4. SVILUPPO DI UNA NUOVA VENTOSA

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4. SVILUPPO DI UNA NUOVA VENTOSA

4.1 Modifiche della superficie di presa della ventosa “a petali”

Sulla base dell’analisi dei risultati della campagna prove effettuata, si è resa necessaria una riprogettazione della ventosa “a petali” avente come scopo la determinazione di una forma della superficie di presa in grado di assicurare flessibilità, e quindi la capacità di presa nelle condizioni più sfavorevoli, unitamente ad un incremento delle forze sopportabili.

Per non intervenire su un elevato numero di variabili, si è deciso di mantenere costante il valore dell’area di contatto con la pelle. Anche il valore dell’area della totalità dei canali di aspirazione non è stato modificato in quanto è stato determinato attraverso uno studio di ottimizzazione svolto in lavoro di tesi precedente. I risultati di tale studio hanno portato alla determinazione di una relazione tra l’area di aspirazione della ventosa e la massima forza da essa esercitabile, che ha una andamento a campana, per cui è stato possibile individuare un valore ottimale della superficie di aspirazione (figura 4.1).

Forza esercitabile dalla ventosa A* Fmax Area di aspirazione

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78 In figura 4.2 è mostrata la nuova forma della ventosa. Sono state introdotte due modifiche sostanziali rispetto alla forma propria della ventosa “a petali”: è stato aumentato il valore del raggio di raccordo della zona di separazione dei petali e sono stati sviluppati petali con estremità arrotondata.

L’aumento del valore del raggio di raccordo nella zona di separazione dei petali ha come obiettivo il miglioramento dei valori di forza di presa ammissibili dalla ventosa.

In tale modo i bordi della zona centrale posseggono maggiore possibilità di deformazione, rispetto al caso della ventosa “a petali” in cui tale zona, data la minore estensione del bordi risulta più rigida ed incapace quindi di seguire le piegatura della pelle e ciò ne comporta il distacco.Aumentando la superficie della zona centrale della ventosa si tende a raggiungere le caratteristiche della ventosa R1, le cui dimensioni e la cui forma quasi circolare permettono di realizzare elevati valori del grado di vuoto su una pelle piana e di conseguenza di sopportare elevate forze di presa.

La forma dei petali è stata concepita per aumentare la capacità di adattamento, e quindi di mantenimento della presa, in corrispondenza delle grosse pieghe della pelle, rendendo la ventosa molto flessibile. In particolare, il valore della loro lunghezza e del raggio della zona d’estremità, sono stati determinati al fine di permettere capacità di inflessione rispettivamente attorno agli assi X e Y mostrati in figura 4.3.

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Figura 4. 3: Dimensioni che influenzano la capacità di inflessione attorno agli assi X e Y

4.3 Realizzazione della nuova ventosa

Per abbreviare i tempi di realizzazione e valutare l’influenza della forma sulle prestazioni, la nuova ventosa è stata realizzata senza il sistema di sollevamento di petali.

Il sistema di realizzazione, come nel caso delle altre ventose sviluppate in precedenza presso il DIMNP, prevede la colata di materiale siliconico entro due stampi contrapposti: uno inferiore di gomma siliconica (figura 4.4) ed uno superiore di alluminio (figura 4.5).

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Il silicone viene colato attraverso il foro centrale dello stampo di alluminio.

La zona del collare della ventosa viene creata inserendo nel foro centrale dello stampo superiore, successivamente alla fase di colata, l’anima centrale collegata, tramite una vite, al tappo che permette di chiudere gli stampi.

La realizzazione dello stampo inferiore in gomma siliconica, che riproduce la superficie inferiore della ventosa, ha richiesto la creazione di un controstampo in cui viene colato il materiale allo stato fluido. Le complesse lavorazioni di fresatura del controstampo, in particolare quelle relative ai canali di aspirazione dell’aria (evidenziati in blu nella figura 4.6), sono state eseguite in una macchina a controllo numerico attraverso la creazione di diversi part program. Tali part program sono stati generati elaborando le traiettorie di fresatura con l’ausilio del software CAM GOèlan.

Figura 4. 4: Stampo inferiore

2

3

1

Figura 4. 5: Stampo superiore (1) ; anima centrale (2) ; tappo di chiusura (3)

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Le cave presenti sul controstampo lungo il profilo dei canali hanno profondità di 1mm e sono state realizzate utilizzando frese di diametro pari ad 1mm.

Figura 4. 6: Ventosa con evidenziati i canali di aspirazione dell'aria

Figura 4. 7: Controstampo in plexiglas con anello metallico di contenimento della colata

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82 solidificazione avvenuta, la ventosa viene estratta dagli stampi e nella zona central

Sperimentazione della nuova ventosa

a nuova ventosa è stata sottoposta alle stesse prove eseguite sulle altre ventose A

e vengono praticati i fori per il passaggio dell’aria di aspirazione. Tali fori sono eseguiti a mano attraverso uno strumento costituito da un cilindro cavo, avente diametro uguale a quello dei fori, che spinto nella zona da forare ingloba in sé la parte di materiale da asportare..

4.4

Figura 4. 9: Superficie inferiore della nuova ventosa

L

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4.4.1 Analisi dei risultati e confronto con le altre ventose

Per ogni tipologia di prova è stato determinato il valore medio dei risultati (forza di presa o tempo di mantenimento della presa) ottenuti nelle tre esecuzioni effettuate. Tale valore è stato preso come riferimento per il confronto delle prestazioni ottenute dalle altre ventose.

4.4.1.1 Risultati prova di trazione

• Campione N°1

Trazione lato fiore campione N°1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Fz [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

Figura 4. 11: Confronto delle prestazioni delle ventose in una prova di trazione

Trazione lato carne campione N°1

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Il comportamento della nuova ventosa risulta migliore di quello ottenuto dalla ventosa “a petali” registrando uno scostamento massimo del valore della forza di trazione rispetto a questa, pari a circa 60N, ed uno minimo pari a 30N.

Rispetto alla ventosa R1, la nuova ventosa è in grado di sopportare forze di presa minori, con una differenza compresa tra 18 e 38N.

• Campione N°2

Su tale campione la ventosa “a petali” presenta le prestazioni peggiori, la realizzazione della nuova forma di ventosa ha permesso di ottenere un notevole miglioramento dei valori di forza, con un incremento che arriva ad 86N nel caso della prova sul lato fiore con pressione pari 0.6MPa.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Fz [N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

Figura 4. 14:Confronto delle prestazioni delle ventose in una prova di trazione

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• Campione N°3

Il comportamento della nuova ventosa si avvicina a quello della ventosa R1 con una differenza media del valore della forza sopportata pari a circa 20N.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Fz [N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

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• Campione N°4

Trazione lato B campione N°4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Fz [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nova

Trazione lato A campione N°4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0,2 0,4 0,6 p [MPa] FZ [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

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4.4.1.2 Risultati prova di taglio

• Campione N°1

Il comportamento della nuova ventosa è quasi coincidente con quello della ventosa R1. Non si notano differenze rilevanti nei valori ottenuti dalla prova sul lato fiore da quelli della prova sul lato carne.

Taglio lato fiore campione N°1

0 10 20 30 40 50 1 2 3 p [MPa] Fx [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

Figura 4. 20: Confronto delle prestazioni delle ventose in una prova di taglio

Taglio lato carne campione N°1

0 10 20 30 40 50 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Fx [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

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88 • Campione N°2

Come per la rispettiva prova di trazione, si note un notevole miglioramento delle prestazioni della nuova ventosa rispetto a quella “a petali”.

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• Campione N°3

Sul lato carne di tale campione, la nuova ventosa presenta le migliori condizioni di presa in questa tipologia di prova.

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Taglio lato B campione N°4

Taglio lato A campione N°4

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4.4.1.3 Risultati prova di strappamento

Durante l’esecuzione delle prove è emersa la grande capacità di inflessione dei petali

• C mpione N°1

Figura 4. 27: Prova di strappamento sulla nuova ventosa

Figur o

della ventosa che riesce ad adattarsi con facilità alle pieghe assunte dalla pelle (figura 4.27).

a

a 4. 28: Confronto delle prestazioni delle ventose in una prova di strappament Strappamento lato fiore campione N°1

0 50 100 150 200 250 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Fz [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

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92 pione è un cuoio flessibile che tende a deformarsi notevolmente durante la man

• C mpione N°2 Tale cam

ipolazione, soprattutto sul lato carne, il più ruvido, la nuova ventosa riesce meglio delle altre a mantenere la presa assecondando la deformazione della pelle.

a

Strappamento lato carne campione N°1

Figura 4. 29: Confronto delle prestazioni delle ventose in una prova di strappamento

Strappamento lato fiore campione N°2

0 50 100 150 200 250 0,2 0,4 0,6 p [MPa] FZ [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

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Strappamento lato carne campione N°2 0 50 100 150 200 250 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Fz [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

a nuova ventosa ha ottenuto un miglioramento rispetto al comportamento della ventosa

uare una pr

• Campione N°3 L

”a petali” la quale non è stata in grado di effettuare la prova su tale campione. Tale pelle è molto rigida e non si piega nell’esecuzione della prova, per effett esa stabile occorre che le ventose riescano a sopportare elevati valori di forza durante la movimentazione.

Strappamento lato fiore campione N°3

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Strappamento lato carne campione N°3 0 50 100 150 200 250 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Fz [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

Figura 4. 33: : Confronto delle prestazioni delle ventose in una prova di strappamento

Strappamento Lato B campione N°4

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Strappamento Lato A campione N°4 0 50 100 150 200 250 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Fz [ N ] ventosa F50 ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

a nuova ventosa è riuscita a realizzare la presa in una sola condizione di prova: presa s

4.4.1.4 Risultati prova di trazione con lembi cadenti

Durante la prova, al valore del tempo pari a 14.3 s viene provocata la caduta della pelle a

• Prima disposizione della pelle: tale disposizione presenta la condizione di minore L

ul lato A (corrispondente al lato fiore) con il massimo valore della pressione di alimentazione della pompa per il vuoto.

ttraverso la disattivazione della depressione, quindi per le ventose che hanno tale valore come tempo di mantenimento della presa non si è mai verificato il distacco della pelle durante le prova.

sporgenza, rispetto alle altre due, del lembo di pelle in corrispondenza dello spigolo sopra il quale si posiziona la ventosa per realizzare la presa. Il carico da sollevare è pari a circa 9 N.

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Prima disposizione della pelle 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Te m p o di m a nt e n im e n to de ll a pr e s a [ s ] _{ventosa F50} ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

Figura 4. 36: Confronto delle prestazioni delle ventose in una prova di trazione con lembi cadenti

• Seconda disposizione della pelle: in tale disposizione essendo aumentate le dimensioni del lembo sporgente dal piano d’appoggio, il carico da sollevare è pari a circa 14 N.

Seconda disposizione della pelle

0 2 4 6 8 10 12 14 16 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Te m p o di m a nte n im e n to d e ll a p re sa [s ] _{ventosa F50} ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

• Terza disposizione della pelle: si realizza il massimo valore di carico da sollevare, pari a circa 18N, ed il maggiore numero di pieghe formatesi sulla pelle.

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Terza disposizione della pelle 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0,2 0,4 0,6 p [MPa] Te mp o di ma nt e n im e n to d e ll a p resa [ s ] _{ventosa F50} ventosa R1 ventosa "a petali" ventosa nuova

4.4.2 Conclusioni dell’analisi dei risultati

Dal confronto dei risultati ottenuti dalle quattro ventose, è emerso un netto miglioramento delle prestazioni della nuova ventosa rispetto alla ventosa “a petali” in termini di valori di forze in grado di sopportare prima di perdere la presa, i cui valori massimi riguardano ancora la ventosa R1.

Nelle prove di trazione con lembi cadenti, in cui meglio si valuta la capacità di mantenimento della presa, la nuova ventosa ha mostrato un comportamento nettamente superiore alle altre distaccandosi dalla pelle solamente in una prova: quella di massimo carico da sollevare con il minimo grado di vuoto.

Nelle immagini di figura 4.38 e 4.39, si può osservare come grazie alla particolare conformazione del bordo della ventosa, i petali possano deformarsi facilmente assecondando le pieghe della pelle e quindi non distaccandosi da essa. Pur realizzando la presa attraverso un principio di attrazione superficiale, quale quello conseguente alla creazione del vuoto, osservando la ventosa in azione sembra che essa mantenga la pelle afferandola tra i petali, ciò a causa dell’elevata flessibilità conferitale dalla nuova forma.

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Figura 4. 39: Presa durante la fase di sollevamento della ventosa

Figura 4. 40: Presa durante la fase di abbassamento della ventosa