Scelta dei materiali

Scelta dei materiali
La scelta del materiale per la costruzione di un particolare meccanico presuppone:
• la conoscenza della forma e delle dimensioni del particolare
• la conoscenza del ciclo di lavoro cui il materiale dovrà essere sottoposto
La scelta del ciclo di lavorazione deve essere fatta tenendo conto che il successivo assemblaggio deve
essere funzionale ed economico.
Funzionale: il particolare deve resistere alle sollecitazioni per il tempo di vita previsto, considerando in
particolare l’incidenza che esso ha sul funzionamento globale.
Economico: l’orientamento è quello di produrre al minor costo possibile. La valutazione dell’economicità non
è costituita solo dalla scelta del materiale meno caro che presenta le caratteristiche funzionali, ma deve
tener conto anche delle lavorazioni di trasformazione successive per realizzare la forma voluta.
Per preventivare un ciclo di lavorazione si deve quindi fare un’analisi accurata dei requisiti funzionali che
l’organo meccanico deve possedere, quindi si procede alla scelta del materiale più idoneo.
Analisi dei requisiti funzionali
Dall’analisi dei requisiti funzionali emergono le principali proprietà che l’organo deve possedere per
adempiere alle sue funzioni: proprietà meccaniche (resistenza alle sollecitazioni, resilienza, durezza ecc.)
proprietà chimiche (resistenza alla corrosione, al calore ecc.), proprietà fisiche (in particolare la massa
volumica). In genere un organo deve possedere caratteristiche spesso contrastanti tra loro, ed è necessario
constatare quale è quella prevalente per decidere la scelta del materiale.
Per esempio, i denti di un ingranaggio devono resistere ad uno sforzo periferico (momento flettente), agli urti
ed all’usura: la prevalenza o l’equivalenza di queste caratteristiche decide la scelta del materiale e le
successive operazioni. Se il funzionamento è caratterizzato da urti (ruote veloci) è necessario far prevalere
la resistenza dei denti, mentre nelle ruote lente e non soggette ad urti deve prevalere la resistenza all’usura
dei fianchi. In genere si ricorre a soluzioni di compromesso.
Reperibilità del materiale
Per quanto riguarda la reperibilità dei materiali, le considerazioni che si possono fare sono del tutto generali.
Infatti, se il numero di pezzi è molto elevato, perché questi fanno parte di una produzione di serie, si potrà
sottoporre il problema dell’approvvigionamento del materiale al produttore stesso, essendo interesse di
questo soddisfare le esigenze dell’azienda; quando invece la costruzione dei pezzi non prevede serie di
notevoli entità, è il progettista può scegliere in una gamma molto più limitata, fra quei materiali cioè di uso
più generale
Analisi dei requisiti economici
I materiali devono essere in grado di assicurare i requisiti funzionali in condizioni di sicurezza e di economia.
Il costo d’acquisto del materiale non è l’unica variante di riferimento, una corretta valutazione del costo
effettivo deve tenere conto dell’intero ciclo economico di vita del sistema di cui un particolare fa parte.
Fissata la durata della vita economica del sistema, la scelta dei materiali e quindi anche delle tecnologie,
dovrà rendere tale costo minore tra tutte le opzioni possibili, ferme restando però le caratteristiche funzionali
e la sicurezza, che devono essere assicurate per tutto il suo ciclo di vita.
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A. Pandolfo, G. Degli Esposti
Tecnologie meccaniche di processo e di prodotto
© 2012 RCS RCS Libri S.p.A., Milano - Calderini
I parametri economici che concorrono al costo globale da considerare in sede di progetto, sono i seguenti:
• costo di acquisto del materiale
• costo delle lavorazioni per la sua trasformazione
• costo delle tecniche di assemblaggio
• costo della manutenzione e dei controlli effettuati sul sistema durante la sua intera vita economica
• costo delle perdite causate dal “fuori servizio” del sistema
• costo di sostituzione del sistema
• valore residuo del sistema che ha esaurito il suo ciclo di vita
• costi di smaltimento per i materiali fuori uso
La scelta del materiale economicamente conveniente è quella il cui costo, riferito all’intero ciclo di vita, risulta
minore.
Come esempio di scelta del materiale in funzione di un corretto costo globale riferito al ciclo economico di
vita, si può citare il paraurti in materiale plastico delle autovetture. Il paraurti realizzato con materiale
plastico, assai meno costoso e con un ciclo di vita uguale, salvo incidenti distruttivi, a quello dell’autovettura
di cui fa parte, ha infatti soppiantato quello in materiale metallico, di durata molto superiore a quello
dell’autovettura.
Indirizzo alla scelta del materiale
Dall’analisi dei requisiti emerge un materiale o una gamma di materiali che possono soddisfare le
caratteristiche richieste. In particolare si può evidenziare la qualità della lega (acciaio, ghisa, bronzo, ottone,
leghe leggere di alluminio, di magnesio, di titanio, di zinco ecc.) o il materiale plastico, composito o ceramico
più adatto. Generalmente per ogni organo da costruire si ricorre ad un particolare materiale unico ed
insostituibile, come la ghisa per i bancali delle macchine utensili, gli acciai non legati per la carpenteria
metallica, gli acciai legati per gli organi di trasmissione, gli acciai fortemente legati per gli utensili o gli organi
che debbano resistere alla corrosione ed al calore, le leghe di alluminio e di magnesio quando il peso
diventa fattore fondamentale.
Una volta effettuata la scelta della qualità della lega, la decisione del tipo più idoneo può essere fatta dopo
un’attenta analisi di molti fattori sia metallurgici che tecnologici.
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