Vorrei ringraziare tutti coloro che hanno contribuito alla realizzazione di questo lavoro.
Ringrazio quindi i relatori di questa tesi, il Prof. Gino Dini e l’Ing. Luca Romoli, e Flavio Antonelli per i preziosi consigli e la disponibilità.
Un particolare ringraziamento ai miei genitori che mi hanno permesso di arrivare fin qui e, per l’incoraggiamento fornitomi quando più ne avevo bisogno,
a Francesca a cui dedico tutto il mio lavoro.
V INTRODUZIONE
Nell’industria moderna, sempre più alla ricerca della diminuzione del peso e dell’aumento delle prestazioni, i materiali compositi acquistano sempre maggior importanza. Questi materiali hanno infatti caratteristiche di resistenza elevate associate ad una estrema leggerezza: ne risulta perciò un rapporto resistenza/peso notevolmente superiore a quello delle tradizionali leghe metalliche. A questa caratteristica si aggiunge anche la possibilità di poter disporre di una enorme quantità di combinazioni di matrici e rinforzi tale da soddisfare le più disparate esigenze.
In contrapposizione a tutti questi vantaggi c’è un costo di produzione elevato, dovuto soprattutto alla difficoltà nel lavorare tali materiali che vengono quasi sempre trattati “artigianalmente”. Infatti sia la formatura che le eventuali successive lavorazioni di finitura vengono eseguite manualmente da personale qualificato a causa della complessità e della variabilità delle operazioni. Attualmente però si sta cercando di esportare l’automazione, già affermata per quanto riguarda le leghe metalliche, anche nella lavorazione dei materiali compositi, almeno in quelle lavorazioni più facilmente automatizzabili quali la foratura. Inoltre questi materiali sono anche difficilmente lavorabili con tecniche ed utensili tradizionali in virtù proprio delle loro elevatissime caratteristiche meccaniche ed della loro natura disomogenea: matrice e rinforzo hanno infatti caratteristiche completamente diverse e necessitano di accorgimenti differenti durante la lavorazione.
Un aiuto all’automatizzazione delle lavorazioni dei materiali compositi può derivare dal monitoraggio costante dello stato delle macchine utensili automatizzate e, più in generale dello stato della lavorazione. Questo consiste nel misurare alcune grandezze ritenute significative per il processo e modificare di conseguenza i parametri delle macchine, ottenendo una più elevata qualità della lavorazione, una riduzione dei tempi passavi ed una maggiore uniformità qualitativa dei pezzi prodotti.
In particolare il monitoraggio dello stato dell’utensile, TCM (Tool Condition Monitoring), consiste nel controllare lo stato dell’usura dell’utensile e dell’eventuale danneggiamento dello stesso: si riduce perciò la possibilità di rottura dell’utensile, evitando possibili danneggiamenti alla macchina, al pezzo in lavorazione e pericolo per l’operatore se presente. Ciò porta ad una riduzione anche dei costi dovuta alla riduzione dei tempi passivi, alla possibilità di riutilizzo dell’utensile (dopo raffilatura) ed al mancato scarto che nel caso dei compositi ha un costo elevato.
Il controllo dello stato dell’utensile può essere effettuato sia misurando direttamente l’usura dello stesso, sia indirettamente andando a controllare dei parametri che hanno dipendenza diretta dall’usura dell’utensile. Nel primo caso, è chiaro come le misure siano difficili se non impossibili mentre l’utensile lavora ed è quindi necessaria un interruzione del ciclo di lavoro (controlli off- line). Altrimenti, nel secondo caso, si può rilevare l’usura dell’utensile tramite la misurazione di
VI forze, coppie o vibrazioni che possono essere compiute anche durante il ciclo di lavoro (controlli on-line).
Essendo poi uno degli scopi del TCM quello di garantire una elevata qualità della lavorazione, i parametri relativi allo stato dell’utensile, rilevati direttamente od indirettamente, devono essere confrontati con il livello della qualità della lavorazione, così da stabilire una corrispondenza biunivoca tra i vari parametri. Per questo successivamente alla lavorazione si effettua una valutazione delle grandezze relative al pezzo ottenuto, tramite controlli dimensionali, controlli sulla finitura ottenuta o aspetti particolari di una certa lavorazione (per es. la delaminazione in foratura).
Il lavoro svolto riguarda perciò l’analisi, mediante la tecnica TCM, del processo di foratura dei materiali compositi rinforzati con fibre di carbonio e dei parametri che lo regolano. Si propone inoltre lo studio preliminare di una procedura di controllo, basata su logica fuzzy, del suddetto processo di foratura. Sfruttando lo stesso approccio si potrà estendere tale metodo anche ad altri materiali ed altri utensili.
