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VERIFICA E VERIFICA E ANALISI DI FATTIBILITAANALISI DI FATTIBILITA’’

DI UN COMPONENTE DI UN COMPONENTE PER UNA MACCHINA DI PER UNA MACCHINA DI

PIEGATURA CARTAPIEGATURA CARTA

Tesi di laurea di :Marco Calamini

Relatore: Prof. Ing. Luca PiancastelliCorrelatore: Ing. Sergio Negrini

Università degli studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - A.A. 2003/2004 – 16/12/2004

PRODUZIONE DI PACHETTIPRODUZIONE DI PACHETTI

A partire dal rotolo di alimentazione, questa macchina piega e salda la carta fino ad ottenereun pacchetto contenente il prodotto alimentare(tipicamente succo di frutta, latte, succo dipomodoro)

LINK IN TITANIOLINK IN TITANIO

Il link in titanio, componente oggetto di studio,fa parte di una catena che effettua l’ultima chiusura del pacchetto dopo che è già stato riempito con il prodotto.

Due catene, come quella in foto, ruotano unadi fronte all’altra e nel contatto reciproco diognuno di questi link con il suo corrispondentesull’altra catena, viene generata la pressione sulla carta che consente di sigillare il pacchetto.

Questo avviene poiché è presente sulla cartaun sottile strato di polietilene che viene riscaldatoda un induttore allo scopo di incollare i lembi.

ALTERNATIVA DI FABBRICAZIONEALTERNATIVA DI FABBRICAZIONE

Microfusione in titaniogià in produzione

Lamiera lavorata a CNC

OBIETTIVIOBIETTIVI

1. Determinazione del grezzo ottimale che consenta il minor costo ditaglio e il minor scarto di materiale

2. Verifica strutturale del nuovo componente

3. Confronto dei costi del nuovo processo produttivo con il precedente

4. Confronto dei tempi di produzione

STUDIO DEL GREZZO OTTIMALESTUDIO DEL GREZZO OTTIMALE

• Rilevazione delle dimensioni più sfavorevoli nelle 4 varianti prodotte• Aggiunta del sovrametallo alle quote (2 mm)• Disegno di una geometria più vicina possibile al pezzo finito per limitare gli scarti

di materiale• Disegno di una geometria semplice che permetta un veloce taglio al waterjet e

il minor numero di passate (grezzi ad incastro)

a= 68,75 mm

b= 61,57 mm

�= 160°

�= 146,6°

STUDIO DEL GREZZO OTTIMALESTUDIO DEL GREZZO OTTIMALE

%85,163718560626592

A

AA2

2

lamiera

grezzilamiera ==−

mmmmQuantità di materiale scartato

VERIFICA STRUTTURALEVERIFICA STRUTTURALE

Link P completoparte anteriore

Link P completoparte posteriore


Link S completoparte anteriore

Link S completoparte posteriore


6000 N

8,6 MPa


Nella prima fase viene studiato solamente il telaio in titanio con i tappi e le viti trascurando quindi il sistema di leve e molle della parte superiore che non partecipaalla sollecitazione ma serve solo a convogliare la carta sulle zone di contatto dei link.

Vengono inoltre eliminati i 4 alberi e i cuscinetti, vincolando le sedi degli alberi eimponendo una pressione di 8,6 MPa sulle corone circolari dei tappi

Pmax= 55 MPanella parte interna del foro per l’albero


Reazioni vincolari risultanti nel modello più sollecitato:

R1=646 N R5=3516 NR2=3506 N R6=648 NR3=560 N R7=555 NR4=764 N R8=760 N


Questo albero quindi subisce 2 forze di entità pari alle reazioni vincolari risultantinelle due sedi in cui è in contatto con il link e può essere considerato vincolatonella zona del cuscinetto


• TENSIONE DI MOMENTO FLETTENTE:

Mf MAX = F� bMAX = 3506 N � 6,5 mm = 22789 Nmm

� Mf = 32 Mf MAX / � d 3 = 69 MPa

• TENSIONE DI TAGLIO

A= � (Dest2 – Dint

2) / 4 = 171,7 mm2

� MAX = 4/3 (Fv/A) = 25 MPa

TENSIONE EQUIVALENTE (Von Mises)

�EQ = � (� 2 + 3 � 2) = 81,5 MPa



Forzamento nel montaggio del cuscinetto sull’albero

)11

11

( 2

2

2

2

bb

aa

Ep

Di

−++

−+=Teoria dei dischi:

i= interferenza= 0,01 mmD=15mmp= pressione forzamentoE= 190000 MPaa= D/Dest= 0,428b= Dforo/D= 0,166

Pressione di forzamento p= 50,5 MPa

Tensione massima �max= 2p/(1-b2) = 104 MPa sulla superficie del foro interno


Sovrapposizione degli effetti


Componentestatica

Componentedinamica

Componente dinamica della tensione massima: 80,3 MPaComponente statica della tensione massima: 35 MPa

��

Verifica a fatica dell’albero semplificata

Diagramma di Goodman-Smith: acciaio inossidabile AISI 440C

Tensione di rottura Su=800 MPa

Tensione di snervamento Sy=500 MPa

Limite di rottura a fatica per 106 cicliSn=260 MPa


Verifica a fatica dell’albero semplificata

S0 = 396 MPa

Tensioni principali

� = �dinamica + �forzamento

�1= -19,2 - 8 = -27,2 MPa�2= -86 - 45 = -131 MPa

�eq= � (�12 + �2

2 –�1�2) = 120 MPa

n = S0/�eq = 396/120 = 3,3

ANALISI DEI TEMPIANALISI DEI TEMPI

��

��

��

Lotto teorico di 50 pezzi

Produzione da fusioni

Produzione da lamiera

!"�� !"��

��

��

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ANALISI DEI TEMPIANALISI DEI TEMPI

Lotto teorico di 50 pezzi

ANALISI DEI COSTIANALISI DEI COSTI

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Link da lamiera

Link da fusione

Materiali Waterjet Lavorazioni

ANALISI DEI COSTIANALISI DEI COSTI

0 20 40 60 80 100

Costi totali

%

FUSIONE

LAMIERA

In questa analisi non sono stati considerati i tempi:• consegna al reparto CNC• trasferimento alla foratrice• sbavatura finale, collaudo• montaggioInfatti questi tempi risultano pressochè uguali in entrambe le soluzioni.La produzione di componenti da fusione risulta più economica del 20% masenza valutare il costo che comporta la lunga giacenza a magazzino delle fusioni( + 1,2%)

CONCLUSIONICONCLUSIONI

•Perfetta intercambiabilità del nuovo componente rispetto alla vecchia fusioneall’interno della macchina

•Il link prodotto a partire dalla lamiera resiste alle sollecitazioni come pure glialberi ad esso collegati che risultano essere le parti più deboli della struttura

•Costi superiori del 20% rispetto al vecchio progetto

•Tempi inferiori del 50%

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