Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
34– Casi studio e sostenibilità dell’Advance machining - Coggle Diagram
34– Casi studio e sostenibilità dell’Advance machining
Esempio di foratura con Advanced machining
o Confronto tra foratura convenzionale e con tecniche «advanced»
• Foratura convenzionale
• Foratura elettrochimica ECM
• Foratura per elettroerosione EDM
• Foratura convenzionale
• Calcolare il tempo richiesto per la realizzazione di un foro di 12.5 mm di diametro e 20 mm di profondità in una lega di Ti.
• parametri:
• velocità di rotazione 300 giri/min, avanzamento 0.15 mm/giro
FORMULA
FORMULA
I tempi per una foratura convenzionale sono di 27s per singolo foro di profondità 20 mm e diametro 12.5 mm.
• Foratura elettrochimica
• parametri:
• densità di corrente 6 A/mm2, efficienza del 90%
• considerando che la velocità di avanzamento può essere espressa
FORMULA
FORMULA
FORMULA
L’uso di una lavorazione elettrochimica per realizzare un foro di 20 mm di profondità e 12.5 mm di diametro, comporta tempistiche per la singola lavorazione di 138s e dei tempi necessari alla realizzazione del catodo si forma opportuna.
• Foratura per elettroerosione
• parametri:
• temperatura di fusione Tw ≈1600°C; I=100 A; elettrodo con Tf=1100°C
• considerando che l’MRR:
FORMULA
• Il volume del foro è
FORMULA
FORMULA
Realizzare il foro delle medesime dimensioni con l’elettroerosione comporta tempi per singola lavorazione di 324 s.
Tali tempi sono legati anche alla scelta della corrente I impiegata.
In ogni caso, anche per l’EDM si devono considerare i tempi di realizzazione dell’elettrodo di forma opportuna per la realizzazione del foro.
o In termini di durata della lavorazione
Effettuando quindi un confronto per la stessa operazione in termini di durata della
stessa:
FORMULA
FORMULA
L’ECM risulta 5.1 volte più lungo della foratura convenzionale e l’EDM 11.3 volte più
lungo.
Paragonando poi ECM e EDM, con i parametri impostati, risulta che EDM è più lungo
di 2.35 volte, cambiando i parametri dell’EDM però:
• se EDM la corrente passasse a I=300 A
allora:
FORMULA
I tempi si riducono aumentando l’intensità di corrente, fino a scendere sotto i tempi dell’ECM.
Per singole lavorazioni è evidente come non convenga adottare sistemi di ECM o EDM a meno di lavorare materiali non trattabili in altro modo.
Per produzioni di serie e multifori contemporanei può convenire poiché le stesse tempistiche analizzate sarebbero le stesse ma divise per più fori:
1 more item...
Casi studio su advanced machining
• Caso studio 1
• Fabbricazione di piccoli satelliti
• I moderni satelliti hanno dimensioni contenute, in particolare per contenere il
peso (ridurre costo messa in orbita):
Tipo satellite
Grandi Massa (kg o g) >1000 kg
Medi Massa (kg o g) 500-1000
Minisatelliti Massa (kg o g) 100-500
Microsatelliti Massa (kg o g)10-100
Nanosatelliti Massa (kg o g) 1-10
Picosatelliti Massa (kg o g) 0.1-1
Femtosatelliti Massa (kg o g) <100g
• Uno dei principali componenti del peso di un satellite è il sistema di propulsione (cambio
orbite e correzione derive)
• Sistemi di propulsione di micro e nanosatelliti sono composti di parti miniaturizzate e canalizzazione dei fluidi
• Difficili da realizzare con tecnologie tradizionali
Alternativa: incisione fotochimica (per canalizzazioni) e tranciatura fotochimica
• Sequenza di tranciatura fotochimica di componenti in Ti (resistenza/peso) di microsatelliti:
pulitura
rivestimento con materiale fotosensibile
esposizione a luce
sviluppo di un’immagine resist
incisione in acido nitrico e idroflurico
rimozione del resist
• Tali sistemi hanno permesso di produrre sistemi meno complessi e più robusti e più leggeri
(risp. precedenti tecnologie)
o Caso studio 2
o Produzione di stent
• Devono essere introdotti nelle arterie e poi fatti espandere per ripristinare dimensioni
• Stent sono sottili strutture metalliche cilindriche a maglie per mantenere aperte le arterie ostruite
• Fattori critici di produzione:
• geometria
• accuratezza dimensionale
• affidabilità e qualità (funzionamento)
• Materiale deve essere resistente, flessibile, biocompatibile e duraturo – acciaio inox
AISI 316L
• Fasi produzione stent:
• trafilatura tubo in acciaio con diametro = diametro finale e spessore idoneo (resistenza dopo espansione)
• taglio laser per ottenere la geometria desiderata (complesse ed intricate)
• finitura per rimozione bave e ossidi superficiali: attacco chimico con soluzione acida e poi polishing elettrolitico
• Finitura fondamentale per prevenire coaguli vicino allo stent (trombosi)
• Infine inserito in un catetere con dispositivo di espansione a palloncino
Aspetti di sostenibilità dell’Advance machining
o Aspetti di sostenibilità
• I processi «advanced» coinvolgono energia meccanica, termica, elettrica o chimica o combinazioni di queste energie
• Soffrono di limitazioni intrinseche per quanto riguarda la sostenibilità:
• elevato consumo di energia e risorse
• generazione di liquidi tossici, gas e rifiuti solidi
• rischio per la salute e la sicurezza
• inquinamento atmosferico
• produzione di rifiuti e i suoi problemi di smaltimento
• contaminazione e danni termici alle parti prodotte
• Fattori che influenzano negativamente l'ambiente in diversa misura
CHM
Gas
Liquidi
Elettrolita, etchant
ECM
Gas
Liquidi
Liquami ,
dielettrico
Elettrolita, etchant
EDM
Gas
Liquidi
Liquami ,
dielettrico
LBM
Gas
Rumore
Radiazioni
USM
Trucioli
Polveri
Liquidi
Vapori
Liquami ,
dielettrico
Rumore
Vibrazioni
AJM
Trucioli
Polveri
Vibrazioni
WJM
Trucioli
Liquidi
Vapori
Vibrazioni
o Analisi aspetti di sostenibilità ECM
• La dissoluzione anodica nell’ECM produce composti solidi, liquidi e gassosi parte di
essi in fanghi
• Rimozioni di 0.454 kg di materiali comportano produzioni di fanghi 90-136 kg
• Fanghi possono contenere:
• ioni metallici, acidi, nitrati, oli e tracce di metalli pesanti (es. cromo esavalente)
• Altra fonte di pericolosità sono schizzi di elettrolita e vapori tossici (salute)
• Goal ridurre o eliminare rifiuti pericolosi alla fonte piuttosto che trattarli e dismetterli
• Minimizzare entità fanghi prevedendo l’indennità minima di lavorazione e miglioramento del grado di dissoluzione localizzata
• Riduzioni rifiuti usando il pulsed ECM
• Soluzioni ad altre problematiche:
• Generazione di idrogeno (uso di sistemi esausti per rimuoverlo)
• Splash di elettrolita (sistemi di contenimento)
• Esposizione a cromati e nitrati per inalazione (sistemi di ventilazione e filtraggio)
o Analisi aspetti di sostenibilità EDM
• Processo EDM è termico (alte T) e fornisce diverse problemi di sostenibilità e
sicurezza:
• elevato consumo specifico di energia
• emissione di fumi e vapori (flash point dielettrico)
• aerosol
• prodotti decomposti
• metalli pesanti
• radiazioni elettromagnetiche
• fiamme
• detriti irregolari e acuminati
• Miglioramenti:
• Sistemi di protezione adeguati
• Uso dielettrici non tossici, che non emettono fumi (alti flash point) e non chimicamente reattivi
• Sicurezza dielettrico attraverso:
• alto flash point
• basso pour point
• bassa volatilità
• basso tasso di evaporazione
• alta stabilità all’ossidazione
• bassa viscosità
• minimo odore
o Analisi aspetti di sostenibilità LBM
• LBM non è associata a fumi tossici o fanghi più sostenibile e sicura
• Non c’è contatto o uso di abrasivi
• Fattori di rischio sono correlati a:
• uso di elevate temperature
• vapori
• emissioni
• radiazioni
• A differenza EBM ha associati generazione di raggi x più pericolosi
o Analisi aspetti di sostenibilità USM
• Nel processo USM problemi di sostenibilità e sicurezza derivano da presenza di:
• uso di frequenze ultrasoniche
• generazione e smaltimento di fluidi con abrasivo
• generazione di trucioli e polveri
• vibrazioni
• rumorosità
o Analisi aspetti di sostenibilità WJM-AWJM
• Tra i più eco-sostenibili
• Uso degli abrasivi rende processo più complesso per la fase di filtraggio e smaltimento
• Problematiche riguardano:
• la rumorosità del processo (sicurezza)
• l’uso di elevatissime pressioni
• proiezioni di materiali
• vibrazioni
• generazione di trucioli
o Sviluppi innovativi in termini di sostenibilità
• In ambito di «advanced machining» così come nel traditional, ci sono approcci volti
a migliorare la sostenibilità:
• EDM dry (gas), net dry (miscela liquidi-gas) o green (acqua) come mezzo
dielettrico;
• ECM ibrido o green (combinazione con laser o plasma e utilizzo elettroliti a basso impatto);
• Ice Jet Machining particelle di ghiaccio vengono utilizzate al posto delle particelle abrasive;
• LBM underwater (dentro l’acqua per schermare e diminuire e danni termici)
• Hanno apportato miglioramenti in termini di qualità, produttività e sostenibilità