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15 kN

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: 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:

7.5 kN

223 123.5

Mt

F

223

300 Nm

123.5

7.5 kN

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Si tracciano quindi i diagrammi di sollecitazione a torsione e a flessione, trascurando il taglio: Torsione Flessione 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 il momento flettente ideale pari a: Mfi = √(Mf2 + 0,75 Mt2 ) = 875, 7 Nm 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.

836,25 Nm

300 Nm

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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

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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.

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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.

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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