ISBN RCS Libri S.p.A. Milano. Ristampe:

ISBN 978-88-5280535-6 © 2012 RCS Libri S.p.A. – Milano Ristampe: 2012 2013 1 2 3

2014 4 5

2015 6 7

2016 8 9

2017 10 11

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I contenuti del tuo libro non si trovano solo sulla carta. Adesso puoi trovare esercizi, espansioni e molto altro sul web, all’indirizzo www.auladigitale.rcs.it. Tali strumenti ti consentiranno di integrare lo studio sul testo cartaceo con la possibilità di ripassare, prepararti alle verifiche orali e scritte, approfondire quanto affrontato in classe, ecc. Su ogni pagina del sito troverai un campo in cui digitare il codice che hai trovato nel volume, così avrai accesso diretto ai materiali digitali ad esso relativi. Potrai scaricare e salvare i materiali sul tuo computer in modo che tu possa poi ritrovarli facilmente in qualsiasi momento.

Presentazione Il corso sviluppa una trattazione completa delle tecnologie meccaniche e, pur affrontando i temi in modo essenziale, li approfondisce con un ampio numero di elementi pratici e applicativi. Riesce in questo modo a conciliare una valida preparazione del tecnico meccanico, con le effettive possibilità dello sviluppo didattico e le esigenze che emergono dalle linee guida dei nuovi programmi, così specificate: l l l l l l

individuare le proprietà dei materiali in relazione all’impiego, ai processi produttivi e ai trattamenti; misurare, elaborare e valutare grandezze e caratteristiche tecniche con opportuna strumentazione; organizzare il processo produttivo contribuendo a definire le modalità di realizzazione, di controllo e collaudo del prodotto; gestire progetti secondo le procedure e gli standard previsti dai sistemi aziendali della qualità e della sicurezza; gestire ed innovare processi correlati a funzioni aziendali; identificare ed applicare le metodologie e le tecniche della gestione per progetti.

A questo scopo, l’opera è strutturata come segue:

Metrologia

Sapere scegliere lo strumento idoneo ed essere in grado di eseguire misurazioni. Conoscere la teoria degli errori.

Materiali

Eseguire prove per la determinazione delle proprietà meccaniche e tecnologiche dei materiali secondo normativa ed essere in grado di analizzarne i risultati. Conoscere i materiali e le loro principali caratteristiche.

Tecnologia delle lavorazioni

Saper comprendere le caratteristiche delle principali lavorazioni dei materiali. Sapere individuare il processo tecnologico corretto per la realizzazione di particolari meccanici.

Trattamenti termici

Essere in grado di scegliere e gestire il trattamento termico corretto in relazione alla funzionalità e alle caratteristiche di impiego.

Teoria ed esecuzione del taglio alle macchine utensili

Essere in grado di scegliere la lavorazione, gli utensili, i parametri di taglio e i cicli di lavoro in funzione del ritmo produttivo e dell’economicità del processo.

Organizzazione dell’impresa La qualità

Conoscere il modello organizzativo di un’azienda e le tecniche di organizzazione della produzione. Sapere identificare le procedure per il controllo della qualità. Sapere effettuare ed interpretare le principali prove distruttive e non distruttive. Eseguire i controlli di produzione e di collaudo, applicando le tecniche statistiche. Saper identificare le cause di anomalie, rotture o malfunzionamenti di organi meccanici.

Controllo numerico

Riconoscere, comprendere, analizzare le funzioni delle macchine utensili a controllo numerico ed essere in grado di programmare le lavorazioni, utilizzando anche l’interfacciamento tra sistemi CAD-CAM.

3° volume

2° volume

1° volume

Ambiti disciplinari Competenze

Presentazione

III

Guida alla lettura In queste pagine trovi indicazioni utili per organizzare lo studio al meglio, attraverso gli strumenti che il corso di Tecnologie meccaniche di processo e di prodotto ti mette a disposizione: ● il tuo libro di testo cartaceo; ● le espansioni che puoi consultare o scaricare collegandoti all’indirizzo www.auladigitale.rcs.it. Il testo, strutturato in parti e unità, e tratta in modo completo le tecnologie meccaniche affrontando i temi in modo essenziale approfondendo un ampio numero di elementi pratici e applicativi.

2 Ru

mento. ura con spalla o nella tornit Fig. 8.59 – Effett

tura frontale. o nella sfaccia Fig. 8.60 – Effett

ura conica. o nella tornit Fig. 8.61 – Effett

PARTE 2

Un ricco e puntuale apporto graﬁco agevola la coprensione dei concetti teorici più ostici della materia.

Sintassi del coma ndo: N100 G01 Y i Zi F… N110 G18 G03 Xf Zf J-…K-…

Fig. 8.86 – Interp piano G19 (Z, olazione circolare antioraria G3 sul Y).

8.11.2

Programmazio ne diretta con il cen

¨

Esempio 12 tro della fres a Lavorazione latera le di contornatur a con interpolazio • materiale 5 ne circolare ( acciaio debol ﬁg. 8.87). mente legato • fresa a spiana HB 180; re • diametro estern a spallamento retto: R390063Q22-17M; o fresa: D 5 • numero di 63; denti • qualità dell’in della fresa: Z 5 5; serto per fresat • velocità di ura media: R390taglio: V 5 265 170408-PM 1030; c m/min; • avanzamen to per dente: fz 5 0,15 mm; • profondità di passata: p 5 5 mm; • calcolo della velocità di rotazi one del mand rino: n 5 Vc 3 1000 265 3 1000 • calcolo della velocità di avanz p3D 5 p amento di lavoro 3 63 5 1 300 giri/min : Vf 5 fz 3 Z 3 n 5 0,15 3 5 3 raggio fresa 1 300 5 975 mm/m . in .

profilo equidis

tante spostat

o del raggio

.

14

15

10

Il valore del modu < 200 000 N/mm lo di elasticità dell’acciaio è ², è < 76 000 N/mm mentre quello dell’allumini o ². A parità di campo elasti carico, entro co presenta il una deformazio maggiore: ne [A] l’alluminio [B] l’acciaio [C] la deform azione sotto carico non dipen dal modulo di de elasticità [D] il modulo di elasticità inﬂuisce solo deformazione sulla permanente

LAVORAZIONI

244

11

12

Un getto di spess ore sottile (6 mm) in ghisa EN-G viene colato JL300. Effettu ando un prova trazione su una di provetta ricava ta dal getto stesso si ottiene in carico massi mo a rottura Quale delle segue (Rm). nti affermazioni [A] Rm . 300 è corretta? Mpa [B] Rm , 300 Mpa [C] Rm 5 300 Mpa

13

Unità 2

Proprietà mecc

aniche e tecno

fresa

superficie

Y1 X1

6 .

1

,6 .

Fig. 8.87 – Traiet toria fresa nella

258

con tornatura. La programmaz ione degli spost lo zero pezzo amenti dell’ut ensile viene esegu W nel piano X, Y dell’asse Z si trova sulla super è situato al centro del pezzo ita con comandi in assoluto G90; , mentre lo zero ﬁcie superiore. pezzo in direzio ne ¨

PARTE 2

LAVORAZIONI

16

Si deve determ inare la durez za cementato su un albero in acciai di uno strato lo spessore o 18NiCrMo5; di cementazio ne è della classe Cm4 e si suppo ne che la durez raggiunta sia za superﬁciale circa HRC65. Doven re la durezza dello strato ceme do controllaspensabile ricorre ntato, è indire a una durez essere effettu za HRN o può ata una prova di durezza HRC? Motivare la scelta .

In ﬁgura è riporta to l’andamento trazione di un del graﬁco di materiale tenac e. Indicare il valore di REH ed R EL.

Determinare il diametro minim cilindrica che o di una barra deve di 16 000 N suppo sopportare un carico assial e nendo di limitar zione massima e la deformaallo 0,2% (E 5 200 000 N/mm ²).

vettore perpen dicolare alla

.

La trave di ﬁgura è incastrata in mo B dista 1 A mm da una parete e il suo estremabile. Calco piana indeforlare le tensio ni interne che manifestano nella si damento di 100 trave in seguito a un riscal°C (coefﬁciente termica a 5 12 di dilatazione 3 10 26 °C 21).

17

Molteplici sono gli strumenti di supporto allo studio: riferimenti alle norme tecniche, schemi, tabelle e disegni dettagliati che illustrano gli argomenti trattati.

.

Indicare quale tra le seguenti non è determ caratteristiche inabile con una prova di comp sione su acciai reso: [A] Rm [B] Rp [C] Rr [D] Ru

3

con il presetting.

In ﬁgura 8.86 è riportata un’in lazione circol terpoare antioraria G3 no G19 (Z, Y). G19 è la sul piache individua funzione il assi Z e Y, ment piano formato dagli profondità. J re l’asse X è quello di e K sono le coord incrementali inate del punto di inizio centro del cerchio dal dell’arco.

quadro

del vertice P

Numerosi esempi consentono di fare il punto sui concetti fondamentali esposti nel testo.

.

Fig. 8.58 – Rilievo

a dell’inraggio di punt Inﬂuenza del le su proﬁlo del pezzo serto dell’utensi azion e occor re tener dell’utensiNella prog ramm che la punta conto del fatto lo vivo, ma presenta un le non è a spigo R, e che il presetting sia raggio di punta superﬁci tangenti a quepunto teorico stato fatto sulle minando un sto raggio deter vertice P. Con dato dal suo tensile (predel tagliente misure dell’u e il rilievo delle rializza un punto ideal setting) si mate dall’intersezione delle dato P (ﬁg. 8.58), raggio di punta Z tangenti al due rette X e R. R dell’utensile u un raccordo u sile presenta la e l’uten do azion Quan la lavor ile), durante il pezzo non (raggio utens a contatto con punta che è ione degli assi più all’intersez e P, per cui si corrisponde mina il vertic X e Z che deter effetti sul proﬁlo reale i degli presentano nno esaminati seguito verra ntare nella del pezzo. Di si possono prese diversi casi che tornitura. rica con tornitura cilind nella to ● Effet spallamenspallamento cilindrica con Nella tornitura mina, nell’inutensile deter del pezzo, to il raggio due superﬁci tersezione delle le a quello del Ru (ﬁg. ugua un raccordo un errore nella crea non rdo 8.59). Il racco pezzo: al condiametrale del te indicazioni e nsion dime salve determina nta la resitrario, fatte disegno, aume di interdettagliate sul punto sezione nel stenza della sezione. sfacciatura tornitura di nella ● Effet to frontale con programdi sfacciatura il Nella tornitura o del pezzo, pilotando mazione al centr un’appendice con diamee riman P, e o utensile Ru vertic due volte il raggi atura totatro uguale a ottenere la sfacci (ﬁg. 8.60). Per ensare spostando il verticomp R . Il raggio le occorre tità uguale a u nsionali ce P della quan i dime genera error utensile non nel pezzo. ﬁci coniche super di nella tornitura he, pro● Effetto di superﬁci conic Nella tornitura vertice P dell’utensile, il il non coincigrammando del pezzo PP (ﬁg. 8.61). proﬁlo reale PO uto lo otten de con il proﬁ nte) dipende dal raggio (costa E L’errore e è Ru, tanto to più grand utensile: quan l’errore generato E. In sarà ire una corpiù grande necessario esegu one di Ru. questo caso è funzi traiettoria in della ne rezio

Quale, tra le seguenti prove , non è idone la determinazio a per ne della durez za di un acciai ricotto? o [A] prova Brinel l [B] prova Rockw ell [C] prova Rockw HRC ell HRB [D] prova di durez za HR45N 18 I risulta ti di una prova di durezza Brinel [A] sempre validi l sono: [B] validi se il rapporto tra il diametro dell’im pronta e il diame tro della sfera è compreso tra 0,24 e 0,6 [C] validi se il rapporto pronta e il diame tra il diametro dell’imtro della sfera 0,35 è uguale a

logiche dei mater

iali 79

ta, tutto automatizza ro non azione non del purché con lavor resi gli apprendisti, in nume a 12 a lavora in serie, comp e elevato ﬁno dipendenti, l’impresa che denti può esser massimo di 9 . mo dei dipen può avere un da apprendisti il numero massi siano costituite dente, ntive superiore a 5; prece aggiu oria categ le unità rientrano nella e Europea, condizione che quelle che non 03/361/CE della Commission triali, ovvero N. mandazione Le imprese indus secondo la racco sono suddivise, 1.1. nella tabella come indicato riali. imprese indust io delle e bilanc cazion Totale Tab. 1.1 – Classiﬁ Fatturato ti € 43 000 000 Numero addet € 50 000 000 Categoria € 10 000 000 da 50 a 249 sa €10 000 000 Media impre € 2 000 000 a 49 10 da sa € 2 000 000 Piccola impre < 10 Microimpresa

Per veriﬁcare l’acquisizione delle conoscenze e la capacità di rielaborazione dei concetti, nelle pagine ﬁnali delle unità si trovano numerosi esercizi.

Tabelle con dati tecnici riassuntivi agevolano lo studio degli argomenti più pratici.

●

7.2

i mobili ra degli assi ento degli organ via); gli Nomenclatu ioni di movim tutte le direz mandrini e così

amento utensili, . assi di avanz o, slitte porta rispetto al pezzo (tavole di lavor dell’utensile della MU-CN i movimenti controllabili le posizioni e a individuare assi servono biabilità dei rcam l’inte care N viene care e uniﬁ assi della MU-C Per sempliﬁ degli la a ssi indic la sinta 841, che ne programmi, normativa ISO verso di spostamento deﬁnita dalla e il la direzione ativa prevedesignazione, lare). La norm rotazione ango cartesiano rettangolare (lineare o di a di coordinate quale il programmatore, de un sistem il immagina 7.2) secondo g. (ﬁ ione, orso direz di destr delle coordinate tensile e non è tenuto nella stesura “a cavallo” dell’u che si sposta rispetto di muoversi sile e pezzo e se è l’uten destra quindi a saper o viceversa (utensile fermo a della mano nel Fig. 7.2 – Regol al pezzo fermo ione degli assi per l’individuaz destrorso. mobile). di coordinate

¨ N. 03/361/ CE

Si deﬁniscono

ISO 841

1.1.1

sistema

7.2.1

Assi lineari

MU-CN e viene tipi: principale della i sono di tre drino Gli assi linear se del mandrino di taglio (man è parallelo all’as rino che eroga la forza positivo (Z1) movimento Z: rici); il senso o a un mand si● asse di con riferiment rino portautensile nelle fresat in lavorazione e l’uten identiﬁcato tornio, mand za tra il pezzo nto di distan portapezzo nel aume un ca provo di è quello che modo che i sensi le e che fa in altri due assi sia1Z 1X direzione degli dalla terna della niti 1Y no quelli deﬁ mano destra; X: quando è movimento Xè ● asse di di movimento possibile, l’asse superparallelo alla è orizzontale e del pezzo ed ggio appo di ﬁcie 1Z all’asse Z; 1X perpendicolare Y: è perpenmovimento deﬁnito ● asse di 1Y piano ed è dicolare al scelto assi X e Z; è dagli altri due gli altri formare con inate in modo da coord di a due assi un sistem orso. fresatrice cartesiano destr lineari in una posizione one degli assi è riportata la Fig. 7.3 – Posizi rice verIn ﬁgura 7.3 i in una fresat verticale. degli assi linear ticale.

7.2.2

tivi, dimension re i propri obiet è riportato in da e delle sue (un esempio Per raggiunge tipo di azien organigramma coordinate le varie attivi funzione del e il nome di che varia in te e al suo struttura prend di come sono raggruppa chici esistenti graﬁca di tale ea i rapporti gerar a che dà un’id presa e che indica ﬁg. 1.1), schem funzioni di un’im ato da: tà e le diverse form è anigramma industriale; interno. L’org enti dell’attività si enti. esentano gli chiche tra i diver goli, che rappr o di seguito ● rettan le relazioni gerar di cui descriviam che indicano in vari settori, ● linee, quindi suddivisa un’impresa è tivi La struttura di ﬁssando obiet gie aziendali i principali. ca le responsache e le strate nisce le politi deﬁnisce e veriﬁ politiche e gli deﬁ nto; rale: zame gene ne l’avan oltre che le ● Direzione ne e veriﬁcando il personale, e umane a e modalità d’azio i rapporti reciproci di tutto cacia delle risors e cienza ed efﬁ bilità, l’autorità assicurare la massima efﬁ ad obiettivi volti tutti i livelli. nistrazione

le

direzione genera

responsabile

direzione acquisti

direzione commerciale

mar eting

one e senso di Fig. 7.4 – Posizi di rotazione.

zione (sicurez

one e preven

servizio protezi

za)

responsabile

direzione di produzione reparti produttivi manutenzione

direzione a amministrativ

Unità 1

Organizzazione

responsabile atici servizi inform

contabilità gestione del

personale

direzione tecnica progettazione o ricerca e svilupp

servizio tecnico di officina

logistica one programmazi

ma. io di organigram Fig. 1.1 – Esemp

assi direzione degli

gestione qualità

collaudo laboratorio

di un’impresa

3 ttiva

e qualità produ

atica. ensazione autom perazione Tab. 8.7 Ð Comp Descrizione dellÕo ISO programma ile Programmazione numerazione nza cambio utens te punto di parte amm. Vc costan O3000 posizione al rino in progr Z 150 giri/min mand 200 max X n. N10 G00 limitazione zzino UT ile 2 dal maga rino antioraria N20 G92 S3000 richiamo utens rotazione mand 250 m/min e e pezzo origin o N30 T0101 programm. Vc ment M04 assolute, sposta erante N40 G96 S250 programm. quote , inserzione refrig rapido al pezzo N50 G90 G54 avvicinamento ile attivata Z2 M08 raggio utens iro di 0,15 mm/g N60 G00 X20 Compensazione avanzamento punto 1 con e N70 G42 in lavoro sul olazione linear F0.15 G95 interp Z0 con N80 G01 X24 tornitura conica rica N90 X30 Z-3 tornitura cilind raccordo ﬁno a inizio atura raria spian antio di Z-20 are N100 tornitura olazione circol o 4 con interp N110 X36 raccordo raggi Z-25 R5 rica N120 G03 X46 tornitura cilind ne lineare con interpolazio N130 G01 Z-35 tornitura conica atura erante N140 X56 Z-44 tornitura di spian X, stop refrig o dal pezzo asse N150 X70 distacco in rapid ile disattivata rino M09 raggio utens o rotazione mand N160 G00 X80 Compensazione utensile, arrest punto cambio in rapido sul N170 G40 Z150 M05 amma X200 N180 ﬁne progr N190 M30

249

N

zione delle MU-C

La programma

Unità 8

IV

automatica del

o del particoFig. 8.69 – Disegn lare di tornitura.

lio di ammi Presidente consig

zione Assi di rota

197

Unità 7

da di un’azien organizzata anizzativo una struttura azione avvalgono di Modello org i. La rappresent le aziende si

rciali uffici comme addetti alle vendite

vengono attorno ai quali Sono gli assi CN. rotazioni nel (1) è queleffettuate le ione positivo positiva Il verso di rotaz nella direzione lo orario visto zione. dell’asse di trasla

ione con compensaz to in ﬁgura 8.69 lo rappresenta nitura del proﬁ Tornitura di ﬁ raggio utensile. ti 5 3 3 45° quota non si Smus zione: Parametri di lavora HB 180 mente legato acciaio debol 0,8 mm • materiale 5 sul raggio 5 lo per la ﬁnitura utensile 5 T0101 • sovrametal ile e correttore • posizione utens K11 PDJNL 2020 • utensile tipo: o R 5 0,8 mm • raggio insert /min • Vc 5 250m iro • f 5 0,15 mm/g

¨ Esempio 8

Le basi della

CN programmazione

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A partire dalla pagina iniziale, che vedi qui riportata, puoi navigare nei contenuti digitali suddivisi per modulo:

Strumenti sempre disponibili: l

l

approfondimenti;

l

l

tabelle e grafici; rassegne fotografiche; filmati.

l

l l

l l l

indicazioni utili per l’uso del foglio di calcolo; calcolatrice; tavola periodica; unità di misura; spunti per visitare luoghi di interesse in ambito tecnologico; linkografia a siti di interesse dedicati ai diversi ambiti tecnologici.

V

Indice

1

parte

Impresa materiali – controlli

In Auladigitale

1 Organizzazione di un’impresa e qualità

Unità 1

produttiva

2 1.1 L’impresa 2 1.1.1 l Modello organizzativo di un’azienda 3 1.1.2 l La produzione 4 1.1.3 l La qualità 6 1.1.4 l La certificazione 11 1.1.5 l Il controllo 12 1.1.6 l L’affidabilità 15

Unità 2

2. Proprietà meccaniche e tecnologiche dei materiali

2.1

Le proprietà meccaniche dei materiali 2.1.1

l

Prova di trazione statica

2.1.2

l

Macchine per prova materiali

2.1.3

l

Prova di scorrimento viscoso a caldo

2.1.4

l

Prova di compressione

2.1.5

l

Prova di flessione

2.1.6

l

Prova di taglio

2.1.7

l

Prova di torsione

2.1.8

l

Prove di durezza

2.1.9

l

Prova di resilienza

2.1.10 l La fatica

2.1.11 l Usura 2.2 Le proprietà tecnologiche dei materiali

VI

2.2.1

l

Prova di imbutitura

2.2.2

l

Prova di piegamento

2.2.3

l

Prova di avvolgimento

2.2.4

l

Prova di colabilità

Test

18 18 18 27 32 33 35 37 37 38 49 51 64 74 74 75 77 77

Approfondimenti • Prova di trazione • Prova di durezza Brinell • Fatica

Rassegne fotografiche • A spetti della frattura derivanti dalla prova di trazione • Rottura di un provino dopo prova di resilienza

Filmati • Prova di trazione • Prova di resilienza

Test

3. La corrosione

3.1 3.2 3.3 3.4

Introduzione Che cos’è la corrosione Come si presenta la corrosione Meccanismi della corrosione

3.4.1

l

Corrosione puramente chimica

3.4.2

l C orrosione

elettrochimica (o corrosione galvanica) Principali processi di corrosione

3.5.1

l

Corrosione sotto sforzo

3.5.2

l

Corrosione per fatica

85 87 88 89

3.5.3

l

Corrosione intergranulare

89

3.5.4

l

Corrosione per aerazione differenziale 89

3.5.5

l

Corrosione per pitting

90

3.5.6 l Corrosione per correnti vaganti 3.6 Fattori che inﬂuenzano la corrosione

90 91 91 91

3.5

3.6.1

l

pH e corrosione

3.6.2

l

Temperatura e corrosione

3.6.3

l S ollecitazioni,

3.6.4

3.7 3.8 3.9

superﬁciale del metallo e corrosione Velocità di corrosione Misura della corrosione Resistenza dei materiali alla corrosione

3.9.1

l

Ferro e sue leghe

3.9.2

l

Rame

3.9.3

l

Alluminio e sue leghe

3.9.4 l Nichel e sue leghe 3.10 Prevenzione della corrosione 3.10.1

l

Ambiente

3.10.2

l

Materiale

4.1 4.2

4.3

Approfondimenti • Cromatura • Accorgimenti progettuali per prevenire la corrosione

Test

91

l S tato

4. Le prove non distruttive

Unità 3

tensioni interne

e corrosione

82 82 82 83 83 85

Che cosa sono le prove non distruttive Esame visivo 4.2.1

l

Principio del metodo

4.2.2

l

Strumentazione

4.2.3 l Settori applicativi Liquidi penetranti 4.3.1

l

Principio del metodo

4.3.2

l

Esecuzione della prova

4.3.3

l C aratteristiche

del controllo con liquidi penetranti

4.3.4 l Settori applicativi 4.4 Magnetoscopia 4.4.1

l

Principio del metodo

4.4.2

l

Magnetoscopi

4.4.3

l

Esecuzione della prova

4.4.4

l C aratteristiche

del controllo magnetoscopico

92 92 92 93 93 94 95 95 96 96 97 106 106 108 108 109 110 110 111 111

Unità 4 Approfondimenti • Indagine con ultrasuoni • Norme UNI di riferimento

Test

113 113 113 114 116 117 119

VII

4.5

Esame con ultrasuoni 4.5.1

l

Principio del metodo

4.5.2

l

Sonde

4.5.3 4.5.4 4.5.5

l

Apparecchi a ultrasuoni Esecuzione della prova l C aratteristiche dell’esame con ultrasuoni 4.5.6 l Applicazioni 4.6 Radiologia 4.6.1 l Generazione dei raggi X 4.6.2 l I raggi g 4.6.3 l Esecuzione dell’esame radioscopico 4.6.4 l C aratteristiche dell’indagine radioscopica 4.6.5 l P recauzioni nell’utilizzo dei raggi X e g 4.7 Metodo delle correnti indotte 4.7.1 l Principio del metodo 4.7.2 l Strumentazione 4.7.3 l Sonde 4.7.4 l Tecniche di prova 4.7.5 l C aratteristiche dell’indagine mediante correnti indotte 4.8 Confronto tra le varie tipologie di controlli non distruttivi

l

5. Controllo statistico della qualità

5.1 5.2

Introduzione Controllo statistico 5.2.1 l Gli strumenti per il controllo statistico 5.3 Esecuzione del controllo 5.3.1 l Controllo in accettazione 5.3.2 l Controllo in processo

2

parte

6.1 6.2 6.3 6.4

6.5

6.6

VIII

126 126 127 128 130 131 132 134 134 134 136 136 137 137 138 140 140 142 143 152 153 158

Lavorazioni

6. L’automazione nelle macchine utensili

119 120 121 122 123

Introduzione Classificazione e memorizzazione delle informazioni Automazione e flessibilità Il controllo numerico nelle macchine utensili Confronto tra una MU tradizionale e una MU-CN Componenti di una macchina utensile a controllo numerico 6.6.1 l C omponenti del gruppo elettronico del CN 6.6.2 l Componenti meccanici MU-CN

Unità 5 Approfondimenti • Piani di campionamento • Esempi relativi ai piani di campionamento

Grafici e tabelle • Tabelle per il campionamento semplice • Tabelle relative al campionamento doppio

In Auladigitale

174 174 174 175 176 176 178 178 180

Unità 6 Rassegne fotografiche • C omponenti delle macchine a controllo numerico

Test

6.7 6.8

Elementi relativi ai servomeccanismi Componenti dei servomeccanismi 6.8.1 l Trasduttori e sensori 6.8.2 l Attuatori e motori 6.9 Controllo degli assi

7. La programmazione delle MU-CN

7.1 7.2

7.3

7.4

7.5 7.6

7.7 7.8

Introduzione Nomenclatura degli assi 7.2.1 l Assi lineari 7.2.2 l Assi di rotazione 7.2.3 l Assi secondari Sistema di coordinate del pezzo 7.3.1 l Coordinate cartesiane 7.3.2 l Coordinate polari Sistemi di quotatura del pezzo 7.4.1 l Quotatura in assoluto 7.4.2 l Quotatura incrementale Definizione dei piani di lavoro Punti di origine e di riferimento 7.6.1 l M – Punto zero macchina 7.6.2 l W – Punto zero pezzo 7.6.3 l R – Punto di riferimento 7.6.4 l T – Punto di riferimento portautensili Presetting Trasferimento dal sistema coordinate macchina al sistema coordinate pezzo

8. Le basi della programmazione CN

8.1 8.2 8.3

8.4 8.5 8.6

8.7

8.8

8.9

Introduzione Studio del ciclo di lavorazione Il linguaggio di programmazione 8.3.1 l Codice EIA 8.3.2 l Codice ISO Sistemi di programmazione La programmazione manuale Il programma: struttura e significato 8.6.1 l Funzioni preparatorie G 8.6.2 l Funzioni ausiliarie M Indirizzi comuni per la programmazione CN Le informazioni tecnologiche 8.8.1 l Funzione di cambio utensile “T” 8.8.2 l V elocità di rotazione del mandrino “G96 – G97 - S” 8.8.3 l V elocità di avanzamento “G94 – G95 - F” Informazioni di percorso 8.9.1 l P rogrammazione quote pezzo: G70-G71 8.9.2 l P rogrammazione assoluta o incrementale: G90–G91 8.9.3 l I mpostazione dei piani di lavoro, G17, G18, G19

185 187 188 191 194 196 196 197 197 197 198 199 199 200 200 200 201 202 203 203 203 206

Unità 7 Rassegne fotografiche • Ricerca dello zero pezzo in manuale • Presetting

Filmati • R icerca dello zero pezzo in automatico con sistema di tracciatura 3D

Test

207 207 209 210 210 211 211 212 212 212 213 213 216 218

Unità 8 Filmati • Lavorazioni su macchine a controllo numerico

Test

218 220 221 222 225 228 228

Z

Y

X

228 230

IX

8.9.4

l

8.9.5

l P rogrammazione

Impostazione origine pezzo

8.9.6

l

8.9.7

l C orrezioni

di movimento

8.10

l

Filettatura con passo costante, G33

8.10.2 l Sgrossatura del materiale 8.11 Programmazione della fresatura 8.11.1 8.11.2

I comandi d’interpolazione

del raggio utensile, G40, G41, G42 Programmazione della tornitura

8.10.1

l L’interpolazione circolare nella fresatura l P rogrammazione diretta con il centro della fresa

8.11.3 l Interpolazione elicoidale 8.12 Cicli fissi

9. Programmazione dialogata

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5

230

dei comandi

Cenni generali Intestazione del programma Gestione degli utensili Blocchi del programma Fine programma

231 233

10.1 10.2 10.3 10.4

Introduzione CAD CAM Integrazione tra CAD e CAM

10.4.1

l

Struttura del processo CAD-CAM

10.4.2 l Definizione dei linguaggi 10.5 Descrizione di un sistema CAD-CAM

11. La prototipazione rapida

11.1 11.2 11.3 11.4

Introduzione Che cos’è la prototipazione rapida Il processo RP Prototipazione rapida con materiale liquido (fotopolimerizzazione)

11.4.1

11.6

Tecnica della sinterizzazione laser selettiva di polveri SLS Prototipazione rapida con materiale solido

258 262 262 268 268 270 272 272 274

X

MAX

MIN

Unità 9 Approfondimenti • P rogrammazione conversazionale a bordo macchina

Filmati • Inerenti alla programmazione conversazionale

Test Unità 10

275 275 276 277 277 279 285

Approfondimenti

290 290 291 291

Unità 11

• P rogrammazione CAD CAM per macchine a controllo nuemerico

Filmati • Simulazione di lavorazioni in CAD CAM

Test

Filmati • Prototipizzazione

Rassegne fotografiche • Prototipizzazione

293 293

l

Tecnica LOM (Laminate Object Manufacturing) 11.6.2 l Tecnica FDM (Fused Deposition Modeling) 11.6.1

W

X

11.4.2 l Tecnica Polyjet 294 11.5 Prototipazione rapida con materiale in 294 polvere 11.5.1

l T ecnica di Stereolitografia SLA (StereoLitographic a Apparatus)

Y

257

10. Programmazioe automatica CAD-CAM 275

Z

239 242 250 252 254

295 295

l

295 296

Test

1

Aula digitale

parte

Impresa – materiali – controlli

Unità 1



Organizzazione di un’impresa e la qualità nella produzione

Unità 2



Proprietà meccaniche e tecnologiche dei materiali

Unità 3



La corrosione

Unità 4



Controlli non distruttivi

Unità 5



Controllo statistico della qualità

® ® ® ® ®

Approfondimenti Grafici e tabelle Rassegne fotografiche Filmati Test

unità

1. Organizzazione di un’impresa e qualità produttiva

Prerequisiti c C onoscere le basi relative al ciclo di lavorazione di un prodotto industriale. c C onoscere i concetti fondamentali relativi

all’attività di mercato.

Obiettivi c C onoscere le basi dell’organizzazione di un’impresa. c C onoscere i concetti fondamentali del siste-

ma qualità. c C onoscere le linee essenziali della certifica-

zione.

1.1

L’impresa Nei volumi precedenti sono state analizzate le principali tecniche costruttive e i metodi di lavorazione necessari per la fabbricazione corretta di componenti meccanici. L’impresa industriale, la struttura all’interno della quale avvengono le operazioni descritte, ha lo scopo di ottenere un utile mediante determinati processi quali la produzione, la distribuzione e la trasformazione di materie prime o semilavorati in prodotti finiti. Sebbene il profitto sia il fine principale dell’attività di un’impresa, si considerano fondamentali anche altri obiettivi, tra i quali: l l l

l’investimento in ricerca e innovazione per rendere l’impresa competitiva e in grado di conquistare nuovi segmenti di mercato, riuscendo quindi a durare nel tempo; la tutela dell’ambiente mediante la scelta di tecnologie innovative; la sicurezza dei lavoratori.

Per il raggiungimento di tali obiettivi, un’impresa fa ricorso a personale e a mezzi, finanziari, tecnici ed energetici che permettano di determinare il prodotto finito e di conseguire il più ampio vantaggio possibile tra costi e ricavi nel rispetto dei vincoli previsti dalle prescrizioni giuridiche, morali e sociali.

Differenze tra impresa artigiana, media e piccola impresa Se si volesse operare una distinzione tra impresa artigiana e piccola e media azienda, prima di tutto si potrebbe dire che l’artigiano è colui che: l l l

gestisce personalmente, professionalmente e in qualità di titolare l’impresa artigiana; assume la piena responsabilità dell’impresa; svolge in misura prevalente il proprio lavoro all’interno dell’azienda.

Un’impresa si può definire artigiana quando è condotta dall’imprenditore artigiano nei limiti dimensionali previsti dalla legge e quando ha come scopo prevalente la produzione di beni, anche semilavorati, o la prestazione di servizi, fatta esclusione per le attività agricole e quelle relative ai servizi commerciali.A seconda del tipo di produzione che in essa si svolge, un’azienda artigiana può avere un numero variabile di dipendenti, e in particolare: l

l’impresa che non lavora in serie può avere un massimo di 18 dipendenti, compresi gli apprendisti, in numero non superiore a 9; il numero massimo dei dipendenti può essere elevato fino a 22 a condizione che le unità aggiuntive siano costituite da apprendisti;

®

2

Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

l

® N. 03/361/ CE

l’impresa che lavora in serie, purché con lavorazione non del tutto automatizzata, può avere un massimo di 9 dipendenti, compresi gli apprendisti, in numero non superiore a 5; il numero massimo dei dipendenti può essere elevato fino a 12 a condizione che le unità aggiuntive siano costituite da apprendisti.

Le imprese industriali, ovvero quelle che non rientrano nella categoria precedente, sono suddivise, secondo la raccomandazione N. 03/361/CE della Commissione Europea, come indicato nella tabella 1.1. Tab. 1.1 – Classificazione delle imprese industriali. Categoria Media impresa Piccola impresa Microimpresa

1.1.1

Numero addetti da 50 a 249 da 10 a 49 < 10

Fatturato € 50 000 000 €10 000 000 € 2 000 000

Totale bilancio € 43 000 000 € 10 000 000 € 2 000 000

Modello organizzativo di un’azienda Per raggiungere i propri obiettivi, le aziende si avvalgono di una struttura organizzata che varia in funzione del tipo di azienda e delle sue dimensioni. La rappresentazione grafica di tale struttura prende il nome di organigramma (un esempio è riportato in fig. 1.1), schema che descrive come sono raggruppate e coordinate le varie attività e le diverse funzioni di un’impresa e che indica i rapporti gerarchici esistenti al suo interno. L’organigramma è formato da: l l

rettangoli, che rappresentano gli enti dell’attività industriale; linee, che indicano le relazioni gerarchiche tra i diversi enti.

La struttura di un’impresa è quindi suddivisa in vari settori, di cui descriviamo di seguito i principali. l

Direzione generale: definisce le politiche e le strategie aziendali fissando obiettivi e modalità d’azione e verificandone l’avanzamento; definisce e verifica le responsabilità, l’autorità e i rapporti reciproci di tutto il personale, oltre che le politiche e gli obiettivi volti ad assicurare la massima efficienza ed efficacia delle risorse umane a tutti i livelli.

Presidente consiglio di amministrazione direzione generale responsabile servizio protezione e prevenzione (sicurezza)

responsabile gestione qualità collaudo laboratorio

direzione commerciale

direzione acquisti

direzione di produzione

uffici commerciali addetti alle vendite

reparti produttivi

marketing

manutenzione

direzione amministrativa

responsabile servizi informatici

contabilità gestione del personale

direzione tecnica progettazione ricerca e sviluppo servizio tecnico di officina

logistica programmazione

Fig. 1.1 – Esempio di organigramma.

Unità 1

Organizzazione di un’impresa e qualità produttiva

3

l

l

l

l

l

l l

1.1.2

Settore commerciale: si occupa delle relazioni con i clienti e del marketing; quest’ultimo consiste nel processo mediante il quale l’azienda studia il mercato o i mercati che ritiene interessanti, analizza le tendenze della domanda e la situazione della concorrenza, individua l’esistenza di opportunità economiche, orienta la produzione in funzione dei potenziali acquirenti. Ufficio tecnico: è il luogo in cui risiedono le conoscenze, le esperienze e le abilità del settore specifico in cui opera l’impresa (know how); si occupa di sviluppare e industrializzare nuovi progetti e di modificare quelli già esistenti al fine di migliorare l’efficacia e l’efficienza dei processi. Amministrazione: stabilisce tutte le attività finanziarie, amministrative, di controllo della gestione e di contabilità; verifica l’equilibrio finanziario della società, cura e gestisce tutti gli adempimenti amministrativi connessi alla gestione del personale. Produzione: cuore nevralgico di ogni azienda produttiva, è il luogo in cui si pianifica e si produce la merce ordinata dai clienti attraverso la trasformazione delle materie prime acquistate dai fornitori. Qualità: assicura il mantenimento e l’applicazione del sistema di gestione della qualità al fine di ottenere un miglioramento costante e continuo delle prestazioni aziendali. Sicurezza: ha il compito di assicurare la massima sicurezza sul luogo di lavoro in termini di salute e igiene. Acquisti: si occupa di pianificare gli acquisti al fine di reperire le corrette materie prime per soddisfare le esigenze della produzione. Si occupa inoltre di selezionare e valutare i fornitori.

La produzione ® Per produzione si intende l’insieme delle azioni da compiere per ottenere il prodotto finito. In funzione del tipo di prodotto e dell’organizzazione interna le operazioni possono avvenire: l l l

tutte all’interno dell’azienda; in parte all’interno dell’azienda e in parte commissionate ad aziende esterne (outsourcing); tutte commissionate ad aziende esterne.

La produzione può essere organizzata in serie oppure a lotti. l

l

4

In serie: in questo caso si realizzano componenti standardizzate di un prodotto in grandi quantità. Vi si fa ricorso quando il volume produttivo è molto elevato, così che i costi dei macchinari e delle attrezzature necessarie alla fabbricazione si suddividano su un numero molto grande di prodotti, incidendo in maniera non eccessiva sul singolo esemplare. In base alla quantità da produrre e all’impegno di lavoro, si dice che la produzione è di piccola, media o grande serie. Di solito quest’ultima è ininterrotta, con flusso continuo di pezzi: esempi di produzione in serie sono le auto, gli elettrodomestici, i cuscinetti e altri prodotti, la cui richiesta è così alta da consentire un’organizzazione della produzione basata sull’utilizzo di macchine automatiche, robot e attrezzature speciali; ne consegue la riduzione della manodopera necessaria e il contenimento dei costi. A lotti: questo tipo di produzione consiste nel fabbricare un numero limitato di pezzi, generalmente in seguito a una commessa affidata all’impresa da un cliente. L’organizzazione interna dell’azienda, a seconda del quantitativo e dei tempi richiesti per la consegna, dovrà stabilire il ciclo produttivo e le attrezzature necessarie di commessa in commessa. Esempi di costruzione in pezzi unici o a piccoli lotti sono la fabbricazione di navi, di macchine utensili particolari, di turbine e così via. Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

Il layout A seconda del tipo di produzione, in serie o a lotti, cambia anche la disposizione planimetrica dei reparti produttivi, chiamata generalmente layout. La disposizione planimetrica può presentarsi nelle seguenti forme: l

l

per reparto: le macchine sono fisse in determinate zone dell’officina (il reparto, appunto), da cui il materiale viene spostato di volta in volta per subire le lavorazioni previste dal ciclo di lavoro (fig. 1.2). In ogni reparto sono presenti macchine dello stesso tipo, la cui disposizione viene determinata tenendo conto della successione che si presenta con maggiore frequenza. Una macchina deve essere in grado di eseguire pezzi anche molto diversi tra loro in tempi relativamente brevi, per cui sono necessari macchinari a elevata flessibilità. Questo tipo di layout è caratteristico di aziende che lavorano per commessa, quindi con una produzione a lotti; per prodotto: in questo tipo di disposiFig. 1.2 – Layout per reparto. La freccia indica zione (fig. 1.3) i macchinari sono disposti il flusso dei materiali attraverso i reparti. secondo la sequenza delle lavorazioni previste dal ciclo di lavoro del pezzo. Una linea di produzione è formata quindi da una sequenza di stazioni lavorative all’interno delle quali si svolgono le diverse operazioni necessarie per la realizzazione fisica del prodotto;

Fig. 1.3 – Layout per prodotto. l

isole di lavoro: un’isola di lavoro (fig. 1.4) è uno spazio organizzato come una piccola linea di produzione, nel quale si trovano le macchine per eseguire una certa lavorazione. Generalmente dotate di un robot per la movimentazione dei pezzi (fig. 1.5), le isole di lavoro presentano una buona flessibilità e offrono la possibilità di passare rapidamente da una lavorazione all’altra.

Fig. 1.4 – Isola di lavoro.

Unità 1

Organizzazione di un’impresa e qualità produttiva

Fig. 1.5 – Schema di isola di lavoro.

5

1.1.3

La qualità Per ottenere risultati ottimali, un’azienda deve saper coniugare l’innovazione con le aspettative del mercato, ovvero deve essere in grado di generare prodotti rispondenti alle esigenze dei potenziali clienti. Questa rispondenza ai bisogni del consumatore si definisce oggi qualità e costituisce uno dei punti fondamentali della produzione industriale. Tale concetto è mutato in maniera profonda nel corso del tempo e, nella società moderna, ha acquisito un’importanza sempre maggiore. Per comprenderne la portata e l’impatto, è necessario analizzare brevemente la sua evoluzione nell’ambito del sistema produttivo.

L’evoluzione della produzione Negli ultimi due secoli si sono verificate trasformazioni profonde, sociali ed economiche, che hanno generato notevoli cambiamenti nello stile di vita delle persone e che possono essere riassunte storicamente in tre fasi. l

l

Fig. 1.6 – L’artigianato prevedeva mano d’opera specializzata e produzione su ordinazione.

Per la prima fase, precedente alla Rivoluzione industriale, non si può parlare di attività industriali vere e proprie, bensì di produzioni di tipo artigianale (fig. 1.6): gli individui realizzavano prevalentemente ciò che era destinato al proprio esclusivo consumo e quindi domanda e offerta erano sostanzialmente in equilibrio. Ciò avveniva sia perché, come si è detto, la produzione era in larga parte consumata dal produttore stesso sia perché gli artigiani lavoravano soprattutto su ordinazione. In questo periodo, l’agricoltura rappresentava l’attività produttiva per eccellenza e la risorsa più importante era costituita dalla terra. Nella seconda fase, con la Rivoluzione industriale e l’introduzione di nuove fonti energetiche (in particolare l’energia termica proveniente dal carbone), si registra il passaggio da una produzione artigianale, basata sulle richieste del consumatore, a una produzione di massa; di conseguenza, le quantità prodotte aumentano considerevolmente e anche il sistema economico comincia a caratterizzarsi per una significativa differenza tra domanda e offerta. Il mercato propone determinati prodotti e il consumatore, essendo assai scarsa la scelta, deve adeguarsi a ciò che gli viene proposto, trovandosi quindi in posizione subalterna rispetto al fabbricante. In questa fase, le risorse più importanti sono costituite dalle materie prime e dalle fonti di energia in grado di rendere possibile la loro trasformazione. Fig. 1.7 – La Rivoluzione industriale viene spesso identificata con la macchina a vapore, anche se questa è solo uno tra i fattori che hanno portato all’industrializzazione e solo una tra le innumerevoli innovazioni tecniche dell’epoca.

6

Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

l

Nella terza fase, quella attuale, grazie all’enorme sviluppo tecnologico degli ultimi anni e alla progressiva diffusione dei sistemi di informazione, il consumatore passa in posizione di superiorità rispetto al produttore, dal momento che è in grado di valutare correttamente i prezzi in relazione alla funzionalità del prodotto, all’estetica e all’affidabilità, potendo quindi scegliere tra più offerte (per esempio, fra i tanti telefoni cellulari della fig. 1.8) ciò che meglio corrisponde alle proprie esigenze. È quindi il produttore che deve Fig. 1.8 – Cellulari di diverse forme e adeguare il prodotto ai gusti della clientela. modelli. La grande varietà di proposte Inoltre, se prima la concorrenza si dispiegava del mercato offre al consumatore la posin un ambito nazionale o al massimo multinasibilità di scelta, secondo i propri gusti zionale, adesso la comparazione del prodotto ed esigenze, tra prodotti similari. avviene a livello mondiale, non limitandosi tra l’altro alla sola analisi dei costi, ma ponendo attenzione anche ad altri aspetti, come per esempio il design del prodotto, la rete di assistenza postvendita o la possibilità di smaltimento della merce a fine vita. In questa terza fase la risorsa primaria è rappresentata dall’informazione, relativa, da una parte, alla conoscenza delle esigenze del consumatore e, dall’altra, alla pubblicità dei prodotti immessi sul mercato.

L’evoluzione del concetto di qualità Il concetto di qualità è andato di pari passo con i cambiamenti sociali e tecnologici: in passato, nel periodo antecedente la Rivoluzione industriale, esso era associato a elementi quali il lusso, l’estetica, l’eccedenza, ovvero a qualcosa di “non indispensabile”. In un secondo tempo, con la nascita della grande industria e fino a poco dopo la fine della Seconda guerra mondiale, il concetto di qualità era strettamente connesso al cosiddetto “rispetto delle specifiche”, ovvero alla rispondenza di un prodotto alle condizioni e ai requisiti previsti da colui che l’aveva progettato. Il progetto, però, veniva stilato senza tenere conto dei gusti del consumatore: non venivano effettuate indagini per capire se un certo prodotto avrebbe soddisfatto le esigenze della clientela. I beni prodotti erano limitati e la concorrenza scarsa. “Fare qualità” significava semplicemente controllare il pezzo al fine di assicurarsi che esso fosse conforme a quanto previsto in fase progettuale. Il controllo della qualità così inteso inizia quando la produzione diventa di grande serie e trova le sue prime applicazioni nell’industria automobilistica americana Ford. Ford comprende che, perché l’automobile possa avere una certa diffusione, e diventi quindi accessibile a un numero elevato di persone, è necessario che il suo prezzo sia relativamente basso; di conseguenza, essa non potrà più essere un prodotto artigianale, ma deve diventare un prodotto di serie. Per raggiungere questo obiettivo viene introdotto un nuovo sistema produttivo: la catena di montaggio. I pezzi che compongono l’automobile vengono fabbricati in reparti diversi, su macchine che eseguono ognuna la costruzione di un certo particolare, e vengono quindi inviati al montaggio su un nastro trasportatore mobile, attorno al quale ogni singolo operaio compie una lavorazione specializzata. Mentre l’artigiano, durante le ore di lavoro, compiva operazioni sempre diverse, l’addetto alla catena di montaggio rimane sempre presso la propria postazione di lavoro, montando i pezzi prodotti in altri reparti. Per poter compiere la ricomposizione di macchinari così complessi, è necessario che i singoli particolari siano intercambiabili, siano cioè, entro un certo campo di tolleranza, tutti uguali. Da qui nasce l’esigenza di un controllo in grado di rilevare la conformità del prodotto e di rendere possibile lo scarto di pezzi non conformi. Con questo sistema si è riusciti ad assicurare un prodotto funzionale, ma sono state escluse dalla definizione di qualità tutte le considerazioni legate alla durata futura del prodotto (ovvero alla sua affidabilità), all’estetica e alle possibili trasformazioni postproduzione. Unità 1

Organizzazione di un’impresa e qualità produttiva

7

La catena di montaggio L’introduzione della catena di montaggio (fig. 1.9) permise un grande risparmio di tempo nella costruzione delle autovetture. La sperimentazione e l’introduzione di questo nuovo sistema di lavoro, ideato e voluto da Henry Ford, imprenditore e fondatore dell’omonima industria automobilistica, risale alla fine del 1913 e la famosa Ford modello T (fig. 1.10) è stata la prima autovettura a essere prodotta in grande serie, tra il 1915 e il 1925.

Fig. 1.9 – Catena di montaggio della Ford modello T.

Fig. 1.10 – Ford modello T pronte per la vendita.

Il tempo di fabbricazione di un esemplare si ridusse da 12 ore e mezza a meno di 2 ore. Questa grande velocità di produzione consentì alla Ford di realizzare da sola un numero di vetture superiore a quello di tutti gli altri concorrenti, considerati nella loro totalità. Proprio per merito dell’abbattimento dei tempi di produzione e dei costi, in meno di dieci anni l’auto raggiunse l’abbordabile prezzo di 290 dollari. I vantaggi di questo nuovo sistema di produzione erano talmente evidenti che nel giro di qualche anno praticamente tutte le industrie adottarono il sistema della catena di montaggio, spingendo il suo promotore a formulare una serie di teorie che dettero poi origine al cosiddetto fordismo. Per velocizzare la produzione, l’auto era disponibile in un solo colore: il nero opaco. La famosa frase di Henry Ford: “Tutti possono avere una Ford modello T del colore che preferiscono, purché questo sia il nero”, dimostra come fosse il cliente a dover adattarsi alle scelte del produttore. Il lavoro meccanico e altamente ripetitivo richiesto agli operai dell’epoca, costretti a eseguire per ore sempre gli stessi movimenti, poteva provocare disturbi motori, stress, alienazione; furono pertanto installati servizi di assistenza medica all’interno della fabbrica. Oggi, diversamente da quanto accadeva alla metà del secolo scorso (fig. 1.11), l’apporto umano alla catena di montaggio è limitato: nella maggior parte dei casi, le linee di montaggio sono automatizzate e i lavori più ripetitivi vengono svolti da robot (fig. 1.12).

Fig. 1.11 – Catena di montaggio dell’Alfa Romeo Giulia (fine anni ’60).

8

Fig. 1.12 – Moderna catena di montaggio asservita da robot.

Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

Attualmente, con l’avvento dell’automazione computerizzata nell’ambito dei processi di fabbricazione, gli scarti del processo produttivo si sono ridotti drasticamente; allo stesso tempo, la clientela, più informata e consapevole, e la concorrenza internazionale, hanno fatto sì che l’attenzione dei produttori si concentrasse anche su aspetti che in passato non venivano considerati, per esempio l’assistenza postvendita, la facilità di manutenzione e le ricerche di mercato (marketing), indispensabili per individuare le necessità della potenziale clientela. Questi aspetti, poco rilevanti ai fini della funzionalità del prodotto, possono però determinare, se non considerati, merce che non soddisfa le esigenze della clientela, fattore che può rivelarsi dannoso per l’immagine dell’azienda, più di quanto non lo sia un difetto di produzione. Di conseguenza, il solo controllo del prodotto al fine di garantirne la corrispondenza all’uso che se ne intende fare non è più sufficiente; per questa ragione è necessario fare riferimento a un concetto più esteso rispetto a quello precedentemente esposto: l’assicurazione della qualità, che consiste nel fare in modo che il prodotto corrisponda effettivamente a quanto richiesto dal cliente. La progressiva affermazione del concetto di qualità come soddisfazione del cliente rappresenta un cambiamento radicale e prevede l’estensione del controllo a tutti i campi dell’organizzazione aziendale, dalla progettazione fino al collaudo finale, allo scopo di assicurare che le aspettative del consumatore siano soddisfatte.

L’attività di mercato L’attività di mercato può essere ricondotta a due casi principali: l l

il cliente chiede un determinato prodotto all’azienda definendone le caratteristiche (specifiche funzionali o specifiche di costruzione); il cliente acquista un determinato prodotto perché lo sceglie sul mercato tra quelli che meglio soddisfano le sue esigenze (prodotti di serie o di largo consumo).

Nel primo caso (industria che lavora su commessa, ossia su ordinativi del cliente), sia le specifiche sia le caratteristiche del prodotto sono determinate dal cliente. È quindi indispensabile assicurarsi che il contratto contenga tutti gli elementi per identificare in modo chiaro i requisiti del bene: questo deve essere realizzabile, verificabile e controllabile nelle condizioni in cui dovrà operare. Solo se vi è questa precisione iniziale l’industria può organizzarsi e garantire la conformità del prodotto. Per l’azienda che lavora su commessa “fare qualità” significa quindi avere specifiche di qualità e garantire la fornitura di un prodotto o servizio conforme a queste specifiche. Per l’industria di beni di largo consumo, ossia per quelle aziende che fabbricano non su ordinazione del cliente, ma direttamente per il mercato (industrie automobilistiche, alimentari, di elettrodomestici ecc.) è necessario invece costruire prodotti che il mercato richiede e, contemporaneamente, mantenere elevato il reddito e la competitività. Individuato, tramite indagini di marketing, il tipo di prodotto da immettere sul mercato, il primo problema è quello di tradurre in specifiche le sue caratteristiche, in modo che questo sia chiaramente definito e presenti elementi tali da poterne misurare la conformità. Per l’industria di largo consumo “fare qualità” significa elaborare specifiche di qualità e garantire la fornitura di un prodotto o servizio conforme a tali specifiche. Le caratteristiche ottimali di un prodotto da commercializzare possono essere realizzate in due modi (fig. 1.13): 1. immettendo sul mercato un prodotto senza curare eccessivamente le fasi di ideazione, progettazione e sperimentazione e procedendo successivamente all’esecuzione delle necessarie revisioni in funzione delle risposte del mercato (criterio 1); Fig. 1.13 – I due criteri di produzione.

Unità 1

Organizzazione di un’impresa e qualità produttiva

9

2. curando adeguatamente le fasi di ideazione, progettazione e sperimentazione ed eseguendo modifiche prima della messa in produzione; lo scopo è quello di commercializzare un prodotto che presenti da subito il livello di qualità richiesto dal mercato e rendere minimo il numero degli interventi o delle correzioni successive (criterio 2). Il primo criterio di produzione contraddistingue l’industria a basso livello tecnologico e a bassa affidabilità, mentre il secondo prevede che il prodotto venga adeguatamente valutato e modificato sia nelle fasi di ideazione e progettazione sia durante la costruzione del prototipo, tenendo conto delle esigenze di mercato, della produzione e delle caratteristiche tecniche e organizzative dell’industria che lo produce. Applicando questo criterio è possibile prevenire le criticità, evitando di dover controllare eventuali malfunzionamenti successivamente alla produzione; si ha quindi, nel tempo, una diminuzione di errori e di scarti. Tra l’industria che lavora su commessa e quella dei prodotti di largo consumo, quindi, l’unica differenza consiste nel fatto che, per quanto riguarda la prima, le specifiche vengono fornite dal cliente, mentre nel secondo caso è l’industria stessa che le definisce interpretando le esigenze del mercato. In entrambi i casi, però, fare qualità significa seguire specifiche di qualità e garantire la fornitura di un prodotto o servizio conforme alle specifiche di partenza, ossia il prodotto o il servizio effettivamente richiesti. Costruire un prodotto conforme alle specifiche è, per l’azienda, una condizione necessaria ma non sufficiente: il bene, infatti, deve avere anche un prezzo competitivo, e in questo deve essere garantito anche l’utile aziendale. L’obiettivo è quello di “fare bene le cose fin dalla prima volta”, seguendo quindi il criterio 2. Raggiungere questo risultato significa anche diminuire i costi: recenti studi hanno evidenziato che il rapporto tra il costo di modifica in fase di progetto e quello in fase di produzione è di 1:50, rapporto che sale a 1:300 se la modifica viene effettuata in fase di assistenza sul mercato.

Gestione della qualità Da quanto detto, si capisce come sia necessaria una conduzione dell’organizzazione non solo rivolta alla soddisfazione del cliente, ma anche concentrata sul continuo miglioramento dell’attività produttiva. La conduzione idonea a questo scopo è definita “gestione della qualità” e si basa sui processi.

® Per processo si intende ogni attività messa in atto per trasformare gli elementi in ingresso in un reparto in elementi di uscita di maggior valore e che contribuisce quindi a fornire loro un valore aggiunto, senza il quale non si può parlare di processo.

® Per valore aggiunto si intende un qualcosa in più che un certo intervento ha fornito al prodotto (per esempio, ulteriori lavorazioni effettuate su un pezzo, montaggio di alcuni particolari sul prodotto di base e così via) incrementando in questo modo il suo valore.

® ISO 9000

Il risultato di un processo rappresenta la base per quello successivo, e quindi la produzione è organizzata in modo che ogni processo è “cliente” di quello precedente e “fornitore” di quello successivo. Un sistema di gestione della qualità può fornire una struttura di supporto essenziale per il miglioramento continuo della produzione e per aumentare la probabilità di accrescere la soddisfazione del cliente. Esiste una linea guida di riferimento che indica come applicare questo concetto: la famiglia di norme ISO 9000 è stata predisposta per aiutare organizzazioni di qualunque tipo e dimensione a implementare e condurre sistemi per la qualità. Elenchiamo di seguito le norme della serie ISO 9000 che riguardano questo approccio.

® UNI EN ISO 9000:2005

l

® UNI EN ISO 9001:2008

l

10

UNI EN ISO 9000:2005, dal titolo Sistemi di gestione per la qualità – Fondamenti e vocabolario: descrive i fondamenti dei sistemi di gestione per la qualità, su cui si basa la famiglia di norme ISO 9000, e ne definisce i relativi termini. UNI EN ISO 9001:2008, dal titolo Sistemi di gestione per la qualità – Requisiti. Questa norma definisce i requisiti di un sistema di gestione per la qualità per un’organizzazione. I requisiti espressi sono di carattere generale e possono essere implementati da ogni tipologia di organizzazione.

Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

® UNI EN ISO 9004:2009

l

UNI EN ISO 9004:2009, dal titolo Gestire un’organizzazione per il successo durevole – L’approccio della gestione per la qualità. Questo documento non è una norma, ma una linea guida per favorire in un’organizzazione il conseguimento del successo durevole per mezzo della gestione per la qualità.

Per la corretta risoluzione dei problemi è indispensabile definire una metodologia appropriata per l’impiego delle norme appena citate. Un metodo operativo molto schematico, che indica la successione delle operazioni per la risoluzione dei problemi, è costituito dal Plan - Do - Check - Act (PDCA), detto anche ruota di Deming (fig. 1.14), dal nome dello studioso americano che importò in Giappone la metodologia della qualità. L’approccio scientifico alla risoluzione dei problemi deve iniziare con una fase di pianificazione dell’intervento (fase Plan). Per realizzare l’obiettivo, è necessario individuare e definire correttamente il problema partendo dalla raccolta dei dati. Per poter essere valutato, pertanto, ogni processo va misurato (Galileo Galilei diceva: “Misura tutto ciò che è misurabile; ciò che non è misurabile rendilo tale”; infatti, solo ciò che è misurabile è migliorabile). Definito il problema in tutti i suoi aspetti, se ne devono studiare le cause, valutare le priorità e proporre le soluzioni possibili. Impostata la soluzione teorica, si passa all’azione (fase Do): il progetto teorico di soluzione deve essere verificato predisponendo ed eseguendo i test di controllo. I risultati ottenuplan act ti vengono poi confrontati con quanto preventivato in fase di progettazione teorica della soluzione (fase Check = verifica dei risultati). Se risultano in linea con quanto previsto, la fase check do successiva di attuazione pratica (fase Act) consiste nell’adottare la soluzione proposta e, soprattutto, nell’estenderne i risultati a quelle aree dell’azienda che potrebbero trarne dei benefici, in modo da sfruttare al massimo il lavoro svolto. Fig. 1.14 – Ruota di Deming.

1.1.4 La certificazione ® La certificazione è la dichiarazione con cui una terza parte (ovvero un ente esterno all’azienda, non legato al fornitore o all’acquirente, e accreditato da organismi nazionali e internazionali), dopo un’attenta analisi, assicura che tutti gli enti dell’azienda rispettano e applicano la normativa di riferimento. Impostando la propria attività secondo i criteri indicati nelle norme di riferimento, le aziende possono ragionevolmente garantire che i propri prodotti o servizi raggiungono un determinato livello di qualità e che sono in grado di mantenerlo nel tempo. La certificazione è volontaria e le norme di riferimento possono avere come oggetto i seguenti sistemi. ® UNI EN ISO 9001:2008

l

® UNI EN ISO 14001

l

Unità 1

Gestione della qualità, la cui norma di riferimento è la UNI EN ISO 9001:2008, che, come detto in precedenza, definisce i requisiti per l’implementazione di un sistema di gestione della qualità per la conduzione dei processi aziendali, per il miglioramento dell’efficacia e dell’efficienza nella realizzazione del prodotto e nell’erogazione del servizio e per l’incremento della soddisfazione del cliente. Questa norma prevede un approccio completo di certificazione, per cui non è possibile escludere settori dell’azienda presenti nell’organizzazione. Gestione ambientale, la cui norma di riferimento è UNI EN ISO 14001, che specifica i requisiti che consentono a un’azienda di formulare una politica e di stabilire obiettivi e traguardi relativi all’ambiente tenendo conto delle prescrizioni legislative vigenti e delle informazioni riguardanti gli impatti ambientali. La motivazione che induce un’azienda a investire nella gestione ambientale è dovuta alla volontà di organizzarsi facendo attenzione alla tutela dell’ambiente e alla consapevolezza che in ciò risiede il futuro del pianeta. La gestione ambientale comporta anche un’attenzione particolare nei confronti dell’impiego dell’energia al fine di ottimizzarne l’utilizzo, traendone anche benefici economici, in considerazione della scarsità di risorse naturali nel nostro Paese, obbligato a importare combustibili con un aggravio considerevole dei costi.

Organizzazione di un’impresa e qualità produttiva

11

® OHSAS 18001

l

® UNI EN ISO 14001 ® UNI EN ISO 9001:2008

Gestione della sicurezza, la cui norma di riferimento è la OHSAS 18001 (Occupational Health and Safety Assessment Series). La OHSAS 18001 è uno standard studiato per aiutare le aziende a formulare obiettivi e politiche a favore della Sicurezza e della Salute dei Lavoratori (SSL), secondo quanto previsto dalle normative vigenti e in base ai pericoli e ai rischi potenzialmente presenti sul posto di lavoro. Pubblicata per la prima volta nel 1999 e rivista nel 2007, rappresenta il modello maggiormente riconosciuto a livello mondiale per quanto riguarda l’efficienza di un sistema di gestione della salute e della sicurezza sui luoghi di lavoro. È applicabile a qualsiasi organizzazione, grande o piccola, e all’interno di qualsiasi settore, ed è congruente con le norme UNI EN ISO 14001 e UNI EN ISO 9001:2008.

Il documento fondamentale per la descrizione e l’applicazione di un sistema per la gestione della qualità è il manuale della qualità, che rappresenta la sintesi descrittiva dell’organizzazione dell’azienda per il conseguimento degli obiettivi. Su questo documento sono riportate le modalità di conduzione delle attività e dei processi aziendali e le istruzioni operative di tipo tecnico seguite dalle diverse tipologie di personale nello svolgimento delle proprie attività. Sul manuale della qualità devono anche essere precisati l’interazione tra i processi e i riferimenti alle normative.

1.1.5

Il controllo ® Il controllo è l’insieme dei processi che si prefiggono di verificare la rispondenza tra i risultati di un’attività e quanto previsto in sede progettuale. Si tratta di un elemento fondamentale in tutta la gestione della qualità e occupa una posizione particolarmente rilevante anche nella stesura del manuale della qualità. I controlli devono essere previsti a tutti i livelli e per tutte le funzioni. In particolare, per quelle prettamente tecniche, le voci principali dei controlli riguardano: l l l l l l l l l l

la documentazione; la progettazione; l’approvvigionamento dei materiali; l’identificazione e la tracciabilità dei processi; i processi produttivi; i collaudi; la strumentazione; la gestione delle modifiche; le azioni correttive e preventive; l’addestramento del personale.

Prima della Rivoluzione industriale, come si diceva sopra, la produzione era di tipo artigianale: ogni pezzo era prodotto secondo le richieste del cliente e assemblato con altri elementi allo scopo di costituire il prodotto finale. Naturalmente, questo rendeva ogni oggetto unico e costoso. Già nel 1793, Eli Whitney (l’inventore della sgranatrice di cotone) ebbe l’idea dell’intercambiabilità dei pezzi, anche se non era chiaro come questo concetto potesse essere applicato. Per quanto ci si provasse, i pezzi non risultavano mai perfettamente uguali, anche se molto simili: così, il prodotto poteva essere montato in molti casi ma non in tutti, e reso funzionante, anche se non sempre perfettamente. Dal momento, tuttavia, che i benefici economici derivanti da questo approccio erano particolarmente elevati, sia per il produttore sia per il consumatore, il mondo industrializzato accolse pienamente questo approccio sviluppando le tolleranze (vedi vol. 1, unità 1) per poter definire quanto i pezzi dovessero essere simili per poterli assemblare. Ogni variazione venne classificata all’interno di uno dei seguenti gruppi: l l

12

accettabile: rispetto dei requisiti tecnici; non accettabile: fuori dai limiti permessi.

Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

Lo scopo del concetto tecnico di variabilità era quello di identificare i pezzi utili a montare un oggetto funzionante, ovvero separare i “pezzi buoni” dai “pezzi cattivi”, ma non era sufficiente per produrre pezzi che rispettassero i requisiti né per capire perché ciò avvenisse. Il processo produttivo era quindi costituito dallo schema riportato in figura 1.15.

Fig. 1.15 – Processo produttivo basato sul controllo.

Il passo successivo fu l’accettazione dello scostamento dalle specifiche tecniche al fine di utilizzare tutti (o quasi tutti) i pezzi prodotti. Di conseguenza, l’attenzione venne spostata dal controllo alla produzione: come produrre pezzi che presentassero la minima variabilità possibile? Si sarebbe potuto ottenere ciò solo mediante uno studio delle cause di variabilità durante il processo e attraverso interventi in grado di ridurle o eliminarle. Il controllo si spostò quindi dall’attività finale a quella lungo l’intero arco produttivo. I controlli sui prodotti da fabbricare e commercializzare vengono eseguiti nell’ambito delle seguenti attività. l

Progettazione: in questa fase è necessario definire una qualità teorica che rappresenti un compromesso tra le prestazioni e l’economicità del prodotto. Il costo di fabbricazione, infatti, cresce con il miglioramento del livello di qualità in maniera molto più accentuata di quanto non faccia il prezzo di vendita, il quale, anche per prodotti eccellenti, non può superare un certo valore imposto dal mercato, pena la perdita di un numero considerevole di possibili acquirenti e, di conseguenza, di un eventuale non ritorno economico (fig. 1.16).

Fig. 1.16 – Valori ottimali della qualità teorica.

Unità 1

Organizzazione di un’impresa e qualità produttiva

13

l

Processo produttivo: è necessario per mantenere un livello qualitativo di fabbricazione (qualità tecnica) il più vicino possibile a quello teorico di progettazione. È importante, però, eseguire i controlli in numero e in posizioni adeguate: infatti, tanto minori sono i controlli, tanto più bassi sono i costi per queste operazioni, ma si rischia allo stesso tempo di spendere di più per una possibile difettosità dei prodotti (costi della cattiva qualità). Nel diagramma di figura 1.17 sono riportati i costi in funzione dell’intensità di controllo: notiamo come, all’aumentare dell’intensità di controllo, diminuisce il costo della cattiva qualità ma aumenta quello per il controllo. Il costo totale, somma del costo della cattiva qualità e di quello del controllo, presenta un minimo, in corrispondenza del quale si ha l’intensità adeguata delle verifiche. È possibile ottenere un sensibile miglioramento puntando a una qualità più elevata delle materie prime destinate alla lavorazione: in tal caso, infatti, si può effettuare un numero inferiore di controlli e, quindi, sostenere costi inferiori.

costo

A = costo totale migliorando le materie prime B = costo della cattiva qualità migliorando le materie prime

costo totale

A

costo del controllo

costo della cattiva qualità

B intensità di controllo adeguata intensità di controllo

Fig. 1.17 – Costi in funzione dell’intensità di controllo.

I controlli, relativi sia ai materiali in ingresso (approvvigionamento dei materiali) sia ai processi produttivi, ai collaudi e alle strumentazioni necessarie per le verifiche, vengono eseguiti tramite prove, ispezioni e analisi, indispensabili per verificare l’idoneità all’uso. Possono riguardare: l l l

le proprietà meccaniche; le proprietà tecnologiche; le proprietà chimiche.

Le prove sui materiali possono essere dei seguenti tipi. l

l

Distruttive: dopo la prova, l’elemento testato non è più utilizzabile. Questo tipo di prova viene eseguito generalmente sul materiale ancora da lavorare e serve per ottenere informazioni sulla resistenza alle forze esterne o sull’attitudine a certe lavorazioni. Sono distruttive la prove di trazione, di compressione, di torsione, di taglio, di resilienza, di fatica e così via. Non distruttive: non apportano danni al prodotto esaminato, che può quindi essere ancora utilizzato. Sono prove non distruttive gli esami con ultrasuoni, liquidi penetranti, raggi X e così via, di cui parleremo nel seguito del volume.

È necessario pertanto conoscere approfonditamente le proprietà dei materiali e i metodi utilizzati per misurarle. 14

Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

Per verificare invece che un prodotto sia conforme a quanto previsto e che il processo di fabbricazione sia corretto, si ricorre a indagini, prevalentemente statistiche, che, se eseguite al momento opportuno, sono in grado di avvertire anche quando esiste il rischio di costruire elementi non confacenti all’utilizzo che se ne intende fare. Di tutto questo parleremo nelle prossime unità.

1.1.6 L’affidabilità Un altro aspetto connesso alla qualità è rappresentato dalla capacità dei prodotti commercializzati di mantenere le proprie caratteristiche nel tempo, proprietà che si indica con il termine di “affidabilità”.

® L’affidabilità può essere definita come la probabilità di un prodotto di avere un corretto funzionamento per un determinato periodo di tempo, in condizioni di impiego specificate. In termini più tecnici, l’affidabilità è la probabilità che un certo dispositivo fornisca le prestazioni previste in sede progettuale senza subire guasti per il tempo preventivato. L’affidabilità di un prodotto è quindi la capacità di rispettare le specifiche di funzionalità nel tempo e si propone di prevedere, già in fase di progetto, il comportamento futuro del dispositivo. Essendo quindi una grandezza previsionale, l’affidabilità è una funzione prettamente statistica. Cosa si intende per guasto Il guasto è l’interruzione di almeno una delle prestazioni previste per un certo dispositivo. I guasti possono essere causati da: l l l l

sollecitazioni superiori a quelle ammissibili; difettosità dell’apparato; guasto di un altro componente; usura.

I guasti possono essere inoltre parziali, totali o intermittenti e possono verificarsi improvvisamente o progressivamente; questi ultimi sono prevedibili mediante un monitoraggio del dispositivo. Un elemento guasto non costituisce necessariamente un fatto catastrofico, ma spesso è un evento che richiede una manutenzione o una riparazione.

L’affidabilità viene calcolata considerando i risultati già ottenuti in passato ed estendendo poi questi al comportamento futuro. Se si indica con N0 il numero di elementi considerati e con Ns il numero di elementi che non hanno presentato un guasto, l’affidabilità è data dal rapporto: R(t) 5

Ns N0

L’affidabilità è una funzione della variabile t, dove t indica, a seconda del tipo di dispositivo considerato, il tempo effettivo o il tempo di lavoro o, ancora, i chilometri percorsi (nel caso di dispositivi utilizzati per il movimento).

® Si definisce tasso di guasto il rapporto tra il numero di oggetti guasti dopo un tempo t e il numero di quelli che non hanno presentato il guasto. Questa grandezza, comunemente indicata con la lettera greca l (lambda) esprime la frequenza media con cui un componente si danneggia. Unità 1

Organizzazione di un’impresa e qualità produttiva

15

guasti casuali e da usura

tasso di guasto

guasti infantili

guasti casuali

tempo rodaggio

vita utile

usura

Fig. 1.18 – Tasso di guasto in funzione del tempo.

Il tasso di guasto varia in funzione del tempo, descrivendo una curva particolare che può essere suddivisa in tre periodi (fig. 1.18). 1. Il primo periodo riguarda i cosiddetti guasti infantili, caratteristici del primo periodo di vita del componente. Sono causati da difetti di fabbricazione o di montaggio e non vengono rilevati in sede di collaudo; provengono quindi da un processo inadeguato o fuori controllo. In genere, i guasti infantili possono essere ridotti o eliminati con un opportuno rodaggio, che consiste nel far funzionare l’apparato per un certo numero di ore in condizioni simulanti l’impiego; se si verificano inconvenienti, si sostituiscono i componenti difettosi. 2. Il secondo periodo è quello relativo ai guasti casuali, ovvero quei guasti che avvengono durante il funzionamento a pieno regime. I guasti casuali sono impossibili da eliminare e da prevedere, avvengono all’improvviso e inaspettatamente. Per evitare questo tipo di danno è necessario tenere sotto controllo l’apparato ed eseguire una regolare manutenzione. 3. Il terzo periodo è caratterizzato da un aumento del tasso di guasto, dovuto al deteriorarsi dei materiali che costituiscono il componente e accelerato da una mancata manutenzione.

Determinazione dell’affidabilità L’affidabilità di un dispositivo può essere valutata mediante prove di laboratorio sottoponendo un campione alle sollecitazioni che si presenteranno durante l’esercizio. Questo metodo può però richiedere tempi molto lunghi e quindi risulta economicamente oneroso. Si può pertanto ricorrere a prove accelerate, che sottopongono il dispositivo a sollecitazioni superiori a quelle previste, per evidenziare in tempi più brevi i guasti che potrebbero avverarsi. Queste prove, più veloci e meno costose, danno però risultati utili solo al confronto tra elementi simili, non fornendo quindi valori assoluti di affidabilità.

16

Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

Verifiche 1

2

3

[B] la rappresentazione grafica della struttura funzionale di un’azienda [C] il processo mediante il quale l’azienda studia il mercato

L’attuale concetto di qualità di un prodotto riguarda essenzialmente: [A] l’accuratezza nei particolari 4 Un’isola di lavoro è: [B] il rispetto delle specifiche [A] uno spazio organizzato come una piccola [C] la soddisfazione del cliente linea nel quale si trovano le macchine atte a [D] il basso costo eseguire una certa lavorazione La certificazione è: [B] lo spazio in cui sono disposti i macchinari [A] l’attestato elaborato dalla direzione dell’aziensecondo la sequenza delle lavorazioni preda mediante il quale si dichiara che il lavoro viste dal ciclo di lavoro del pezzo viene svolto in modo corretto [C] lo spazio in cui le macchine, fisse in deter[B] l’attestato elaborato dalla direzione dell’azienminate zone dell’officina, consentono al da mediante il quale si dichiara che un determateriale di muoversi per subire le lavoraminato prodotto o servizio o sistema qualità zioni previste dal ciclo di lavoro aziendale è conforme a una specifica norma o a un documento normativo a esso applicabile 5 Il tasso di guasto è il rapporto tra il numero di [C] l’attestato mediante il quale si certifica che oggetti guasti dopo un tempo t e il numero di non vengono compiuti errori durante la fabquelli che non hanno presentato il guasto: bricazione, la commercializzazione e l’assi- [A] Vero stenza postvendita [B] lFalso [D] l’atto mediante il quale un organismo di certificazione accreditato a livello nazionale o 6 L’organigramma è relativo: [A] alla rappresentazione grafica di un fenomeno internazionale dichiara che un determinato prodotto o servizio o sistema qualità azien- [B] alla rappresentazione grafica di una corridale è conforme a una specifica norma o a spondenza biunivoca un documento normativo a esso applicabile [C] alla rappresentazione grafica di una struttura organizzata e descrive come sono raggrup Il layout riguarda: pate e coordinate le varie attività e funzioni [A] la disposizione planimetrica dei reparti proe i rapporti gerarchici esistenti tra esse duttivi all’interno di un’azienda

Unità 1

Organizzazione di un’impresa e qualità produttiva

17

unità

2. Proprietà meccaniche e tecnologiche dei materiali

2.1

Approfondimenti n●●Prova di trazione n●●Prova di durezza Brinell n●●Fatica Rassegne fotografiche n●●Aspetti della frattura derivanti dalla prova di trazione n●●Rottura di un provino dopo prova di resilienza Filmati n●●Prova di trazione n●●Prova di resilienza

Prerequisiti cc Conoscere le proprietà meccaniche e tec-

nologiche dei materiali. cc Conoscere la designazione e la classificazione

dei materiali usati nell’industria meccanica. cc Conoscere i principali processi produttivi. cc Conoscere i principali trattamenti termici e

il loro effetto sui materiali.

Obiettivi cc Approfondire le conoscenze sulle prove

meccaniche e tecnologiche, le caratteristiche riscontrabili e le macchine su cui si opera. cc Essere in grado di scegliere le proprietà principali da controllare e il tipo di prova da adottare in funzione del materiale e del trattamento termico.

Le proprietà meccaniche dei materiali Le proprietà meccaniche riguardano la resistenza di un materiale alle forze esterne che si scaricano su di esso e vengono verificate tramite prove convenzionali, molte delle quali previste dalle norme di unificazione. Tali prove attestano: ●● ●●

l’attitudine del materiale a resistere alle sollecitazioni causate da forze esterne; la buona riuscita di trattamenti eseguiti su pezzi.

Come si è già detto nel volume 1, le forze che si scaricano su un pezzo meccanico possono essere: ●● ●● ●●

●●

2.1.1

statiche: quando la sollecitazione cresce lentamente; dinamiche: quando la sollecitazione è applicata per un tempo molto breve causando un urto; periodiche: quando la sollecitazione, la cui intensità rimane al di sotto di quella che produce la rottura, varia nel tempo tra un valore massimo e uno minimo per un numero molto grande di volte; a scorrimento: quando la sollecitazione rimane costante per un tempo molto lungo e, generalmente, ad alte temperature.

Prova di trazione statica La prova di trazione statica è la più importante tra le prove meccaniche distruttive, ovvero quelle prove che, per ottenere risultati, prevedono la rottura del pezzo; da questa prova si può infatti ricavare una grande quantità di informazioni sul materiale in esame, informazioni che riguardano non solo la sua resistenza a trazione, ma anche diverse altre caratteristiche. Poiché le modalità di esecuzione della prova sono state trattate nel volume 1, in questa sede verranno effettuati alcuni approfondimenti riguardanti in particolare l’analisi dei risultati. Quando si deve eseguire il controllo di una partita di materiale, il primo passo è l’estrazione dall’unità destinata al collaudo di un prodotto campione (fig. 2.1). Le modalità con cui si sceglie quest’ultimo saranno trattate nell’unità 5, Controllo statistico. Dopo l’estrazione del campione, le operazioni da eseguire sono le seguenti: 1. dal campione si ricava una porzione utile per ottenere la provetta; tale porzione prende il nome di saggio; 18

Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

Fig. 2.1 – Collaudo di un lotto di barre.

16 , D , 25

D $ 25 provetta 12,5

Fig. 2.2 – Posizione da cui ricavare la provetta per barre di diametro minore di 25 mm e per barre di diametro superiore a 25 mm.

provetta

2. dal saggio si ricava, tramite lavorazione alle macchine utensili, la provetta. Ovviamente, il prelievo dei saggi e la preparazione delle provette devono essere eseguiti in modo da non alterare le caratteristiche del materiale su cui si dovrà eseguire la prova. La posizione da cui ricavare la provetta dal saggio varia in funzione delle dimensioni di quest’ultimo ed è indicata in ﬁgura 2.2.

Provette Le provette possono essere di sezione circolare, quadrata o rettangolare (queste ultime utilizzate prevalentemente per prove su lamiere). La loro forma e le loro dimensioni sono uniﬁcate, così come le tolleranze e i rapporti tra sezione e lunghezza. In ﬁgura 2.3 sono riportate le principali forme delle provette utilizzate nelle prove di trazione. Lc

Lc

L0

L0

D0

D0

provetta cilindrica normale

provetta cilindrica con teste filettate

Lc

Lc

L0

L0 b0

Fig. 2.3 – Principali forme delle provette uniﬁcate.

Unità 2

D0 provetta cilindrica con teste d’appoggio

Proprietà meccaniche e tecnologiche dei materiali

a0 provetta a sezione rettangolare con teste semplici

19

® In una provetta si definisce tratto a sezione costante quella parte nella quale il diametro non varia, mentre il tratto utile è la parte del tratto a sezione costante presa a riferimento per la determinazione di alcune caratteristiche della prova. Nelle provette il tratto utile L0 e il tratto a sezione costante Lc sono legati dalla seguente relazione: D0 L0 1 2D0 $ Lc $ L0 1 2

Caratteristiche riscontrabili con la prova di trazione Anche se delle caratteristiche riscontrabili mediante la prova di trazione si è già parlato nel volume 1, si ritiene utile fare alcuni richiami e fornire approfondimenti relativi alle grandezze che costituiscono il risultato della prova stessa e che rivestono particolare importanza nel collaudo dei materiali. ●●

Carico unitario di scostamento dalla proporzionalità Rp. È il valore del carico che provoca una deformazione permanente prefissata, data dal rapporto tra il carico che produce tale effetto (indicato con Fp) e l’area della sezione iniziale della provetta S0: Rp 5

Fp S0

Quando viene prescritto un carico di scostamento dalla proporzionalità, è necessario indicare l’allungamento permanente (non proporzionale) che rimane dopo avere tolto il carico e si deve completare il simbolo con un pedice indicante la percentuale prescritta della lunghezza iniziale tra i riferimenti. Per esempio, il simbolo: Rp(0,2%) 5

Fp(0,2%) S0

indica quel carico unitario che ha generato una deformazione permanente pari allo 0,2% della lunghezza del tratto utile iniziale L0. Il carico Rp viene determinato sul diagramma carichi unitari-allungamenti (fig. 2.4) tracciando una retta parallela alla parte rettilinea della curva a una distanza da questa pari alla percentuale di deformazione residua prescritta. Tale carico sostituisce il carico unitario di proporzionalità, di impossibile determinazione. ●●

Carico unitario limite di allungamento totale Rt. Il carico limite di allungamento totale Rt è quella forza che produce una deformazione complessiva (allungamento elastico più allungamento plastico) pari a una percentuale prescritta della lunghezza del tratto utile iniziale.

R

R

R0,5%

Rp(0,2%)

0,2% L0

DL

Fig. 2.4 – Diagramma carichi-allungamenti per la determinazione di Rp.

20

0,5% L0

DL

Fig. 2.5 – Diagramma carichi-allungamenti per la determinazione di Rt.

Parte 1

ImPresa – materIalI – controllI

ISBN RCS Libri S.p.A. Milano. Ristampe:

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