Energy Engineering - Tecnologia meccanica e progettazione

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1 ESAME TM1 – 13 07 2022 ESERCIZIO NUMERICO 1 (FONDERIA) L’oggetto rappresentato in figura deve essere prodotto tramite colata in terra. Le sue dimensioni sono riportate nella figura di riferimento così come la sua suddivisione in geometrie più semplici (geometria 1 e geometria 2). Per la corretta realizzazione dell’oggetto vi viene richiesto di dimensionare il sistema di alimentazione determinando le caratteristiche dell a materozza cilindrica più efficiente (Diametro, Dm e altezza, Hm) considerando di do verne mettere una sola . Avete a vostra disposizione tre opzioni caratterizzate rispettivamente da ! =0. 3 , ! = 0.5 " ! =1. Inoltre sapete che: • a=0.1; • b=0.03; • c=1; • x=1. 35 . Opzioni A δ= 0.3 con Dm= 66 . 9 mm ed Hm= 20 .1 mm B δ=0.5 con Dm=54.7 mm ed Hm=27.4 mm C δ=1 con Dm= 45 . 6 mm ed Hm= 45 . 6 mm D Nessuna delle precedenti 2 SOLUZIONE Per dimensionare la materozza è necessario determinare i moduli termici delle due geometrie 1 e 2: # $ = & ∙ ( ∙ ) − 2 , ∙ - ∙ . = 140160 4 4 5 6 $ = 2 ) ∙ ( + 2 & ∙ ) + 2 & ∙ ( − 8 4 ( : ; − < ; ) + 4 - ∙ . + 4 , ∙ - = 20746 4 4 ; ? $ = # $ 6 $ = 7 44 # ; = 8 4 ( : ; − < ; ) ∙ @ = 30536 4 4 5 6 ; = 8 4 ( : ; − < ; ) + 8: ∙ @ + 8< ∙ @ = 6107 4 4 ; ? ; = # ; 6 ; = 5 44 ? $ ? ; = 1 .35 ( DE4FG"HE IGJ 1 .1 " 1 .4 ) Materozza su geometria 1. K LMNOP = J Q − D + R = 0 .32 K ( ! = 0 .3 ) = 8 4 ? $ 5 ( # $ + # ; ) ( 4 ! + 1 ) 5 ! ; Q 5 = 0 .41 K ( ! = 0 .5 ) = 8 4 ? $ 5 ( # $ + # ; ) ( 4 ! + 1 ) 5 ! ; Q 5 = 0 .38 K ( ! = 1 ) = 8 4 ? $ 5 ( # $ + # ; ) ( 4 ! + 1 ) 5 ! ; Q 5 = 0 .44 Sono tutti fattibili poiché K > K LMNOP F"G IUIIV V ! . Tuttavia la materozza più efficiente è la ! = 0 .5 . Da cui è possibile calcolare # W = K # XYX =64354 mm 3 E : W = Z [ \ ] ^_ 3 = 54 .7 44 " , W = ! : W = 27 .4 44 . 3 ESERCIZIO 2 (ASPORTAZIONE) Si deve realizzare l’allargatura di 180 for i passant i sfruttando l’intera vita utile di uno stesso utensile. Ciascun foro ha profondità 60 mm e deve essere portato da un diametro d i 20 mm a un diametro di 21 mm mantenendo una qualità di tolleranza IT7 . L’utensile scelto è un alesatore dotato di Z =12 tagl ienti . L a lavorazione viene eseguita con un avanzamento di f =0.6 mm/giro , mentre i l materiale è un acciaio con kcs = 1850 Mpa e x = 0.21. Calcolare la potenza macchina richiesta alla lavorazione, nel caso in cui il rendimento sia pari a 0.98 sapendo che la vita utensile è pari a 1 4 minuti. Si consideri l’utensile come sempre a contatto. Opzioni A Pg = 1466 W B Pg = 877 W C Pg = 1795 W D Pg = 2131 W E Pg = 1031 W SOLUZIONE La potenza in alesatura è calcolata come: ` L = ? L ∙ a dove: ? L = b ∙ @ L 1000 ∙ : PcX 2 + : NOX 2 2 Va determinata quindi Fc come: @ L = d L ∙ & e = f gh i j k l m ∙ n o ∙ e phq r e stq ; =86.8 N Da cui Mc=10.7 Nm . Per il calcolo della potenza è necessario determinare a = ; ^O uv wEx" y = z g ^e Con vc da determinare. Per calcolare la velocità di taglio è necessario partire dall’informazione sul n di fori realizzabili con l’utensile scelto sapendo che: y nY{N = | | ] dove T è la vita utile dell’utensile. Da cui Tm=0.078 min. Il tempo di lavorazione è dato da: } W = ~ z j = ~ n ∙O = ~ n  g �� con d=60 mm e permette di determinare vc=85 m/min 4 Da cui Pc=1437 W e: ` � = ` L � = 1466 � ESERCIZIO 3 (DEFORMAZIONE) Una azienda che produce orologi con movimenti meccanici automatici vi commissiona la produzione dell'ingranaggio per il datario riportato in figura. Decidete di produrre la ruota dentata in figura in questo modo: 1. partite da un foglio di alluminio (Rm=180MPa) laminato ad uno spessore di 1 mm 3. punzonate il profilo dentato interno con 31 den ti 4. tranciate un disco di diametro 30 mm Prima di procedere, è necessario valutare se la pressa a vostra disposizione (Fmax=15000N) è in grado di completare le operazioni di tranciatura e punzonatura (separatamente). Qualora ciò non fosse possibile, indic are il valore minimo H di incremento della corsa del punzone che rende l'operazione possibile con la vostra macchina. Nel calcolo del perimetro interno, si consideri il profilo del dente come da vista in dettaglio, composto da: • testa a semicerchio di rag gio del dente , r, 0.4 mm • lato inclinato, L , lungo di 1 mm • distanza tra due denti, b, 1. 1 mm (si approssimi l'arco di circonferenza con un tratto lineare) DATI R m 180 MPa t 1 mm F max 15000 N D ext 30 mm D int 20 mm D dente 0 . 8 mm L 1 mm b 1 . 1 mm n denti 31   k 0 . 8   Opzioni A La pressa non è in grado di effettuare la tranciatura Ftranc=22506 N, serve H=0.45 mm B La pressa non è in grado di effettuare la tranciatura Ftranc=25018 N, serve H=0.55 mm C La pressa non è in grado di effettuare la punzonatura Fpunz=19448 N, serve H=0.30 mm D La pressa non è in grado di effettuare la punzonatura Fpunz=17731 N, serve H=0.20 mm E La pressa è in grado di effettuare entrambe le operazioni SOLUZIONE 5 Sicuramente il primo step è il calcolo dei perimetri che si deve tranciare/punzonare. Usando le informazioni a disposizione: F PcX = 8 ∙ : PcX = 8 ∙ 30 = 94 .3 44 F NOX = ( 8 ∙ e stq ; +l+l+b) ∙ y ~POXN = 135 .1 44 Avendo il perimetro esterno ed interno, procedo al calcolo delle forze richieste per le due operazioni: 1. tranciatura sul perimetro esterno per ottenere un disco con diametro 30 mm 2. punzonatura del profilo dentato interno @ X{MOL = d ∙ � W ∙ F PcX ∙ I = 13572 � < @ WM� @ ��O� = d ∙ � W ∙ F NOX ∙ I = 19448 .1 � > @ WM� Nel caso della punzonatura quindi, devo usare un utensile inclinato per poter rientrare nella capacità massima della macchina a mia disposizione. , = @ ��O� ∙ I − @ WM� ∙ I @ WM� = 0 .30 44 DOMANDE DI TEORIA 1. La “fresatura periferica in concordanza”: • Prevede che l’utensile abbia la stessa velocità di rotazione del pezzo • Prevede che il truciolo parta da uno spessore pressoché nullo (e vada incrementandolo) • Prevede che il truciolo parta da uno spessore pressoché massimo (e vada riducendolo) 2. In un processo di fonderia in terra le trappole fermascorie se collocate: • Nel manicotto coibente delle materozze riducono il rischio di inclusioni nel grezzo • Ai piedi del canale di colata riducono il rischio di inclusioni nel grezzo • Nel canale distributore aumentano la velocità del metallo nella sezione di strozzatura 3. In laminazione la condizione di trascinamento: • E' più severa della condizione di imbocco • Se rispettata garantisce che anche la condizione di i mbocco sia rispettata • Dipende dall'angolo di contatto 4. La pressofusione è particolarmente indicata per: • Fusione di ghisa • Fusione di alluminio e leghe leggere • Realizzare getti in acciaio 5. In tornitura per migliorare la finitura superficiale del pezzo: • Si riduce l’avanzamento al giro • Si aumenta la profondità di passata 6 • Si riduce l’angolo di spoglia superiore • Si riduce il raggio di punta 6. Si consideri un materiale metallico con comportamento elasto - plastico. All’aumentare della temperatura? • Diminuisce la duttilità • Aumenta la tenacità • Aumenta il modulo di elasticità • Aumenta il carico di snervamento 7. Per realizzare un prodotto di elevata complessità geometrica, bassa precisione, e numerosità elevata è preferibile un processo di • Fonderia • D eformazione plastica • Asportazione di truciolo 8. In tornitura, l’utilizzo di un utensile con angolo di inclinazione del tagliente positivo • Riduce la pressione di taglio • Riduce la forza di repulsione • Consente velocità di taglio più elevate • Facilita l’evacuazione del truciolo • Evita lo strisciamento del fianco sul pezzo 9. Rispetto alla fonderia in forma transitoria, la f onderia in forma permanente consente • Caratteristiche meccaniche del pezzo migliori • Costi inferiori • Geometrie più complesse • Volumi produttivi maggiori 10. È necessario che il canale di colata sia di sezione progressivamente decrescente per • Favorire la solidificazione direzionale • Evitare l’erosione della forma • Ridurre la turbolenza della vena fluida • Evitare l’ingresso di aria nella c avità