Esame di Stato di Istituto Tecnico Industriale - Seconda prova scritta by ing15204

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									ITIS OMAR Dipartimento di Meccanica                                  Autori: Andorno Silvano, Valentini Carlo


         Esame di Stato di Istituto Tecnico Industriale – Seconda prova scritta
L'albero conduttore di un piccolo cambio a due velocità deve trasmettere una potenza di 4kW a
78rad/s.
Due ruote dentate cilindriche a denti diritti sono ricavate direttamente sull'albero, una terza è
calettata con linguetta sull'estremità dell'albero.

Materiale: acciaio da bonifica 39NiCrMo3 UNI 7845 con R = 920 N/mm2

1.   diametro del perno d'estremità                   16 mm
2.   diametro del perno intermedio                    22 mm
3.   diametro del tratto compreso tra le due ruote    30 mm
4.   diametro dell'estremità dell'albero              20 mm

Ruota dentata                          1              2
Angolo di pressione                    20°            20°
Numero di denti                        18             25
Diametro primitivo                     54 mm          65 mm
Modulo                                 3 mm           2.5 mm
Larghezza dente                        24 mm          20 mm




Il candidato esegua:

1. il calcolo di verifica a torsione dell'albero, determinando il coefficiente di sicurezza:
2. la scelta del semilavorato di partenza per la produzione di 4500 pezzi supponendo che:
   • il tempo richiesto dalle operazioni di tornitura per la fabbricazione di un pezzo da barra
        tonda è di 37 minuti;
   • se il pezzo viene ricavato da un grezzo stampato, il tempo complessivo delle operazioni di
        tornitura è di 23 minuti con un risparmio di materiale di £ 1200 per pezzo;
   • il costo orario per le lavorazioni, in entrambi i casi , è di £ 118000;
   • il costo dello stampo e delle relative apparecchiature è di £ 53000000

3. il cartellino del ciclo di lavorazione;
4. il calcolo delle variabili di taglio di una tornitura, prevista nel ciclo, compatibili con la potenza
   di 4 kW del motore elettrico di alimentazione del tornio.

Il candidato descriva la funzione del controllo statistico di qualità.


                                                                             Esame di Stato: 2 prova - albero
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VERIFICA A TORSIONE DELL'ALBERO

Determino il Momento torcente Mt

       1000 ⋅ N 3500
Mt =           =     = 44.8 Nm
          ϖ      78

dove N esprime la potenza in kW e ω la velocità di rotazione in rad/s.

La tensione di torsione τ in corrispondenza dell'estremità dell'albero (lato linguetta) vale:

     16 ⋅ 1000 ⋅ Mt 16000 ⋅ 44.8
τ=                 =             = 28.5 N
         π ⋅d3        π ⋅ 20 3            mm 2


La tensione di rottura a trazione τR si determina in funzione del carico di rottura a trazione R
assegnato:

       R
τR =        = 531 N
        3             mm 2


Il coefficiente di sicurezza ν, espresso come rapporto tra la tensione di torsione applicata e il
corrispondente valore a rottura, vale:

     τ R 531
ν=      =      = 18.63
      τ   28.5

valore più che accettabile, anche tenendo conto degli eventuali sovraccarichi e dell'indebolimento
indotto sia dalla cava per la linguetta sia dal foro filettato in testa.




                                                                            Esame di Stato: 2 prova - albero
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CALCOLO DELLE VARIABILI DI TAGLIO DI UNA OPERAZIONE DI TORNITURA

Calcolo di prima approssimazione

Considero la tornitura cilindrica del diametro sede della linguetta. Il sovrametallo dello stampato sia
di 1.5 mm. (rif. DIN 7523). Ovvero diametro grezzo da stampo 23 mm; diametro finito 20 mm.

Tabella DIN7523 – Sovrametalli per pezzi stampati di acciaio




                       Sovrametallo z1 per superfici esterne ed interne (mm)

 Max. larghezza o                     Max. altezza o lunghezza della superficie (mm)
  diametro della                                > 160 ≤      > 250 ≤        > 400 ≤         > 1000 ≤
 superficie (mm)        ≤ 63     > 63 ≤ 160
                                                  250          400           1000             2500
       ≤ 25              1,5          1,5         1,5          1,5             2               2,5
     > 25 ≤ 40           1,5          1,5         1,5          1,5             2               2,5
     > 40 ≤ 63           1,5          1,5         1,5           2             2,5               3
    > 63 ≤ 100           1,5          1,5          2           2,5             3               3,5
    > 100 ≤ 160          1,5           2          2,5           3             3,5               4
    > 160 ≤ 250           2           2,5          3           3,5             4                5
    > 250 ≤ 400          2,5           3          3,5           4              5                6
    > 400 ≤ 630          3,5           4           4            5              6                7
                               Sovrametallo z2 per fori cilindrici (mm)

 Diametro del foro                             Lunghezza l3 del foro (mm)
      (mm)                ≤ 63         > 63 ≤ 100     > 100 ≤ 140      > 140 ≤ 200        >200 ≤ 280
       ≤ 25                2                -              -                -                 -
     > 25 ≤ 40             2               3               -                -                 -
     > 40 ≤ 63             2               3              3,5               -                 -
    > 63 ≤ 100             3               3              3,5              4,5                5
    > 100 ≤ 160            3               3              3,5              4,5                5


Ipotizzando di portare a misura il diametro in una sola operazione, la profondità di passata p risulta
di 1.5 mm.


                                                                            Esame di Stato: 2 prova - albero
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L'avanzamento a, tenuto conto che la superficie deve essere preparata per una successiva
operazione di rettifica, viene fissato in 0.6 mm/giro.

La sezione di truciolo q vale perciò:

q = p ⋅ a = 1.5 ⋅ 0.6 = 0.9mm 2

Il carico di strappamento KS può essere posto pari a 3600 N/mm2 (G. Colombo Manuale
dell'Ingegnere 80a ed.)

La forza F agente sul tagliente vale quindi:

F = K S ⋅ q = 3600 ⋅ 0.9 = 3240 N

Fissato un rendimento globale della macchina η pari a 0.7, la velocità di taglio VT compatibile con
una potenza N di 4 kW vale:

                     1000 ⋅ N ⋅ η 4000 ⋅ 0.7
VT =                             =           = 0.86 m ⇒ 52 m
                         F          3240             s       min

                                                          Caratteristiche                  σ [kg/mm]
                                                                      Durezza
                        Denominazione            Carico rottura
                                                                       Brinell
                                                   a trazione                   q = 1 mm2 q = 10 mm2 q = 50 mm2
                                                                   Sfera ∅10mm
                                                  σR [kg/mm]
                                                                  Carico 3000kg
                             Acc. dolce             30 ÷ 40           90 ÷ 120     170        125        102
Allo stato ricotto




                        Acc. medio tenore C         40 ÷ 50          120 ÷ 140     210        155        127
                        Acc. medio tenore C         50 ÷ 60          140 ÷ 170     250        188        151
                             Acc. duro              60 ÷ 70          170 ÷ 195     300        232        181
                             Acc. duro              70 ÷ 80          195 ÷ 235     359        265        217
                           Acc al Cr-Ni             65 ÷ 80          190 ÷ 225     241        193        164
                            Acc. in getti           45 ÷ 55          135 ÷ 160     176        124         98
                       Ghisa meccanica              14 ÷ 20          160 ÷ 200      85         64         50
                        Ottone in barre             30 ÷ 35           80 ÷ 110      70         49         38
                            Bronzo                  20 ÷ 25            70 ÷ 90      79         46         32
                       Alluminio in getti            9 ÷ 18            65 ÷ 70      54         47         43
                           Elektron                     -              50 ÷ 60      24         20         16


SCELTA DEL SEMILAVORATO DI PARTENZA

Costo CB dell'operazione di tornitura nel caso di partenza dalla barra:

Ch                    costo orario               £ 118000
np                    numero di pezzi            4500
tf                    tempo di fabbricazione     37 minuti




                                                                                  Esame di Stato: 2 prova - albero
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            tf                      37
CB = Ch ⋅        ⋅ n p = 118000 ⋅      ⋅ 4500 = 327450000
            60                      60


Costo CP dell'operazione di tornitura nel caso di partenza dallo stampato:

Ch     costo orario                        £ 118000
Cs     costo dello stampo                  £ 53000000
Rm     risparmio di materiale              £ 12000/pezzo
tf     tempo di fabbricazione              23 minuti

            tf                                        23
CP = Ch ⋅        ⋅ n p − R m ⋅ n p + C s = 118000 ⋅      ⋅ 4500 − 12000 ⋅ 4500 + 53000000 = 251150000
            60                                        60

La partenza dallo stampato è più conveniente.


CICLO DI LAVORO

Albero di rinvio          Materiale: 39NiCrMo3              Grezzo: stampato      Numero pezzi: 4500

10 Intestare e centrare estremità ∅16. Pezzo su autocentrante riferito sul diametro esterno della
   ruota maggiore
20 Intestare e centrare estremità lato linguetta. Pezzo su autocentrante riferito sul diametro esterno
   della ruota maggiore
30 Eseguire filettatura sul centro
40 Tornire ∅16 + 0.2 ed eseguire gola. Pezzo tra le punte
50 Eseguire smusso
60 Tornire ∅403
70 Tornire ∅60 + 0.3
80 Tornire ∅40
90 Eseguire smussi su ruota piccola
100 Girare pezzo
110 Tornire ∅20 + 0.2 ed eseguire gola
120 Eseguire smusso
130 Tornire ∅22 + 0.25 ed eseguire gola
140 Tornire ∅44
150 Tornire ∅70 + 0.3
160 Tornire ∅44
170 Eseguire smussi su ruota grande
180 Montare pezzo su fresatrice ed eseguire cava per linguetta
190 Montare pezzo su dentatrice tipo Fellow
200 Sgrossare denti ruota piccola
210 Sgrossare denti ruota grande
220 Controllo dimensionale
230 Bonificare
240 Sabbiare
250 Raddrizzare albero
260 Controllare assenza screpolature
270 Controllare durezza.
                                                                                 Esame di Stato: 2 prova - albero
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280 Ripassare centro lato ∅16. Pezzo su autocentrante riferito sul diametro esterno della ruota
    maggiore
290 Ripassare centro e filetto relativo estremità opposta. Pezzo riferito sul diametro esterno della
    ruota maggiore
300 Rettificare ∅16 g6. Pezzo tra le punte
310 Rettificare ∅60 h11
320 Rettificare ∅70 h11
330 Girare pezzo
340 Rettificare ∅20 e7
350 Rettificare ∅22 g6
360 Montare pezzo su fresatrice e ripassare cava per linguetta
370 Montare pezzo su dentatrice e finire le dentature
380 Sbarbare i denti
390 Controllo finale


LA FUNZIONE DEL CONTROLLO STATISTICO DI QUALITA'

Nel controllo statistico di qualità (CSQ) viene esaminato un limitato numero di pezzi e tramite un
processo inferenziale i risultati ottenuti vengono estesi, nell'ambito di un precisato intervallo di
confidenza, a tutta la produzione che viene scartata o accettata, nel suo insieme, senza separazione
dei pezzi difettosi.

L'obiettivo del CSQ è duplice:

1. rilevare la qualità della produzione già realizzata;
2. prevedere la qualità della produzione futura.




                                                                         Esame di Stato: 2 prova - albero

								
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