Tecnologia meccanica
Le tecnologie di lavorazione meccanica o tecnologie di produzione costituiscono l’insieme dei processi fisici e chimici e dei metodi atti a modificare la geometria, le proprietà, e/o l’aspetto di un materiale in ingresso per realizzare un prodotto o parti di esso;
la produzione comprende l’assemblaggio delle parti per formare il prodotto finale.
I processi di produzione necessitano di una combinazione di materiali, macchinari, utensili, energia, informazioni e lavoro.
Dal punto di vista economico, la produzione è la
trasformazione di materie prime o semilavorati in oggetti di maggiore valore mediante una o più trasformazioni e/o operazioni di assemblaggio.
La produzione aggiunge valore al materiale modificandone la forma o le proprietà, o combinandolo con altri materiali alterati in modo analogo.
Processi manifatturieri continui e discreti
- Produzione per processo: prodotti continui(semilavorati)
Gli elementi originari che costituiscono il prodotto finale non possono essere facilmente identificabili. Il prodotto non può essere scomposto a ritroso poiché i componenti originari non sono più distinguibili tra loro a valle della trasformazione.
- Produzione per parti: prodotti discreti
Il prodotto finale risulta composto da un numero finito di componenti discreti (parti)
La produzione per parti è composta dalle fasi di:
• Fabbricazione: Insieme delle lavorazioni
(trasformazioni) che modificano la forma, le dimensioni, lo stato superficiale di parti singole.
• Assemblaggio: Insieme delle operazioni di
giustapposizione di almeno due parti singole per formare un assieme.
Volume di produzione
Il quantitativo di prodotti da realizzare, o volume di produzione, influenza notevolmente il modo in cui sono organizzate le persone, le strutture e le procedure di una fabbrica.
I volumi di produzione annuali possono essere classificati in tre gruppi:
•produzione in serie limitata, per quantitativi da 1 a 100 unità l’anno.
•produzione media, da 100 a 10.000 unità l’anno.
•produzione grande serie, da 10.000 a milioni di unità.
I confini tra le tre categorie sono comunque arbitrari. Infatti, a seconda della tipologia dei prodotti, i limiti possono variare anche di un ordine di grandezza.
Varietà di prodotto
La varietà di prodotto si riferisce infatti al numero di prodotti diversi che sono realizzati in una fabbrica.
Il lotto di produzione si riferisce al numero di unità di un particolare tipo di prodotto fabbricato in sequenza.
Vi è generalmente una correlazione inversa tra varietà di prodotto e dimensione dei lotti di produzione in termini di operazioni
industriali.
Capacità di una fabbrica
La capacità di una fabbrica si riferisce ai limiti tecnici e fisici di un’impresa e dei suoi impianti.
Si possono analizzare diverse tipologie di capacità:
(1) la capacità tecnica: l’insieme dei processi produttivi di un impianto. La capacità tecnica non coinvolge solo i processi fisici, ma anche le competenze professionali del personale che lavora presso gli impianti in relazione alle specifiche tecnologie di lavorazione.
(2) la capacità produttiva: la quantità di pezzi che possono essere prodotti in un determinato periodo di tempo (mesi o anni).
Ritmo produttivo
Il ritmo produttivo, o throughput, di un processo di produzione è il numero di parti prodotte in un determinato tempo. Generalmente si misura in parti/ora (jobs/hour = JPH).
Il tempo ciclo di un processo di produzione è l’intervallo di tempo tra due consecutive uscite di pezzi lavorati dal processo. Si misura in minuti/parte ed è l’inverso del ritmo produttivo.
Processi tecnologici come trasformazioni
Se una trasformazione fosse ideale o stato iniziale e quello finale sarebbero definiti in
La presenza di disturbi implica che il risultato finale non sarà mai unico, bensì variabile all’interno di un certo intervallo di possibili soluzioni.
•Il problema è quello di garantire che le possibili soluzioni ottenibili tramite la trasformazione siano contenute all’interno di un intervallo di tolleranza definito in fase di progettazione (specifiche).
• L’intervallo delle possibili soluzioni legato alla trasformazione dovrà essere perciò contenuto all’interno dell’intervallo di tolleranza.
Nel caso la variabilità del risultato ottenibile sia superiore alla tolleranza imposta si dovrà:
- cambiare il progetto del prodotto - migliorare il processo
- cambiare il processo - selezionare il prodotto
COMPORTAMENTO DEI MATERIALI
Prova di trazione
Procedura più comune per studiare il legame sforzo deformazione dei materiali. Durante la prova viene applicato un carico sul provino che inizia ad allungarsi lungo la direzione di applicazione del carico mentre si riduce nelle altre due direzioni fino a rottura.
I risultati della prova possono essere due:
- Tensione-deformazione ideale à usata per studiare il campo plastico
- Tensione-deformazione reale à più adatta per i problemi di produzione dove di solito sono coinvolti problemi di grandi deformazioni ovvero nel campo plastico del materiale
1) inizio del test senza carico dove si misura la lunghezza iniziale del provino !"
2) allungamento uniforme e riduzione della sezione traversale
3) ulteriore allungamento fino al raggiungimento del carico massimo
4) inizio della strizione: allungamento localizzato à la deformazione e gli sforzi si concentrano in una piccola regione del provino dove la sezione si restringe in modo significativo
5) frattura
6) ricomposizione del provino per misurare la lunghezza finale del provino
Macchina di prova
Tensione-deformazione ideale
FF
Traversa fissa
Colonna Traversa mobile
Provino v
Basamento e attuatori Tavola
Rs è il carico di snervamento ovvero il punto di passaggio dalla regione elastica a quella plastica e di solito viene preso per convenzione lo sforzo alla quale si verifica una deformazione dello 0,2%
quindi viene definito anche come limite elastico del materiale oltre il quale non vale più la Legge di Hooke.
Per i processi produttivi è importante quantificare la capacità di un materiale di deformarsi senza fratturarsi (Duttilità) che si misura per mezzo dell’allungamento del provino di solito espresso in allungamento percentuale: # = &'&(&)
) invece la riduzione della sezione è definita come * =
+)(+, +)
Tensione-deformazione reale
Serve per avere più precisione nel calcolo della
deformazione e dello sforzo nel campo plastico quindi si divide la forza applicata per la sezione istantanea del provino infatti:
- = .
+ dove S è la sezione istantanea del provino. Di conseguenza la deformazione reale si misura con la seguente formula: / = ∫&& 1&&
) = 23 &
&)
4 = ln(1 + :) < = =(1 + :)
- = > / ?
à legame costitutivo del campo plastico
Effetto della temperatura
All’aumentare della temperatura diminuisce la resistenza aumenta la duttilità inoltre diminuisce anche il carico di snervamento.
Effetto stato di tensione idrostsatico
La tensione idrostatica ( pressione media) aumenta la duttilità del materiale sottoposto a
pressione costante su tutto il provino (per alcuni materiali). Questo effetto ci interessa ad esempio nelle camere di estrusione dove aumenta la duttilità dell’intero pezzo.
Duttilità
Tenacità
Mentre la rigidezza dipende solo ed esclusivamente dalla pendenza del campo elastico ovvero più è pendente più il materiale è rigido
Nel caso di una lavorazione a freddo effetto della velocità di deformazione sarà trascurabile quindi la formula risulta essere: - = > /?
Quando la temperatura aumenta il materiale ricristallizza cambiando la propria microstruttura. A seguito di questo lo sforzo diminuisce se si lascia il tempo al materiale di ricristallizzare altrimenti l’aumento di temperatura risulta trascurabile nell’aumento della formazione.
Quindi nell’elaborazione ed alte temperature lo sforzo cambia se si lavora a velocità lente.
In conclusione possiamo dire che il fenomeno dell’incrudimento in una lavorazione ad alte temperature dipende dalla velocità della lavorazione.
Prova di compressione
È una prova che si usa per le lavorazioni massive ed è utile per misurare deformazioni più elevate, anche con valori negativi. Quindi con questa prova riusciamo a caratterizzare meglio il materiale in particolare nel campo plastico.
Problemi:
-Materiali non simmetrici rispetto al verso del carico -Attrito e disomogeneità della deformazione
Per ridurre l’influenza dell’attrito tra il provino e le piastre si possono usare provini a tubo oppure si può lubrificare la superficie della piastra e del provino.
In generale lo stato di sforzo e di deformazione non è uniassiale come nel caso della prova di trazione nel tratto a deformazione omogenea.
Per risolvere il problema ci si riferisce ad uno stato di sforzo e di deformazione equivalenti e indichiamo la relazione costitutiva con il pedice f per sottolineare che la usiamo per prevedere il flusso del materiale. C' = >/'?
Le principali relazioni di equivalenza triassiale-uniassiale sono (i pedici 1, 2 e 3 si riferiscono alle direzioni principali di sforzo) sono quelle di Tresca e di von Mises
C
'=
D√F
G(-
D− -
F)
F+ (-
D− -
I)
F+ (-
I− -
F)
FRelazione di eq. Triassiale di von Mises
(-
D− -
F)
F Componente deviatorica e tutto questo deriva dal tensore degli sforzi principali J =JD ) )
) JF )
) ) JI tensore degli sforzi principali Modelli costitutivi reologici del materiale
Rigido plastico perfetto
n=0
semplificazione usata per materiali estremamente duttili con assenza di incrudimento e curva quasi piatta: esempio alte temperature con raffreddamento lento.Per considerare l’effetto della temperatura tipicamente si usa una formula più generale:
- = >/
?/̇
Kdove il primo epsilon dipende dall’incrudimento e il secondo dalla velocità di deformazione per considerare l’effetto della temperatura si studieranno le funzioni n(T) e m(T) Casi tipici e semplificazione della formula• freddo à m=0
• caldo
- 4̇ piccolo à n=0 - 4̇ grande à n≤0.1
m≤0.1
Elastico perfetto Elasto-plastico perfetto
Elasto-plastico con
incrudimento
