Meccanica avanzata
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Meccanica avanzata
RETE REGIONALE DELL’ALTA TECNOLOGIA INTERMECH Interlaboratorio per la Meccanica Avanzata Origini INTERMECH è espressione della volontà di 4 laboratori di ricerca industriale della rete HI-MECH e di 2 centri di innovazione e trasferimento tecnologico regionali di costituire un POLO DELLA MECCANICA che possa, sulla base degli importanti risultati ottenuti nel corso degli ultimi anni: • Consolidare la struttura dei singoli centri aggreganti, attraverso un’ampia valorizzazione dei risultati e la semplificazione gestionale ed amministrativa • Produrre innovazione di prodotti e processi industriali per la meccanica avanzata • Accrescere l’efficacia delle azioni di ricerca ed innovazione, attraverso la sinergica collaborazione tra competenze specialistiche complementari • Favorire il coinvolgimento nel processo di innovazione delle Piccole e Medie Imprese del territorio, attraverso l’azione mirata di centri servizi specializzati nel trasferimento tecnologico Origini INTERMECH è espressione della volontà di 4 laboratori di ricerca industriale della rete HI-MECH e di 2 centri di innovazione e trasferimento tecnologico regionali di costituire un POLO DELLA MECCANICA che possa, sulla base degli importanti risultati ottenuti nel corso degli ultimi anni: • Armonizzare il settore della ricerca industriale nel campo della meccanica avanzata, attraverso la razionalizzazione delle risorse e la condivisione dei risultati • Facilitare la ricaduta industriale dell’innovazione, attraverso una consapevole politica di tutela della proprietà intellettuale e la formazione di personale tecnico di alto profilo • Guadagnare riconoscibilità a livello nazionale ed internazionale, attraverso la concentrazione delle competenze Origini INTERMECH nasce come aggregazione, in forma di Associazione Temporanea di Scopo, di: • laboratori regionali per la ricerca industriale o LAV – Acustica e vibrazioni [Ferrara] o MECTRON – Meccatronica per l’industria meccanica [Reggio Emilia] o SIMECH – Simulazione e progettazione integrata per la meccanica avanzata [Modena] o SUP&RMAN – Superfici e ricoprimenti per la meccanica avanzata e la nanomeccanica [Modena] • centri di innovazione e trasferimento tecnologico o CITTAMEC, Centro di innovazione e trasferimento tecnologico per la meccanica [Modena] o REI – Centro a supporto della innovazione di prodotto nella meccatronica [Reggio Emilia] Compagine # Denominazione ente Sede Nome breve 1 Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile - Università di Modena e Reggio Emilia MODENA DIMeC 2 Consorzio CINECA BOLOGNA CINECA 3 DemoCenter-Sipe s.c.r.l. MODENA DEMOCENTER-SIPE 4 Dip. di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e Metallurgia - Università di Bologna BOLOGNA DIEM 5 Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione – Università di Parma PARMA DII 6 Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e dell’Ambiente - Università di Modena e Reggio Emilia MODENA DIMA 7 Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria – Università di Modena e Reggio Emilia REGGIO EMILIA DISMI 8 Dipartimento di Ingegneria – Università di Ferrara FERRARA EnDIF 9 Dipartimento di Fisica - Università di Bologna BOLOGNA FisBo 10 Dipartimento di Fisica - Università di Modena e Reggio Emilia MODENA FisMoRe 11 Dipartimento di Ingegneria Industriale - Università di Parma PARMA IED 12 Istituto IMAMOTER - CNR FERRARA IMAMOTER 13 Centro di ricerca nanoStructures and bioSystem at Surfaces (S3) - INFM-CNR MODENA INFM-S3 14 Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati - CNR BOLOGNA ISMN 15 Reggio Emilia Innovazione S.c.a r.l. REGGIO EMILIA REI Compagine Sede del Laboratorio • DIMeC – Università di Modena e Reggio Emilia • Struttura a rete con divisioni locali di ricerca a: o o o o Ferrara (LAV) Reggio Emilia (MECTRON) Modena (SIMECH) Modena (SUP&RMAN) Direttore del Laboratorio • Prof. Ing. Angelo O. Andrisano, DIMeC Responsabile scientifico del Laboratorio • Prof. Ing. Angelo O. Andrisano, DIMeC Sito web in fase di allestimento • http://www.simech.unimore.it/InterMech.asp • http://www.reteaster.it Ambiti operativi Competenze • • • • • • Innovazione di prodotti e processi industriali per la meccanica avanzata Metodi per la progettazione, la modellazione e l’ottimizzazione in campo meccanico, con particolare riferimento al Sistema Veicolo Applicazione di micro-nano tecnologie per trattamenti superficiali, rivestimenti e lubrificanti, con speciale riferimento alle prestazioni tribologiche attrito, usura, … Ottimizzazione vibro-acustica di macchine e componenti meccanici Progettazione, sviluppo, simulazione e caratterizzazione di sistemi meccatronici Trasferimento tecnologico dalla Ricerca all’Industria e servizi alle imprese Ambiti operativi Grandi strumentazioni al servizio delle PMI • • • • • Cluster per il calcolo parallelo LINUX IBM a 12 nodi con ampia libreria di software di simulazione per progettazione, l’analisi termostrutturale e termofluidodinamica Banchi prova per trasmissioni meccaniche ad ingranaggi, per motori endotermici ad alte prestazioni, macchine di misura e caratterizzazione materiali Tribo-Lab (include Open Platform CSM, Microtribometro CETR, Nanotribometro EnviroScope AFM VEECO) per caratterizzazioni tribo-meccaniche su scala macro e micro-nano e apparati PVD per la deposizione di film sottili resistenti all’usura, autolubrificanti e protettivi Camera anecoica (10x9.5x6.5 m) e semi-anecoica (10x9.5x8.3 m) per la caratterizzazione acustica di sorgenti sonore Simulatore meccatronico di guida per la valutazione ergonomica del comportamento del pilota Ambiti operativi Settori applicativi di riferimento: • • • • • • • • • Meccanica Biomeccanica Automotive Oleodinamica Pompe e motori Meccanica agricola Automazione Nautica Meccatronica Sottoprogetti di ricerca e servizio Obiettivi Realizzativi Diagnostica e controllo vibro-acustico LAV Ottimizzazione vibro-acustica Controllo attivo di rumore e vibrazioni Tecnologie oleodinamiche per la meccatronica MECTRON Tecnologie meccatroniche by-wire e fattori umani Materiali e dispositivi per la meccatronica Diagnostica e manutenzione in meccatronica SIMECH Metodi Avanzati per la Progettazione, la Modellazione e l’Ottimizzazione di Prodotti e Processi Industriali Metodi Avanzati per la Progettazione, la Modellazione e l’Ottimizzazione del Sistema Veicolo Proprietà meccaniche dei materiali e fenomeni di attrito ed usura alla multiscala SUP&RMAN Rivestimenti e trattamenti superficiali alla micro-nano scala Ingegnerizzazione di rivestimenti alla macro-micro scala DEMOCENTER-SIPE e REI Servizi per le imprese Attività e referenze Principali risultati del primo bando: • • Meccanica avanzata: software di ottimizzazione e banchi prova per trasmissioni meccaniche ad ingranaggi (CNH, Rossi Motoriduttori), metodologie innovative di analisi fluido-dinamica e termo-strutturale per componenti motore e veicolo (Ferrari), celle robotizzate per assemblaggio e lavorazioni di interesse industriale (SIR) Superfici: microstrutturazioni di superfici per applicazioni meccaniche su motori per vetture ad alte prestazioni (Ferrari) finalizzate ad una drastica riduzione del coefficiente di attrito e dell’usura (Tribological effects of surface texturing on nitride steel for automotive engine applications, Wear, v. 265, is. 7-8, pgg. 1046-1051, 2008) • • Vibro-acustica: Codici di simulazione per la distribuzione di motori a c.i. (Ducati), pompe ad ingranaggi (TRW Automotive), macchine utensili (Giuliani, Iemca) Meccatronica: trattorino rasaerba equipaggiato con sistema sterzante by-wire, cruscotto digitale riconfigurabile, segnalatore di inclinazione veicolo, sedile con ammortizzatore magnetoreologico regolabile, serratura apricofano a memoria di forma Attività e referenze Collaborazioni con il sistema imprenditoriale sviluppate nel corso del primo bando: • • • • • • • • • • • • • CNH Italia, Rossi Motoriduttori - Sviluppo nuove metodologie di analisi virtuale predittiva per trasmissioni ad ingranaggi Mantovani benne - Sviluppo di un gruppo meccanico compatto ed innovativo per la movimentazione idraulica e il sostentamento di attrezzature per demolizione SIR SpA - Prototipazione virtuale e programmazione offline di celle robotizzate modulari per lavorazioni su componenti di forma complessa Ferrari SpA - Modellizzazione termofluidodinamica di componenti di motori endotermici alternativi ad elevate prestazioni (aspirazione e scarico) mediante codici di calcolo Lombardini Srl - Analisi strutturale dell'articolazione cilindrica spinotto-pistone-piede di biella Partena SpA - Sviluppo e verifica sperimentale di un modello matematico del comportamento termico in transitorio di una macchina blisteratrice per confezionamento farmaci e/o prodotti assimilabili (parafarmaceutici per la salute ed il benessere del corpo, cosmetici e dolciari) Cugini Malagoli & C. Srl - Ottimizzazione del progetto del vaglio vibrante orizzontale di materiali inerti da cava ALTER Srl - Realizzazione di una sorgente a micoonde per applicazioni in sistemi di rivestimento superficiale PECVD Nuovagrafica SCaRL - Studio e sperimentazione di tecniche di Printed Electronics per la realizzazione di cataloghi interattivi intelligenti Galvanica Nobili srl - Tecnologia innovativa di trattamento superficiale su aghi industriali per macchine agugliatrici VM Motori - Soluzione delle problematiche vibro-acustiche nella progettazione di motori Diesel marini ed industriali TRW Automotive Italia - Ottimizzazione del comportamento vibro-acustico di un’elettropompa prototipale di nuova tecnologia Casappa SpA - Studio dell'equilibrio assiale delle fiancate flottanti di macchine volumetriche ad ingranaggi esterni Ottimizzazione dinamica della distribuzione desmodromica Ducati MotoGP mediante modellazione ed analisi sperimentale Sviluppo codici DesmoLab e DesmoGear per la simulazione del comportamento dinamico della distribuzione e del treno di ingranaggi (strumenti impiegati nell’Ufficio Tecnico di Ducati Corse) Il modello elastodinamico della distribuzione Ducati, composto da treno di ingranaggi e meccanismi a camma desmodromici, è stato sviluppato in un codice Matlab, scegliendo opportuni criteri di implementazione modulare La velocità è quella di ingresso sul contatto ruote Pulses 1/2 Demux Terminator Angolo motore angoli camma [-1 1] Bancata verticale, cilindri 3 e 4 Fev _ruota-ruota_sx Pulses sx_yn X_R4sx sx_y n Fev R3vR4vsx albero a camme di sinistra V report_sgn_contact_34Vsca Legge di moto: theta3, theta3p [-1 1] Fev _ruota-ruota_dx Pulses dx_yn X_R4dx dx_y n Fev R3vR4vdx report_sgn_contact_34Vasp albero a camme di destra V Progettazione, sviluppo, simulazione e caratterizzazione di sistemi meccatronici X-by-Wire: • Metodologie di progettazione delle applicazioni by-wire • Interazione uomo-macchina e contextawareness Materiali meccatronici: • Sviluppo di materiali intelligenti per la progettazione e costruzione di attuatori innovativi controllabili elettronicamente Oleomeccatronica: • Modellazione non lineare di sistemi oleoidraulici, orientata al controllo elettronico • Durata ed affidabilità strutturale di componenti e trasmissioni di potenza SPICA: metodologie integrate e collaborative di sviluppo prodotto Processo di sgrossatura e finitura di getti in acciaio per macchine movimento terra (SIR SpA) • Soluzioni robotizzate compatte e modulari, in grado di integrare funzioni meccaniche, elettroniche ed informatiche; adattabili ad esigenze specifiche di lavorazione • Soluzioni robotizzate innovative, basate su visione artificiale, compensazione adattativa degli utensili e programmazione offline, in grado di ricevere e trasmettere dati ed informazioni via rete, capaci di eseguire strategie differenziate di controllo e verifica qualità in funzione di specifici processi Analisi numerica agli Elementi Finiti di componenti meccanici Calcolo attraverso il metodo degli Elementi Finiti delle deformazioni e delle tensioni che si generano in componenti meccanici In collaborazione con importanti aziende del territorio: Ferrari, Ducati, Lamborghini, VM, Lombardini… Analisi sperimentale di componenti meccanici Rilevamento di carichi e deformazioni su componenti meccanici in esercizio tramite ESTENSIMETRIA Analisi sperimentali delle deformazioni e dei carichi agenti su un telaio motociclistico. In collaborazione con Moto Morini Analisi termo-fluidodinamica e termo-meccanica combinata di componenti di motori Fase 1: validazione numerico/sperimentale di modelli previsionali di scambio termico; valutazione del campo di temperature nella testata e nel basamento di motori a combustione interna, mirata a definire un setup numerico in grado di massimizzare l’accuratezza delle simulazioni al calcolatore rilievi sperimentali Exp. Vin =0.44m/s Exp. Vin = 1.33m/s Exp. Vin = 2.7m/s Exit Temperature -oC 140 testata Cal. Vin = 0.44m/s Cal. Vin = 133m/s 130 Cal. Vin = 2.7m/s 120 110 100 90 0 2000 4000 6000 Power input - watts analisi CFD refrigerante Collaborazione Villanova University, PA, USA basament o 8000 10000 Analisi termo-fluidodinamica e termo-meccanica combinata di componenti di motori Fase2: calcolo dello scambio termico fluido/metallo; grazie al setup numerico adottato, è possibile ricostruire con estrema fedeltà il campo termico nella testata e nel basamento del motore. Tale campo, verrà successivamente utilizzato per la previsione della resistenza meccanica del motore analisi CFD 1,2 3,4 5,6 3,4 7,8 7,8 5,6 1,2 rilievi sperimentali confronto numerico / sperimentale Thermocouple temperature [°C] 270 Exp 250 v2f - TP 230 210 190 170 150 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Analisi termo-fluidodinamica e termo-meccanica combinata di componenti di motori Fase3: calcolo resistenza termo-meccanica del componente L’ottimizzazione della metodologia di calcolo consente l’esatta identificazione dei punti critici per la rottura del componente Analisi del misfire in condizioni di avviamento a basse temperature per motori GDI film di combustibile sulle pareti della camera: strategia di iniezione BASE film di combustibile sulle pareti della camera: strategia di iniezione OTTIMIZZATA L’analisi CFD ha permesso di identificare il fattore critico che determina i mancati avviamenti a basse temperature: tale fattore risulta infatti essere l’imbrattamento della candela da parte del combustibile liquido È stata definita a calcolo una strategia di iniezione modificata che si è rivelata in grado di ridurre l’imbrattamento degli elettrodi della candela, eliminando i problemi di avviamento a freddo. In collaborazione con FPT – Alfa Romeo (Arese) Metodi numerici e sperimentali per lo studio fluidodinamico e termofluidodinamico del veicolo analisi sperimentale (termografia IR) e numerica (CFD) dello scambio termico e della distribuzione di portata in un radiatore F1 analisi termografica IR analisi numerica CFD Metodi numerici e sperimentali per lo studio fluidodinamico e termofluidodinamico del veicolo analisi sperimentale in galleria del vento del flusso circostante un casco F1 e in scia ad un elemento di sezione rettangolare scia di una sez. rettangolare visualizzazione del flusso attorno ad un casco F1 Sviluppo di rivestimenti e trattamenti a base Carbonio per elevate prestazioni tribologiche, estetiche ed anticorrosive Due macro-tipologie di committenti: • Interessati allo sviluppo dei contenuti tecnico-scientifici con l’obiettivo di effettuare un “salto” tecnologico (Aziende:Lafer, Alter) • Interessati all’applicazione “verticale” di specifiche problematiche industriali (Aziende: Romaco, Marzocchi e Poggipolini) Diamond-Like Carbon (DLC) è un rivestimento di eccellenti prestazioni tribo-meccaniche, che soffre il limite di una mediocre adesione al substrato. Si è esplorata la soluzione di strati buffer intermedi che mediano gli stress residui Messa a punto di opportuni multistrati, delle tecniche di analisi (cross-section) e di caratterizzazione DLC TiN DLC (magn.sputt-2.5 um)/WCCo (magn.sputt-1.5 um)/Cr (flash-buffer layer)/WC-Co (termospruzzato-200 um)/acciaio C40 bulk DLC (magn.sputt-2.5 um)/WCCo (magn.sputt-1.5 um)/Cr (flash-buffer layer)/Ni50Cr (termospruzzato-200 um)/acciaio C40 bulk 5 micron DLC con buffer layer di Nitruri Prospettive di sviluppo Apertura al mercato • Obiettivi di ricerca scientifica, tecnica e tecnologica • Immediata applicabilità industriale dei risultati • Orientamento al rapido trasferimento tecnologico • Azioni di guida/sostegno all’innovazione (metodi, processi, prodotti) • Più di 70 imprese dell’Emilia Romagna hanno già sottoscritto il loro sostegno Azioni di consolidamento e potenziamento • Istituzione di organi di supervisione scientifica e di gestione per: o o o • Condividere le problematiche e stabilire le priorità Costituire gruppi di ricerca trasversali Definire di politiche di ricerca unitarie (Enti di ricerca/Imprese) Razionalizzazione ed ottimizzazione delle risorse e degli investimenti per: o o o Creare massa critica a livello nazionale ed internazionale Promuovere le competenze del territorio sul territorio Attrarre talenti e creare competenze specifiche Quota [€] 1.750.000 44.000 345.000 32.000 Finalità Formazione di nuovi tecnici e ricercatori ad elevato profilo professionale Collaborazione con laboratori esterni Nuove attrezzature Nuove licenze software 215.000 Consulenze esterne 175.000 Altre spese 511.000 Spese generali 1.928.000 5.000.000 Impegno di personale specializzato in attività di ricerca Metodi avanzati per la progettazione, la modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e processi industriali Progettazione integrata di sistemi e processi di produzione automatizzati e robotizzati • Collaborazione SIR SpA – Soluzioni Industriali Robotizzate o Soluzioni robotizzate innovative, basate su visione artificiale, compensazione adattativa e programmazione offline, in grado di ricevere e trasmettere dati ed informazioni via rete, capaci di eseguire strategie differenziate di controllo e verifica qualità in funzione di specifici processi o Celle robotizzate compatte e modulari, in grado di effettuare lavorazioni e operazioni tecnologiche ed ad un superiore livello di flessibilità ed autonomia operativa; o Linee robotizzate multirobot, adattabili ad esigenze specifiche di lavorazione e processo Metodi avanzati per la progettazione, la modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e processi industriali Esempi applicativi: Sgrossatura e finitura di getti in acciaio dalla geometria variabile con generazione automatica dei cicli di lavoro e gestione flessibile delle operazioni tecnologiche Assemblaggio (saldatura, rivettatura ed incollaggio) di telai automobilistici in alluminio con riconfigurazione automatica della linea per cambio prodotto e personalizzazioni Metodi avanzati per la progettazione, la modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e processi industriali Esempi applicativi: Progettazione, simulazione e collaudo virtuale di linee ed automazioni industriali • Design for Manufacturing and Assembly • Ottimizzazione dei cicli e delle operazioni tecnologiche • Collaudo virtuale (Virtual Commissioning) • Ottimizzazione di servoazionamenti e camme elettroniche Metodi avanzati per la progettazione, la modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e processi industriali Ottimizzazione, ridefinizione concettuale e progettazione (BPR) dei processi produttivi e logistici • analisi ed ottimizzazione delle performance dei processi produttivi e servizi; • ottimizzazione di layout; • analisi del livello di performance complessiva di un sistema produttivo e della sua affidabilità e dei modi di guasto (TPM); • analisi della domanda e pianificazione dei processi produttivi; • studio delle implicazioni relazionali tra le distinti funzioni aziendali (es.: previsione della domanda vs pianificazione della produzione) Metodi avanzati per la progettazione, la modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e processi industriali ATTIVITA’ SVOLTE: • Analisi e modellazione di processi produttivi e logistici in ambito manifatturiero per la determinazione delle performance aziendali e per effettuare analisi di sensibilità multiparamentro : ANDAMENTO DEI KPI IN UNA SIMULAZIONE CON VirtES o Applicazione al settore automotive; o Applicazione al settore ceramico; • • Analisi e modellazione di processi logistici nell’ambito dei servizi con applicazione al settore della grande distribuzione; Analisi e miglioramento dei processi di manutenzione con applicazioni a realtà produttive differenti per dimensioni e per settore di attività. ANALISI DI SENSIBILITA’ MULTIPARAMETRO BASATA SUI RISULTATI DELLE SIMULAZIONI Sviluppo di metodi e tecniche numeriche avanzate per l’ottimizzazione di trasmissioni meccaniche Geardesign: software per analisi di trasmissioni ad ingranaggi Modello FEM Modello FEM 2D Modello FEM per dentature interne Modello FEM 3D Errore di trasmissione statico Attività sperimentale Banco prova dinamico per ingranaggi Banco per prove di durata su riduttori Simulazione termo-fluidodinamica dei motori a combustione interna Sviluppo di metodologie CFD per la modellazione dei processi di iniezione, combustione e formazione inquinanti. Valutazione dei flussi termici entranti nel pistone e nella testata per il calcolo delle temperature che si generano nel metallo. In-Cylinder Pressure 180 160 Numerical-3D 140 Numerical-1D [bar] 120 Experimental 100 80 60 40 20 0 540 590 640 690 740 790 840 CA [°] Andamento della pressione interno cilindro di un motore Diesel (confronto numerico-sperimentale) Analisi della interazione spray-parete in un motore GDI. Simulazione della combustione Diesel (fronte di fiamma) Analisi termo-strutturale di un circuito di raffreddamento. Simulazione termostrutturale di componenti motore Metodologia integrata CFD-FEM capace di calcolare, attraverso l’utilizzo di codici di combustione CFD per il calcolo dei flussi termici entranti nel pistone e nella testata e codici FEM per il calcolo delle temperature che si generano nel metallo, le sollecitazioni a cui pistone e testata stessi sono sottoposti in condizioni operative. Esempio di applicazione della metodologia di calcolo termostrutturale: a) Campo termico agente sul pistone; b) Mappa dei coefficienti di sicurezza. Simulazione termostrutturale di componenti motore Esempio di applicazione della metodologia di calcolo termostrutturale: a) Campo termico agente sulla testata; b) Campo tensionale all’interno della testata. Monitoraggio dei flussi veicolari: GIS traffico-incidentalità Estrazione informazioni dal GIS: mappa di localizzazione puntuale incidenti avvenuti nel 2007 nella Provincia di Modena (icone gialle) e ubicazione sensori rilevazione traffico (icone rosse); esempio dati del DB incidenti finalizzato a elaborazioni statistiche Monitoraggio dei flussi veicolari: GIS traffico-incidentalità Rilevazioni flusso di traffico autoveicolare: strumentazione utilizzata (sensori a microonde Viacount II e ricevitore GPS doppia frequenza serie 1200 Leica Geosystems) e grafici dei risultati Monitoraggio ambientale: Misure in atmosfera di nanoparticolato da scarichi veicolari Spettrometrie di particolato 10-700 nm con risoluzione temporale fino a 120 secondi Monitoraggio ambientale: misure gravimetriche di PM2.5 e PM1di nanopart. da scarichi veicolari Misure di concentrazione gravimetrica su filtro di particolato PM10 - PM2.5 - PM1 campionato da analizzatore TEOM ed analisi chimiche Termofluidodinamica automotive: analisi e re-design di componenti del sistema - veicolo Visualizzazione di traiettorie e distribuzione di pressione in un disco autoventilante Analisi CFD e ottimizzazione del comportamento fluido -dinamico e termico di sistemi frenanti a dischi autoventilanti. Termofluidodinamica automotive: analisi e ottimizzazione di sistemi di scambio termico Analisi CFD e ottimizzazione di canali corrugati per l’incremento delle prestazioni di scambio termico Aerodinamica automotive: reverse engineering e analisi della GdV Ferrari scala 1: 3 Modello virtuale della Galleria del Vento “Ferrari scala 1:3” Ricostruzione del gruppo statore – rotore - statore Motore: L’obiettivo di questo progetto di ricerca è l'esecuzione di trattamenti o ricoprimenti superficiali sulla ghisa per migliorarne le caratteristiche tribologiche, in particolare la resistenza all'usura. La ghisa è utilizzata nel settore meccanico per la produzione di parti di motori, freni, pompe, motoriduttori, ... La ghisa è un materiale a base di ferro con un'elevata percentuale di carbonio (2-5%), presente sotto forma di grafite. Esistono due tipi principali di ghisa: lamellare o sferoidale. PROCEDURA SPERIMENTALE TRATTAMENTI E RIVESTIMENTI SPERIMENTATI Substrato: ghisa sferoidale GS500 Trattamenti: • Nitrurazione (~100 μm, nitrurazione ionica a bassa diffusione) Rivestimenti • TiN • Stellite • CrN • CrAlN (5 μm, Arco catodico) (60 μm, HVOF) (0,42 μm, Magnetron Sputtering) (0,92 μm, Magnetron Sputtering) Trattamenti e rivestimenti • Nitrurazione + CrN • Nitrurazione + CrAlN • Nitrurazione + TiN Caratterizzazione del rivestimento e del substrato: • • • • • morfologia (FIB-SEM) rugosità e durezza composizione chimica (AES) cristallografia (XRD) per i soli film sottili adesione (Scratch Test) Caratterizzazione tribologica (coefficiente di attrito e wear rate): misure ball-on-disc - due diverse velocità lineari: 0,5 e 2,5 m/s - Pressione verticale: - durata delle misure: 90 min (2,7 e 13,5 Km percorsi) - controparte in acciaio 100Cr6 Analisi morfologiche delle tracce di usura mediante immagini SEM ANALISI MORFOLOGICA Sezioni FIB dei rivestimenti in CrAlN: • possibilità di misurare gli spessori depositati con grande accuratezza • la nitrurazione determina un aumento della rugosità superficiale. CrAlN Sezione FIB di un coating di CrAlN depositato su ghisa non trattata. Sezione FIB di un coating di CrAlN depositato su ghisa nitrurata. ADESIONE SUPERFICIALE LC1 LC2 Determinazione dei carichi critici per un coating di CrN depositato su ghisa non trattata Substrato non trattato Rivestimenti Substrato nitrurato LC1 (N) LC2 (N) LC1 (N) LC2 (N) TiN 6.5 13.7 11.9 16.9 CrN 4.9 11.9 6.9 16.9 CrAlN 5.1 11.7 10.0 17.9 Stellite 9.1 >30 - - Aumento dell'adesione superficiale per rivestimenti depositati su ghisa nitrurata. CARATTERIZZAZIONE TRIBOLOGICA Proprietà tribologiche vs Durezza Coefficiente di attrito Campioni Durezza (GPa) GS500 2.2 ± 0.2 GS500_PN 3.11 ± 0.15 TiN 6.0 ± 0.4 Stellite 6.1 ± 0.2 CrN 3.32 ± 0.12 CrAlN 4.1 ± 0.3 TiN_PN 10.8 ± 0.6 CrN_PN 7.7 ± 0.5 CrAlN_PN 9.3 ± 0.6 Non è necessaria un’elevata durezza per ottenere buone prestazioni tribologiche Coefficiente di usura CARATTERIZZAZIONE TRIBOLOGICA Cross Section FIB in corrispondenza delle tracce a bassa velocità Il CrN rimane intatto Il CrAlN viene completamente rimosso CrN FUORI TRACCIA TRACCIA DI USURA CrAlN FUORI TRACCIA TRACCIA DI USURA Pt coating coating substrato substrato substrato Pt Laboratorio Sup&RMAN, Superfici e Ricoprimenti per la Meccanica Avanzata e la Nanomeccanica • Caratterizzazione superficiale (spettroscopie Auger e XPS) • Studio e realizzazione di rivestimenti innovativi per applicazioni meccaniche. Deposizione Magnetron Sputtering • Comprensione e controllo delle proprietà tribologiche di superfici e ricoprimenti dalla macro- alla nano-scala. Tribometro, AFM Laboratorio congiunto Sup&rman-Tec Eurolab attività di ricerca nelle aree relative allo studio delle nanoparticelle per il loro uso nelle nanotecnologie, ed ai materiali nano strutturati • Tecnologia dei materiali • Saldature e prove non distruttive • Metrologia industriale Ottimizzazione dinamica della distribuzione desmodromica Ducati MotoGP mediante modellazione ed analisi sperimentale Sviluppo codici DesmoLab e DesmoGear per la simulazione del comportamento dinamico della distribuzione e del treno di ingranaggi (strumenti impiegati nell’Ufficio Tecnico di Ducati Corse) Il modello elastodinamico della distribuzione Ducati, composto da treno di ingranaggi e meccanismi a camma desmodromici, è stato sviluppato in un codice Matlab, scegliendo opportuni criteri di implementazione modulare La velocità è quella di ingresso sul contatto ruote Pulses 1/2 Demux Terminator Angolo motore angoli camma [-1 1] Bancata verticale, cilindri 3 e 4 Fev _ruota-ruota_sx Pulses sx_yn X_R4sx sx_y n Fev R3vR4vsx albero a camme di sinistra V report_sgn_contact_34Vsca Legge di moto: theta3, theta3p [-1 1] Fev _ruota-ruota_dx Pulses dx_yn X_R4dx dx_y n Fev R3vR4vdx report_sgn_contact_34Vasp albero a camme di destra V Monitoraggio e diagnostica di sistemi meccanici mediante misure vibro-acustiche ed analisi del segnale Manutenzione predittiva Diagnostica di malfunzionamenti Controllo qualità Organo sano Organo danneggiato Mappa olografica per la localizzazione delle sorgenti sonore più intense in un impianto di imbottigliamento Tecnica basata sulla correlazione di immagini per la classificazione buono/scarto in motori a c.i. Controllo attivo della trasmissione delle vibrazioni e del rumore in pannelli e strutture sottili •Sviluppo di nuovi sensoriattuatori miniaturizzati • Sviluppo di strategie di controllo attivo delle vibrazioni su pannelli di veicoli e macchinari Riduzione della pressione sonora nell’ambiente confinato Materiali e soluzioni innovative per il controllo del rumore • Caratterizzazione, modellazione e sviluppo di nuovi materiali • Studio di applicazioni innovative di materiali per il controllo del rumore di macchine con ausilio di mezzi di simulazione (FEM, BEM, SEA, Raytracing) Confronto sperimentale vs simulazione SEA Lastra piana 65 Misura sperimentale solo lamiera 60 . Transmission Loss [dB] Misura sperimentale sistema completo 55 50 Simulazione sistema completo 45 40 35 30 25 20 400 500 630 800 1000 1250 1600 Frequenza [Hz] 2000 2500 3150 4000 5000 CAMERA ANECOICA: un laboratorio per lo sviluppo di prodotto e per la certificazione Misurazioni di rumore in condizioni acustiche e ambientali controllate finalizzate alla: • certificazione acustica • ottimizzazione acustica Dimensione: 10.1 x 9.5 x 8.3 m (Volume 800 m3) Frequenza di taglio: 50 Hz Attuatore a polimeri elettroattivi Attuatore composto da due membrane tronco-coniche di polimero elettroattivo. La membrana superiore è rivestita di elettrodi deformabili, soggetti ad alta tensione elettrica (2.5 kV). Il campo elettrico deforma la membrana, producendo l’innalzamento e l’abbassamento del carico centrale (bullone). Sistemi oleodinamici Quadro sperimentale e computazionale del flusso di olio in prossimità degli spigioli di pilotaggio di una valvola oleodinamica. Diagnostica di sistemi meccatronici Pannello di monitoraggio di impianti manifatturieri automatici. Sono indicati I livelli di efficacia generale (OEE), di disponibilità operativa, di prestazione e di qualità. Tecnologie by-wire Trattorino rasaerba equipaggiato con sistema di sterzatura by-wire. Il collegamento logico tra volante e ruote avviene tramite segnale elettrico modulato e demodulato da centraline elettroniche. L’azionamento dello sterzo ed il ritorno di forza al volante sono effettuati mediante motori elettrici. Ergonomia di sistemi by-wire Simulatore virtuale di guida stradale equipaggiato con sistema di sterzo by-wire e tracciato digitale proiettato sullo schermo frontale. La tecnologia by-wire permette di usare il volante come sensore di affaticamento del guidatore, correlandone i rilevamenti con indicatori biometrici applicati al corpo.