Design del codolo di accoppiamento

La superficie in accoppiamento tra corpo pompa e supporto necessita di una soluzione a leggera interferenza in modo da assicurarsi che il tutto resti fisso, senza introdurre vibrazioni. Avere interferenza per un tratto lungo come quello in esame, comporta notevoli difficoltà per lo stampaggio (precisone richiesta molto elevata), e introduce difficoltà di assemblaggio a causa dell’elevata forza di inserzione. Sono state pensate una serie di opzioni differenti per risolvere questo problema. Le varianti proposte sono mostrate in Fig. 8.3-1 con vista dal fondo.

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Fig. 8.3-1 Varianti della sezione di accoppiamento del bracket

Le tre varianti sono: una sezione circolare in accoppiamento con il corpo pompa modificato, una geometria ottagonale e una dodecagonale. Concentrandosi sulle ultime due geometrie, il concetto di base del design è quello di ridurre i punti di contatto tra albero e mozzo. La diminuzione dei punti di contatto consente di limitare le forze di assemblaggio, facendo anche da cuscino per eventuali deformazioni derivanti dallo stampaggio. Per ciò che concerne la terza geometria, a sinistra in Fig. 8.3-1, è stata prodotta una sezione circolare semplice, ciò che cambia è il fondo del corpo pompa, che presenta una serie di rilievi atti alla riduzione della superficie di contatto (Fig. 8.3-2).

Fig. 8.3-2 Vista dall'alto del corpo pompa modificato per ridurre la superficie di contatto

Passando attraverso dei prodotti realizzati mediante stampa 3D è stato possibile capire pregi e difetti delle diverse soluzioni. Disponendo i layer delle alette nella direzione ortogonale, rispetto a quella di flessione, è stato possibile ottenere dei prototipi funzionali, in grado di flettersi a sufficienza in fase di assemblaggio, e resistere alle sollecitazioni di prova. Grazie alla produzione dei campioni si è riusciti a identificare la migliore soluzione tra quelle proposte, e sono stati individuati due limiti riguardanti la resistenza e l’assemblaggio. La risposta ai problemi di resistenza è stata data aumentando la dimensione della porzione in aggancio. Il problema di resistenza era dato dalla facilità di sfilamento del bracket dal punto di ancoraggio. Il secondo aspetto riguarda invece la progettazione improntata verso l’assemblaggio manuale o robotizzato. Adottando le tecniche del design for manual assembling è stato studiato un sistema biunivoco di montaggio. Eseguendo due indici sulle superfici laterali non agganciate, che originariamente avevano come unica funzione il centraggio del sostegno, è stato possibile creare due posizioni di accorpamento univoche. L’indicizzazione si presta inoltre ad essere sfruttata come riferimento per l’assemblaggio robotizzato. Il risultato delle modifiche è mostrato in Fig. 8.3-3.

Capitolo 8 – Redesign di un componente

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Fig. 8.3-3 Risultato finale della progettazione del bracket

La creazione di una nuova geometria per il bracket ha costretto la modifica della porzione di fondo del corpo pompa. Al posto di presentare una serie circolare di piolini, dove andava saldato il bracket, si è creata una corona circolare con due finestre per l’ingaggio dello snap-fit. Naturalmente l’indice realizzato sul sistema di aggancio è riportato, come estrusione, nel corpo pompa, con la funzione di ostacolo per eventuali tentativi di assemblaggio scorretti. Le due proposte sviluppate in tutti i loro aspetti sono riportate in Fig. 8.3-4, in accoppiamento con i rispettivi corpi pompa.

Fig. 8.3-4 Opzioni di assemblaggio del supporto posteriore

Si termina dicendo che tutta la geometria del bracket di destra (in Fig. 8.3-4) è stata pensata per avere uno stampo in apri e chiudi, senza ulteriori movimenti o spine per la creazione dei fori.

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Conclusioni

A termine dell’elaborato è corretto trarre delle conclusioni, rispetto a quanto è stato realizzato durante il periodo di tesi. In prima battuta bisogna dire che: vista la vastità degli argomenti analizzati, non è stato possibile approfondire in maniera molto dettagliata tutte le materie di studio. Con questa affermazione si vuol far riferimento alla caratterizzazione temporale degli elastomeri e gli effetti di invecchiamento delle parti.

Da questo progetto nasce una base documentale solida, sulla quale improntare studi di sviluppo futuri per applicazioni simili. Si vuole trasmettere in particolare l’approccio di una progettazione ragionata in relazione alle sollecitazioni ed al processo. Specialmente con l’utilizzo di componenti in materiale polimerico, è fondamentale studiare il design delle parti, in modo da poter produrre dei componenti capaci di soddisfare le esigenze meccaniche previste dall’impiego. Il documento stilato ha l’obiettivo ulteriore di incuriosire il lettore a produrre prove di laboratorio, atte alla caratterizzazione dei materiali e all’individuazione dei limiti di esercizio per componenti.

Per mezzo di prove di laboratorio è stato possibile identificare fenomeni come quello del creep, che se non controllato in maniera opportuna avrebbe potuto decretare una rottura ingiustificata della motopompa. Si è visto infatti, che con le sollecitazioni presenti per questa applicazione specifica, i materiali assumevano un comportamento sensibilmente diverso. Il polipropilene con rinforzo in fibra di vetro non ha mostrato infatti, effetti rilevanti rispetto al creep, anche se sottoposto a temperature elevate (70°𝐶). Parlando invece del polipropilene con carica minerale di talco, sono state viste delle deformazioni, che dopo due cicli di lavaggio consecutivi (simulando solo l’effetto della temperatura in cella climatica), erano pari a 𝜀 = 1,2 ∙ 10−3. Questo risultato non sarebbe assolutamente trascurabile, se non fosse per il fatto che le deformazioni generate sui componenti arrivavano ad esse anche tre volte superiori al valore citato. Sarebbe particolarmente stimolante riuscire a creare un modello numerico previsionale delle forze locali prodotte dalla tenuta elastomerica. In questo elaborato si è riusciti al massimo a identificare degli intervalli di pressione, non potendo modellizzare la tenuta tramite una legge iperelastica basata su dati di laboratorio per l’EPDM. Avere degli strumenti di studio così potenti, affiancati da una conoscenza superiore dell’invecchiamento dei materiali, permetterebbe di stimare precocemente i risultati delle prove di vita. Ad ogni modo, dovendo lanciare produzioni di serie con numeri che si aggirano intorno al milione di pezzi, non si crede possibile la sostituzione totale dei test di vita con simulazioni numeriche. La ragione sta nelle innumerevoli condizioni al contorno da dover implementare nei software.

L’aver riprogettato i cicli di stampaggio dei diversi componenti, al fine di ottenere parti con geometrie più simili rispetto a quelle progettate a CAD, ha permesso di individuare difetti di cui fino ad oggi si ignorava l’esistenza. Ad alcuni di questi difetti possono essere attribuiti cedimenti, piuttosto che mal funzionamenti dell’assieme. Grazie a queste analisi è stato possibili analizzare aspetti quali: orientamento delle fibre,

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presenza di linee di giunzione e quant’altro. Potendo quindi confrontare le simulazioni strutturali con i risultati di processo, si ha un quadro più completo rispetto a quello che succede realmente alle diverse parti della pompa. Risultati ancora superiori si sarebbero ottenuti nel momento di cui le due analisi fossero state unite per mezzo di software come Helius, capaci di modificare la matrice di rigidezza delle simulazioni strutturali in relazione all’orientazione delle fibre.

Infine, la riprogettazione di componenti, in ottica cost saving, ha permesso di unire la mera progettazione ad aspetti legati alla sfera economica, argomento particolarmente sensibile in settori concorrenziali come quello dell’elettrodomestico. La necessità continua di ridurre i costi del prodotto stimola i progettisti a trovare soluzioni più vantaggiose, ma altrettanto prestanti in termini di performance.

Si termina l’elaborato dicendo che in generale i risultati ottenuti rispecchiano quanto si sta vedendo dalle prove di vita (e da altri stress test), nei limiti delle approssimazioni fatte. In aggiunta, si spera che i miglioramenti proposti vengano adottati, al fine di realizzare prodotti superiori rispetto a diversi punti di vista.

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Appendice A