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24.Casi studio e sostenibilita’ dei processi per asportazione - Coggle…

- - - -  sfacciatura al tornio
      -  fori di montaggio e raffreddamento tramite foratura
      -  colata
    - -  L’inserto in SiN risulta di difficile lavorabilità, soggetto a invecchiamento e di composizione variabile
      -  Si dovrebbe aumentare il ritmo produttivo
    - - Materiali alternativi per inserti: Al2O3, cBN (nitruro di boro cubico policristallino)
    - -  Al2O3 non permette aumento della velocità di taglio (<700 m/min) per ghisa grigia necessaria per aumento produttività, pur risolvendo le problematiche di lavorabilità rispetto SiN
      -  cBN permette aumento velocità di taglio (>700 m/min) per ghisa grigia
    - -  cBN permette aumento durata104 volte
      -  cBN costo maggiore, ma maggiore produttività
      -  cBN permette utilizzo macchina maggiore (12%)
  - - -  utilizzo vite di bloccaggio detta ritentore per impedire sfilamento
      -  la placca è fornita con ritentori già in sede
      -  una volta inserite le viti il chirurgo ruota i ritentori per bloccare le viti ossee
      -  per garantire orientamento corretto del ritentore dove il filetto del gambo deve iniziare in posizione precisa
    - -  placca fissata alla parte anteriore della spina cervicale mediante viti ossee
    - -  allentamento viti nel tempo a causa delle sollecitazioni fino a fuoriuscita viti
    - -  asta di Ti-6AL-4V posta in tornio CNC e sfaccettata
      -  Tornitura cilindrica sino al diametro esterno della filettatura
      -  Filettatura stelo per lunghezza maggiore (elevata qualità)
      -  tornitura testa della vite (profilo semisferico)
      -  foro centrale mediante trapano
      -  brocciatura sede esagonale
      -  aggiustamenti lunghezza mediante lappatura
      -  fresa CNC per lavorazione tre tacche circolari
      -  smussato per burattatura
      -  anodizzato e passivato per biocompatibilità
- - - -  realizzata in ghisa nodulare
      -  scanalature con 19 denti involuti
      -  diametro del passo 63.52mm
    - - Broccia:
        
         broccia in acciaio rapido M2
        
         63 denti
        
         lunga 1.448m
        
         diametro pari al passo denti della scanalatura
        
         i=0.116 mm
        
         passo denti broccia =1.76
  - - -  adatti ad alte quantità di produzione
      -  specifiche funzionali ed estetiche
    - -  lavorabilità, durata, «impressione» del materiale (requisito attrezzature da golf)
      -  acciai inox: 303, 304, 416, 17-4 con indurimento
      - Scelto il 303 per lavorabilità ad elevate V, trucioli piccoli, maggiore durata utensili, maggiore produttività
    - - Forgiatura near net shape (sovradimensionata 1.25-1.9 mm): migliore qualità e finitura rispetto alla colata
        
        o prevista una protuberanza per fissaggio nelle successive fasi di lavorazioni alla macchina utensile
      - Lavorazioni per asportazione:
        
        o strette tolleranze e aspetto superficiale
        
        o strette tolleranze e aspetto superficiale
    - - o operazioni iniziali per produrre superfici di riferimento e posizionamento per successive lavorazioni
      - o utensili in carburo di tungsteno rivestiti in TiAlN
    - - o cavità con raggi interni piccoli ma molto profondi (7 volte diametro)
      - o Problemi di vibrazioni date le basse profondità di taglio e le alte velocità (12000-20000 giri/min del mandrino)
    - - o Sabbiatura per uniformità superficiale
      - o Placcatura nichel-cromo (nera) per estetica e protezione acciaio da urti e corrosione
- - - - costi ridotti,
      - consumo energetico ridotto,
      - rifiuti ridotti,
      - miglior impatto ambientale,
      - maggiore sicurezza operativa
      - migliore salute del personale
    - - Mentre i primi tre elementi di sostenibilità possono essere modellati utilizzando tecniche analitiche a causa della loro natura deterministica, la modellazione degli altri tre elementi – sicurezza, salute e ambiente (SHE) – può richiede mezzi non deterministici, come logica fuzzy (S.Granados, 2009).
      - Così, come primo approccio, proposto da Jayal (2010) l'indice disostenibilità globale, che è una funzione di questi sotto-elementi, è stabilito come:
        
        FORMULA
      - dove SSHE - indice di sostenibilità per la sicurezza, la salute e l'ambiente, valutati utilizzando la logica fuzzy; Sop - Sostenibilità operativa livello del processo in base al costo della lavorazione, al consumo di energia e la gestione dei rifiuti; CSHE, Cop - fattori di ponderazione rilevanti.
      - Successivamente in tale ottica, Badurdeen et al. (2015) hanno proposto linee guida per i sistemi di produzione sostenibili mostrando le principali metriche di produzione, gli indicatori a loro associati e come questi indicatori possono essere misurati.
      - La linea guida di lavorazione sostenibile proposta dipende da cinque metriche principali: consumo energetico, costi di lavorazione, gestione dei rifiuti, impatto ambientale e salute e sicurezza personale (in cui rientrano sicurezza operativa e migliore salute del personale).
      - Per quanto riguarda le misurazioni degli indicatori, può essere determinato utilizzando i modelli analitici e numerici soprattutto per il consumo energetico, i costi di lavorazione, la qualità di processo/prodotto.
      - D'altra parte, gli indicatori non quantificabili possono essere valutati in base all'esperienza e al giudizio del progettista, in particolare per quanto riguarda la salute personale e gli effetti sulla sicurezza operativa.
  - - - ci sono indicatori come il consumo energetico di set-up, di taglio, di cambio utensile, di utilizzo lubrificante/refrigerante, di raccolta trucioli, poi ci sono i contribuiti energetici legati a produzione,riciclo/recupero e smaltimento di scarti, utensili e fluidi lubrorefrigeranti.
    - - gli indicatori sono legati ai costi di taglio, ai costi di carico/scarico (non produttivi), costi di cambio utensile, il costo dell’utensile per pezzo, i costi di smaltimento dell’utensile, costi di riciclo dell’utensile, costi legati al lubrorefrigerante (costo di produzione degli oli (costo unitario/litro), il costo degli additivi (costo unitario/litro), il costo richiesto per disperdere gli additivi nell'olio da taglio principale (costo unitario/litro), il costo richiesto per la configurazione del sistema di lubrificazione/raffreddamento (costo unitario/litro), il costo di riduzione dello smaltimento dei fluidi (unità costo/litro), e il costo di riciclo del fluido di taglio (costo unitario/litro)
    - - indicatori sono legati a varie considerazioni sui processi come il rapporto tra trucioli riciclati e quelli totali, il rapporto tra i trucioli smaltiti ed il totale, il rapporto tra gli scarti riciclati e la massa totale, il rapporto tra scarti smaltiti e il totale, la massa del fluido di taglio riciclato/recuperato, la massa di fluido di taglio smaltito, la massa dell'utensile da taglio riciclato/recuperato, la massa dell'utensile da taglio smaltito.
    - - dei diversi elementi del processo di machining può essere espresso moltiplicando quantità di risorse impiegate con la rispettiva intensità di emissione.
      - L'insieme di valori di intensità delle emissioni e quantificazione delle risorse utilizzate (es. intensità di emissione di CO2 rispetto a smaltimento dei fluidi di taglio, liquido di taglio in acqua; o intensità di emissione di CO2 rispetto alla produzione dell’utensile ecc.)
    - - indici di sicurezza operativa come l’esposizione di a sostanze chimiche tossiche durante la preparazione dei fluidi da taglio o durante il processo stesso, l'esposizione alle elevate temperature delle superficie durante i processi di taglio, l’esposizione alle alte velocità di taglio delle superfici durante i processi di taglio, indici di salute personale tra cui lo stato delle condizioni atmosferiche ambientali durante i processi di taglio (T, Rh, irraggiamento solare ecc.), il livello d’illuminazione dell’ambiente di lavoro durante i processi di taglio.
    - - b) lavorazione quasi asciutta
      - c) lavorazione criogenica.
      - a) lavorazione a secco;
    - - trattamenti criogenici di strumenti e materiali di lavoro;
      - e la valorizzazione delle proprietà di superficie e le prestazioni di lavorazione nella lavoraz ione di vari materiali difficili da lavorare.
    - - (ii) Aumento della produttività: sia la durezza che la tenacità materiali utensile aumentano sotto raffreddamento criogenico, consentendo un aumento dei tassi di rimozione dei materiali.
        
        L'usura degli utensili è stata osservata anche come più uniforme e prevedibile;
      - (iii) Miglioramento qualità della superficie: parti in metallurgia delle polveri e in acciaio trattate criogenicamente hanno mostrato riduzione dei danni superficiali e sub-superficiali, e una migliore resistenza alla fatica;
      - (i) Ecologico e sicuro: Azoto è un gas non pericoloso che costituisce il 79% dell'aria atmosferica;
      - (iv) Riduzione delle step e cambiamento del processo:il raffreddamento criogenico si traduce in riduzioni dei trattamenti termici intermedi per la maggior parte delle parti in metallurgia delle polveri.