Obiettivi formativi
Il corso ha come obiettivo lo studio dei processi tecnologici e del sistemi di lavorazione e montaggio di parti e di prodotti industriali, secondo un approccio sistematico e coerente alla modellazione di tali processi, al fine della interpretazione delle leggi e dei meccanismi su cui si fondano, della analisi delle loro possibilità e del loro limiti in relazione alle esigenze di funzionalità e produzione di componenti specifici, della progettazione sistematica e della pianificazione del processo di trasformazione, della integrazione fra progettazione del prodotto e del processo mediante l'impiego dell'elaboratore. La modellazione del processo sarà orientata da un lato alla analisi ed alla predizione della influenza della scelta delle variabili sui risultati, dall'altro alle problematiche di governo automatico del processo mediante l'elaboratore. La trattazione della materia sarà sufficientemente analitica per un corso universitario di base, adeguatamente descrittiva per allievi che non abbiano conoscenze specifiche pregresse relative al processi tecnologici. Verranno presi in considerazione sia i processi tecnologici tradizionali sia alcuni processi tecnologici innovativi. Si accennerà inoltre alle problematiche di progettazione per la produzione (Design for Manufacturing) e di progettazione simultanea di prodotto e processo (Concurrent Engineering). Si adotterà una metodologia che prevede lezioni teoriche ed esercitazioni, nel corso delle quali verranno affrontati collettivamente ed in modo guidato lo studio e la discussione di casi industriali, nonché la elaborazione di un lavoro d'anno individuale in collegamento con aziende industriali.
Prerequisiti
Fisica, Scienza dei Materiali, Analisi matematica, Disegno Industriale
Contenuti dell'insegnamento
Questo insegnamento si propone di fornire le conoscenze e le abilità (ossia le capacità di applicare le conoscenze) necessarie allo studio dei processi tecnologici e dei sistemi di lavorazione ed assemblaggio di componenti e di prodotti industriali.
Obiettivo primario del corso è quello di sviluppare delle competenze di soglia che consentano allo studente di comprendere il processo produttivo di un componente meccanico all’interno di un contesto industriale partendo dalle informazioni presenti nel disegno meccanico del particolare.
A tale scopo risulta indispensabile il raggiungimento di conoscenze relative ai seguenti punti:
- informazioni contenute nel disegno tecnico in termini di geometria del pezzo, materiali, qualità superficiali e tolleranze di forma e posizione;
- problematiche relative all’ottenimento di una certa precisione durante la lavorazione e conoscenza degli strumenti metrologici necessari per la qualifica;
- fonderia e deformazione plastica intesi come processi di formatura primari;
- tecniche di giunzione reversibili ed irreversibili;
- lavorazione per asportazione di truciolo alle macchine utensili.
Obiettivo ultimo del corso è quello di consentire agli studenti di sviluppare l’abilità di progettare un ciclo di lavorazione di un componente meccanico che sia tecnologicamente corretto (razionale ed economico) e che attraversi tutte le fasi necessarie per la sua creazione.
A tale scopo risulta necessario maturare le seguenti abilità:
- studio del processo di formatura primario di un componente;
- determinazione del grezzo di partenza (in termini di dimensioni, materiale e processo produttivo primario) per la lavorazione di un componente meccanico;
- identificazione il flusso delle operazioni necessarie alla realizzazione delle superfici che costituiscono il componente;
- riferimento del componente rispetto alle macchine con appropriate attrezzature;
- calcolo delle forze che si esercitano durante il processo di taglio e delle potenze assorbite dalle macchine utensili.
Programma esteso
Il corso ha come obiettivo lo studio dei processi tecnologici e del sistemi di lavorazione e montaggio di parti e di prodotti industriali, secondo un approccio sistematico e coerente alla modellazione di tali processi, al fine della interpretazione delle leggi e dei meccanismi su cui si fondano, della analisi delle loro possibilità e del loro limiti in relazione alle esigenze di funzionalità e produzione di componenti specifici, della progettazione sistematica e della pianificazione del processo di trasformazione, della integrazione fra progettazione del prodotto e del processo mediante l'impiego dell'elaboratore. La modellazione del processo sarà orientata da un lato alla analisi ed alla predizione della influenza della scelta delle variabili sui risultati, dall'altro alle problematiche di governo automatico del processo mediante l'elaboratore. La trattazione della materia sarà sufficientemente analitica per un corso universitario di base, adeguatamente descrittiva per allievi che non abbiano conoscenze specifiche pregresse relative al processi tecnologici. Verranno presi in considerazione sia i processi tecnologici tradizionali sia alcuni processi tecnologici innovativi. Si accennerà inoltre alle problematiche di progettazione per la produzione (Design for Manufacturing) e di progettazione simultanea di prodotto e processo (Concurrent Engineering).
Si adotterà una metodologia che prevede lezioni teoriche ed esercitazioni, nel corso delle quali verranno affrontati collettivamente ed in modo guidato lo studio e la discussione di casi industriali, nonché la elaborazione di un lavoro d'anno individuale in collegamento con aziende industriali.
Programma
Modulo A
Generalità e classificazione del processi tecnologici. Definizione di un modello morfologico del processo tecnologico di trasformazione di stato del materiale: analisi dei flussi di materiale, di energia e di informazione. Relazioni ed implicazioni fra il prodotto ed il processo: la funzione di progettazione prodotto e progettazione e pianificazione processo. I criteri per la scelta del processo.
Introduzione ai fondamenti del comportamento e della caratterizzazione delle proprietà dei materiali. Accenni alle prove per la caratterizzazione delle proprietà meccaniche ed ai diagrammi sforzi/deformazioni. I materiali. Richiami relativi alla struttura del materiali ed alla loro classificazione: materiali metallici, ferrosi e non ferrosi, polimerici, ceramici, amorfi, compositi.
I processi tecnologici con conservazione della massa. I processi di fonderia. Principi generali relativi alla fusione, raffreddamento e solidificazione del metalli; tipologie e classificazione del processi di fusione: colata in terra, in conchiglia, con modello a perdere, pressofusione, centrifuga, di precisione. La formatura e la colata di getti; problematiche e principi per il dimensionamento delle materozze principali e del canali di colata. Sistemi fusori. I processi di deformazione plastica. Tipologie e classificazione delle lavorazioni per deformazione plastica: laminazione, trafilatura, estrusione, stampaggio a caldo ed a freddo, piegatura, imbutitura. I principali sistemi per lavorazioni per deformazioni plastiche: tipologie, funzionalità e campo di impiego. I processi di sinterizzazione delle polveri. Accenno alla metallurgia delle polveri, ai processi di sinterizzazione. Proprietà e applicazioni
Modulo B
I processi tecnologici con riduzione della massa. Lavorazioni per asportazione di materiale. Principi fondamentali; meccanica del taglio del metalli e meccanismi di formazione e morfologia del truciolo. La geometria degli utensili: le variabili del processo di asportazione di truciolo; velocità di taglio, usura e durata dell'utensile; studio e rilievo della forza e della potenza di taglio. La lavorabilità dei metalli Determinazione delle condizioni ottimali di taglio. Tornitura, fresatura, foratura, alesatura, rettifica. Tipologie e classificazione delle macchine utensili: struttura, morfologia e funzionalità. La pianificazione del processo: lo studio del cicli di lavorazione. Accenno al processi innovativi (elettroerosione, fresatura chimica). Lavorazioni della lamiera. Taglio e tranciatura di lamiera metallica. Principi, morfologia, tipologia e funzionalità delle macchine operatrici. Accenno ai processi Hydro-Abrasive Machining e Water Jet Machining. Taglio con Laset di Potenza.
Processi tecnologici con incremento di massa. Processi di collegamento mediante saldatura: tipologie e metodi di saldatura (saldature ad arco, a scoria conduttrici a resistenza, a fusione, ad attrito, brasatura, saldature speciali). Processi di collegamento metodi meccanici e incollaggio. Tipologie e metodi collegamento mediante metodi meccanici ed incollaggio.
Il processo di montaggio. Definizioni e principi. Le operazioni fondamentali ed i dispositivi di alimentazione, orientamento, inserimento: morfologia, tipologie e funzionalità. Accenni alle problematiche della progettazione in vista del montaggio (Design For Assembly).
I processi di produzione di lavorazione di materiali polimerici e compositi. Accenni al processi di produzione e di lavorazione di materiali polimerici e di materiali compositi a matrice polimerica rinforzata con fibre. Accenni allo stampaggio ad iniezione.
Attività d'esercitazione
Le esercitazioni prevedono la applicazione delle metodologie e delle tecniche di dimensionamento e di pianificazione dei processi tecnologici fondamentali, lo studio e la discussione di casi industriali, nonché la elaborazione di un lavoro d'anno suddiviso in due parti relativo allo studio del processo di fabbricazione di un semplice prodotto industriale. Tale attività andrà di regola svolta in collegamento con aziende industriali.
Modulo A
La prima parte del lavoro d’anno, collegata al modulo A del corso e svolta da tutti gli studenti, riguarda lo studio delle caratteristiche funzionali di un prodotto e la progettazione del ciclo di fabbricazione per fusione dello stesso.
Modulo B
La seconda parte del lavoro d’anno, collegata al modulo B del corso riguarda la pianificazione del ciclo di lavorazione alle macchine utensili del prodotto analizzato nella prima parte.
Bibliografia
M. Santochi, F. Giusti, Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione, Casa Editrice Ambrosiana, 2000.
S. Kalpakjian e S. Schmid, Tecnologia meccanica 5 Ed., Pearson, Milano, 2008.
Metodi didattici
Al corso sono assegnati 9 CFU per un totale di 63 ore suddivise in 54 ore di lezione in classe e 9 ore di esercitazione in officina. Le ore di lezioni in classe sono così distribuite sulle tematiche principali componenti le conoscenze del corso:
Richiami di disegno tecnico: 3 ore
Metrologia: 3 ore
Materiali metallici e loro caratterizzazione: 6 ore
Fonderia: 12 ore
Deformazione plastica: 12 ore
Saldatura: 3 ore
Asportazione di truciolo: 12 ore
Ciclo di lavorazione: 3 ore
Le lezioni seguono la cronologia necessaria all’espletamento di una sequenza di operazioni esattamente come in un ciclo di lavorazione. Tale approccio pratico ha la funzione di fornire una linea guida durante la preparazione delle prove in modo da focalizzare l’impegno degli studenti nella creazione delle abilità necessarie al raggiungimento degli obiettivi didattici.
Le ore di esercitazione, per poter capire le quali è necessaria la frequentazione delle lezioni o lo studio autonomo sui testi di riferimento, sono ad esse complementari e dedicate a fornire, attraverso la visione dal vivo e l’utilizzo diretto, un’esperienza pratica volta a maturare le abilità verificate in fase di esame.
Il carico complessivo di studio per questo insegnamento è non inferiore alle 250 ore, ossia tra 25 e 30 ore per credito. Ciò include le ore in classe, le esercitazioni tecnico-pratiche in officina, lo studio.
Modalità verifica apprendimento
L’esame finale accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità (ossia l‘acquisizione dei risultati di apprendimento) tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 3 ore, senza l'aiuto di appunti o libri, e di una successiva prova orale.
Il peso della prova scritta sul voto complessivo è pari al 75% (peso della prova orale, restante 25%).
La prova comprende 3 quesiti, 2 domande sulle conoscenze e 1 esercizio di applicazione delle abilità. In particolare i candidati si troveranno a rispondere ad:
- una domanda teorica del valore di 7 punti nella quale può essere richiesta la spiegazione di una macchina o di un processo produttivo attraverso schemi, definizioni, dimostrazioni, ecc.;
- un esercizio numerico del valore di 8 punti nel quale si vuole verificare l’attitudine del candidato a trattare varie grandezze del SI (con particolare attenzione alle conversioni) ed a fornire risultati quantitativi ai quesiti proposti;
- un esercizio tecnico/pratico del valore di 15 punti che consiste nel redigere il ciclo di lavorazione di un semplice componente meccanico di cui verrà fornito il disegno quotato. L’obiettivo è quello di verificare le abilità dei candidati nella scelta del ciclo produttivo più economico ed efficace.
Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 16 punti, mentre coloro che abbiano ottenuto un punteggio uguale o superiore a 25 possono decidere di non sostenere la prova orale e confermare il voto dello scritto.
La prova orale, che parte da una riesamina del compito scritto, è volta a verificare la competenza del candidato nel saper argomentare e discutere con proprietà di termini di qualsiasi argomento svolto durante il corso e darne, eventualmente, debita rappresentazione grafica.
Non vengono effettuate prove intermedie.
Altre informazioni
Corso in modalità on-line nel periodo settembre-dicembre 2020 per contenimento covid-19.
Gli esami di profitto verranno mantenuti in modalità on-line per tutto il periodo di contenimento covid-19 e saranno costituiti da un test a risposta multipla e da una prova orale secondo le modalità definite nella pagina elly del corso.
