La simulazione di processo al servizio della progettazione

Progettare correttamente un sistema di trasmissione, sotto-assieme o singolo componente, non significa solamente conoscere i carichi ai quali sarà soggetto in esercizio. Significa anche conoscere le condizioni iniziali dei componenti costituenti l’assieme, in termini di reali caratteristiche meccaniche e tensioni residue derivanti dal processo produttivo. In quest’ottica, la simulazione numerica del processo produttivo può sicuramente essere l’arma vincente del progettista.

La progettazione dei sistemi di trasmissione si avvantaggia, sempre più in larga misura nei tempi recenti, del supporto prezioso e talvolta fondamentale della simulazione numerica. Strumenti di progettazione avanzata aiutano il professionista nell’analisi del comportamento meccanico dei componenti costituenti, della distribuzione dei lubrificanti e delle risposte NVH del sistema in esercizio. Tuttavia, molto spesso tali valutazioni non tengono conto delle reali caratteristiche del componente, in quanto modellato con specifiche meccaniche standard spesso uniformi ed esenti da tensioni residue derivanti dal processo produttivo. La simulazione fornisce il tassello mancante al quadro generale, permettendo al progettista di sviluppare un’analisi più completa, precisa e affidabile. Al contempo, il fornitore di tali componenti può trarre sicuro vantaggio dall’adozione delle suddette metodologie per ottimizzare i propri processi produttivi in termini di risposta alle richieste dei clienti e di qualità complessiva, con sensibili riduzioni di scarti, consumi di materiale ed energia, campionature e rilavorazioni delle attrezzature. La simulazione di processo si pone quindi come anello di congiunzione tra la progettazione e il sistema produttivo, fornendo un linguaggio visuale, oggettivo e universale di comunicazione tra due mondi apparentemente lontani e permettendo di conseguenza lo sviluppo di reali e vantaggiose pratiche di co-design.

I processi produttivi

I principali processi produttivi per l’ottenimento di componenti destinati alle trasmissioni di potenza sono la deformazione plastica (a caldo o a freddo), la colata e l’asportazione di truciolo. Ciascun processo presenta vantaggi e svantaggi, conseguentemente la scelta della metodologia produttiva deve seguire logiche di producibilità, economicità e qualità. Data la varietà di componenti dedicati al mondo delle trasmissioni meccaniche, limiteremo la nostra trattazione all’ambito delle ruote dentate e degli alberi di trasmissione, ove i processi di deformazione plastica permettono di ottenere le proprietà meccaniche migliori in quanto le fibre del materiale vengono deformate seguendo la forma del pezzo (Figura 1). In questo modo, le fibre del materiale si dispongono nella migliore direzione per sopportare i carichi esterni, traducendosi in migliori caratteristiche tecniche quali, ad esempio, la resistenza a fatica (Figura 2). Tuttavia, i processi di deformazione plastica presentano limiti alle dimensioni e alla complessità dei componenti ottenibili, risultando economicamente vantaggiosi per serie medio-elevate. I processi per colata presentano invece maggiori varietà di forme e di dimensioni ottenibili, in funzione del processo produttivo scelto (pressocolata, colata in sabbia, in gravità…). In entrambi i casi, i componenti prodotti devono essere molto spesso sottoposti a lavorazione per asportazione di truciolo per ottenere forme, tolleranze e finiture richieste. Componenti finiti in unica operazione possono essere ottenuti mediante lavorazioni alla macchina utensile, le quali presentano sostanziali risparmi sulle attrezzature, ma maggior consumo di materiale e proprietà meccaniche finali generalmente inferiori.

 

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