cr-Ni 65 80 190 225 241 193 164 Acc. in getti 45 55 135 1 176 124 98 Ghisa meccanica 14 20 1 200 85 64 50 Ottone in barre 30 35 80 110 70 49 38 Bronzo 20 25 70 90 79 46 32 Alluminio in getti 9 18 65 70 54 47 43 Elektron - 50 24 20 16 SCELTA DEL SEMILAVORATO DI PARTENZA Costo C B dell'operazione di tornitura nel caso di partenza dalla barra: C h costo orario 118000 n p numero di pezzi 4500 t f tempo di fabbricazione 37 minuti
C B t f n = Ch p 37 = 118000 4500 = 327450000 Costo C P dell'operazione di tornitura nel caso di partenza dallo stampato: C h costo orario 118000 C s costo dello stampo 53000000 R m risparmio di materiale 12000/pezzo t f tempo di fabbricazione 23 minuti C P t f = Ch n p Rm n p + Cs 23 = 118000 4500 12000 4500 + 53000000 = 251150000 La partenza dallo stampato è più conveniente. CICLO DI LAVORO Albero di rinvio Materiale: 39NiCrMo3 Grezzo: stampato Numero pezzi: 4500 10 Intestare e centrare estremità 16. Pezzo su autocentrante riferito sul diametro esterno della ruota maggiore 20 Intestare e centrare estremità lato linguetta. Pezzo su autocentrante riferito sul diametro esterno della ruota maggiore 30 Eseguire filettatura sul centro 40 Tornire 16 + 0.2 ed eseguire gola. Pezzo tra le punte 50 Eseguire smusso Tornire 403 70 Tornire + 0.3 80 Tornire 40 90 Eseguire smussi su ruota piccola 100 Girare pezzo 110 Tornire 20 + 0.2 ed eseguire gola 120 Eseguire smusso 130 Tornire 22 + 0.25 ed eseguire gola 140 Tornire 44 150 Tornire 70 + 0.3 1 Tornire 44 170 Eseguire smussi su ruota grande 180 Montare pezzo su fresatrice ed eseguire cava per linguetta 190 Montare pezzo su dentatrice tipo Fellow 200 Sgrossare denti ruota piccola 210 Sgrossare denti ruota grande 220 Controllo dimensionale 230 Bonificare 240 Sabbiare 250 Raddrizzare albero 2 Controllare assenza screpolature 270 Controllare durezza.
280 Ripassare centro lato 16. Pezzo su autocentrante riferito sul diametro esterno della ruota maggiore 290 Ripassare centro e filetto relativo estremità opposta. Pezzo riferito sul diametro esterno della ruota maggiore 300 Rettificare 16 g6. Pezzo tra le punte 310 Rettificare h11 320 Rettificare 70 h11 330 Girare pezzo 340 Rettificare 20 e7 350 Rettificare 22 g6 3 Montare pezzo su fresatrice e ripassare cava per linguetta 370 Montare pezzo su dentatrice e finire le dentature 380 Sbarbare i denti 390 Controllo finale LA FUNZIONE DEL CONTROLLO STATISTICO DI QUALITA' Nel controllo statistico di qualità (CSQ) viene esaminato un limitato numero di pezzi e tramite un processo inferenziale i risultati ottenuti vengono estesi, nell'ambito di un precisato intervallo di confidenza, a tutta la produzione che viene scartata o accettata, nel suo insieme, senza separazione dei pezzi difettosi. L'obiettivo del CSQ è duplice: 1. rilevare la qualità della produzione già realizzata; 2. prevedere la qualità della produzione futura.