Scarica Versione PDF Soluzione Esame di Stato 2000
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ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Indirizzo: MECCANICA Tema di: DISEGNO, PROGETTAZIONE ED ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE L'albero conduttore di un piccolo cambio a due velocità deve trasmettere una potenza di 4 Kw a 78 rad/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 39 NiCrMo 3 UNI 7845 con R = 920 N/mm2 1. 2. 3. 4. diametro del perno d'estremità diametro del perno intermedio diametro del tratto compreso tra le due ruote diametro dell'estremità dell'albero Ruota dentata Angolo di pressione Numero di denti Diametro primitivo Modulo Larghezza dente 1 20° 18 54 mm 3 mm 24 mm 16 mm 22 mm 30 mm 20 mm 1 20° 25 65 mm 2.5 mm 20 mm Il candidato esegua: 1. 2. 3. il calcolo di verifica a torsione dell'albero, determinando il coefficiente di sicurezza: il disegno esecutivo del pezzo con le tolleranze e rugosità indicate; 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 4. 5. il cartellino del ciclo di lavorazione; 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 VERIFICA A TORSIONE DELL'ALBERO Determino il Momento torcente Mt Mt = 1000 ⋅ N 3500 = = 44.8 ω 78 Nm 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: τ= 16 ⋅ 1000 ⋅ Mt 16000 ⋅ 44.8 = = 28.5 π ⋅d3 π ⋅ 20 3 N/mm2 La tensione di rottura a trazione τR si determina in funzione del carico di rottura a trazione R assegnato: τR = R = 531 N/mm2 3 Il coefficiente di sicurezza ν, espresso come rapporto tra la tensione di torsione applicata e il corrispondente valore a rottura, vale: ν= τ R 531 = = 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. 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 Ipotizzando di portare a misura il diametro in una sola operazione, la profondità di passata p risulta di 1.5 mm 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 = 0.9 mm2 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: 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: VT = 1000 ⋅ N ⋅ η 4000 ⋅ 0.7 = 0.86 = F 3240 m/s ⇒ 52 m/min SCELTA DEL SEMILAVORATO DI PARTENZA Costo CB dell'operazione di tornitura nel caso di partenza dalla barra Ch np tf costo orario numero di pezzi tempo di fabbricazione CB = Ch ⋅ £ 118000 4500 37 minuti tf 37 ⋅ np = 118000 ⋅ ⋅ 4500 = 327450000 60 60 Costo CP dell'operazione di tornitura nel caso di partenza dallo stampato Ch Cs Rm tf costo orario costo dello stampo risparmio di materiale tempo di fabbricazione £ 118000 £ 53000000 £ 12000/pezzo 23 minuti tf 23 ⋅ np − R m ⋅ np + C S = 118000 ⋅ ⋅ 4500 − 1200 ⋅ 4500 + 53000000 60 60 C P = 251150000 CP = Ch ⋅ 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 φ 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 φ 16 + 0.2 ed eseguire gola. Pezzo tra le punte 50 Eseguire smusso 60 Tornire φ 403 70 Tornire φ 60 + 0.3 80 Tornire φ 40 90 Eseguire smussi su ruota piccola 100 Girare pezzo 110 Tornire φ 20 + 0.2 ed eseguire gola 120 Eseguire smusso 130 Tornire φ 22 + 0.25 ed eseguire gola 140 Tornire φ 44 150 Tornire φ 70 + 0.3 160 Tornire φ 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 280 Ripassare centro lato φ 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 φ 16 g 6. Pezzo tra le punte 310 Rettificare φ 60 h 11 320 Rettificare φ 70 h11 330 Girare pezzo 340 Rettificare φ 20 e7 350 Rettificare φ 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
