Soluzione - Rosatelli

ESAME DI STATO 2014/2015
INDIRIZZO ITMM – MECCANICA MECCATRONICA ED ENERGIA
TEMA DI : DISEGNO, PROGETTAZIONE E
ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE
Prima parte
A) Dimensionamento dell’albero
L’albero rappresentato nel tema può essere assimilato ad una trave su due appoggi.
Esso è soggetto principalmente a sforzi di flessione e di torsione secondo lo schema
seguente:
F
Mt
123.5
223
Il momento torcente lo possiamo desumere dal diametro dell’ albero (35 mm) dove
verrà calettato il giunto rigido a dischi di ghisa.
Dalla tabella dei giunti per un diametro compreso tra 30 e 40 mm il momento
trasmissibile è di 300 Nm.
Allo stesso valore si arriva imponendo un valore di sforzo ammissibile a torsione
per acciaio C40 ( carico di rottura da 650 a 750 MPa) di circa 37/40 MPa.
Calcolo potenza:
Velocita angolare ω = 2 π n/60 = 2π500/60 = 52,36 rad/s.
P = Mt x ω = 15,700 kW
Si determinano poi le reazioni vincolari come da schema seguente:
300 Nm
15 kN
223
123.5
7.5 kN
7.5 kN
1
Si tracciano quindi i diagrammi di sollecitazione a torsione e a flessione,
trascurando il taglio:
Torsione
300 Nm
Flessione
836,25 Nm
Per completare il dimensionamento dell’albero dove è calettata la puleggia lo si
calcola a flessotorsione.
Il diametro dell’albero nella sezione più sollecitata si calcola con la formula
dmin = 3 √32 Mfi/(π* σamm)
definito uno sforzo ammissibile a flessione di 65 MPa ed essendo
flettente ideale pari a:
Mfi = √(Mf2 + 0,75 Mt2 ) = 875, 7 Nm
il momento
il diametro minimo dell’albero risulta uguale a 52 mm
La linguetta da utilizzare per un albero di questo diametro ha una sezione di
16 x 10 mm a cui corrisponde una profondità di cava nell’albero di 6 mm.
Pertanto il diametro finale dell’albero nel tratto da dimensionare è di 58 mm.
2
B) Disegno esecutivo
nota:
- il calettamento del giunto e della puleggia avviene tramite linguetta;
- tra puleggia e cuscinetti saranno posizionati dei distanziali;
Ciclo di lavorazione
Lo schema del ciclo di lavorazione è il seguente:
-
Lotto di produzione 500 pezzi.
Grezzo di lavorazione: barra laminata a caldo bonificata diametro 60 mm
C40 UNI 7845, lunghezza 4 m, totale 52 barre (per un totale di pezzi di 520
con un 4% di scarto).
Macchine utensili: tornio a CNC, fresatrice, rettificatrice.
Utensili: a placchetta (sgrossatore, finitore, troncatore), fresa a candela,
mola.
Strumenti di controllo: calibro centesimale, calibro passa non passa.
Sequenza operazioni di produzione:
1) Inserimento barra nel mandrino con spingibarra.
2) Sfacciatura.
3) Tornitura cilindrica a gradini lungo il profilo.
4) Taglio spezzone.
5) Montaggio sulla fresatrice ed esecuzione sedi linguetta puleggia e giunto
6) Trattamento termico di tempra superficiale
7) Rettifica sedi cuscinetti
8) Controllo a campione
3
Seconda parte
1 ) Dimensionamento di massima del giunto
Il giunto è formato da due dischi fissati con linguetta agli alberi da collegare con le superfici
serrate da bulloni disposti a corona.
La trasmissione della coppia viene assicurata dalle forze d’attrito che si sviluppano sulla
corona d’appoggio che è disposta più all’esterno possibile in modo da avere la massima
coppia, al limite dello slittamento a pari carico assiale dei bulloni.
Si evita per quanto possibile di far lavorare i bulloni a taglio in quanto ciò comporta una
preparazione dei fori che devono subire lavorazioni precise di alesaggio onde accogliere i
bulloni calibrati con accoppiamento leggermente forzato.
Si preferisce far lavorare il bullone a sola trazione lasciando che la trasmissione della
coppia avvenga per attrito, questo comporta una trasmissione di coppia più piccola.
In prima approssimazione il dimensionamento è funzione del diametro dell’albero.
4
ciclo di lavorazione del semigiunto:
semilavorato di partenza: grezzo di fusione
tornio:
- esecuzioni sfacciature sedi bulloni;
- lavorazioni delle superfici di appoggio dei bulloni;
- tornitura del foro dell’albero
- alesatura del foro dell’albero
- esecuzione smussi
- capovolgimento del pezzo con montaggio su spina
- sfacciatura del risalto di centraggio
- esecuzione smusso
- tornitura esterna
brocciatrice:
- esecuzione cava per linguetta
centro di lavoro:
- esecuzione fori
controllo
2) lavorazione al tornio dell’albero (fase sgrossatura)
- velocita di taglio:
in funzione del materiale da lavorare ( carico di rottura compreso tra 500 e 700 MPa) e del
materiale dell’utensile ( placchetta P20) si imposta un valore della velocita di taglio:
Vt= 120 m/min
- avanzamento:
in funzione del materiale e del tipo di lavorazione: a = 0.15 mm/giro
- profondità di passata p = 1 mm
La potenza di taglio si calcola moltiplicando forza di taglio per velocità di taglio e la forza di
taglio dipende dal tipo di materiale da lavorare e dai parametri a (avanzamento) e p
(profondità di passata).
Con i valori di cui sopra si ha una potenza di taglio di P = 1.28 kW ed una potenza assorbita
dato il rendimento (0.8) di P= 1.60 kW.
3) Calcolo fabbisogno materiale
Nell’ipotesi di utilizzare barre da 4000 mm e nell’ipotesi di uno scarto di lavorazione del 4%
si dovranno approvvigionare 52 barre.
5
4) diagramma di Gantt
Tecnica di rappresentazione che rende facilmente visualizzabile i piani di attività ed i loro
avanzamenti mediante segmenti orizzontali.
Sono indicati per rappresentare il tempo in cui si sviluppa una operazione, un progetto
oppure l’utilizzo nel tempo delle risorse macchine o umane.
Nell’ipotesi di avere a disposizione ( per avere lo stesso tempo di saturazione nei vari
reparti)
-5 torni;
-tre fresatrici;
-un forno per TT con capacità di 100 pezzi;
-5 rettifiche;
-due risorse umane per il collaudo( campionamento a lotti,con lotti di 96 pezzi si
controllano 20 pezzi);
Il primo lotto di 96 pezzi avrà la seguente scansione temporale:
primo giorno di attività : verranno prodotti 96 alberi nel reparto torneria ( 480 x 5
macchine diviso 25 minuti a pezzo)
secondo giorno: verranno inviati al reparto fresatura ( con la stessa capacità produttiva)
terzo giorno: gli stessi pezzi andranno al TT
quarto giorno: in rettifica ( stessa capacità)
quinto giorno: collaudo 5 ore
la stessa scansione per altri quattro lotti da 96 pezzi e un ultimo lotto da 40 pezzi.
Il lotto di 520 pezzi potrà essere quindi completato in nove giorni lavorativi di otto ore.
Bibliografia: “ Manuale di Meccanica” ed., Hoepli
F. Mancini – Tecnologia Meccanica – IIS Maxwell - Milano
G. Tripiciano- Meccanica e Macchine – IIS Maxwell - Milano
6