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Università degli studi di Pisa Facoltà di Ingegneria “ ” “ OTTIMIZZAZIONE DEI PARAMETRI DI TAGLIO DELLA TECNOLOGIA ABRASIVE WATERJET SU MATERIALI LAPIDEI.

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Presentazione sul tema: "Università degli studi di Pisa Facoltà di Ingegneria “ ” “ OTTIMIZZAZIONE DEI PARAMETRI DI TAGLIO DELLA TECNOLOGIA ABRASIVE WATERJET SU MATERIALI LAPIDEI."— Transcript della presentazione:

1 Università degli studi di Pisa Facoltà di Ingegneria “ ” “ OTTIMIZZAZIONE DEI PARAMETRI DI TAGLIO DELLA TECNOLOGIA ABRASIVE WATERJET SU MATERIALI LAPIDEI ” CANDIDATI Giulio Santini RELATORI Prof.Ing. Michele Lanzetta Pisa, 4 Giugno 2014 a.a

2 PRESENTAZIONE AZIENDA Questa tesi nasce in seguito ad un tirocinio formativo effettuato presso l’azienda Henraux s.p.a. leader mondiale nel settore lapideo. FILIERA COMPLETA Estrazione nelle cave Materiale grezzo

3 PRESENTAZIONE AZIENDA Questa tesi nasce in seguito ad un tirocinio formativo effettuato presso l’azienda Henraux s.p.a. leader mondiale nel settore lapideo. FILIERA COMPLETA Semilavorati Prodotti finiti Moderne tecnologie

4 OBIETTIVO DELLO STUDIO: ANALISI ECONOMICA ANALISI PARAMETRI QUALITA’ DEL TAGLIO ESIGENZA AZIENDALE CORRELAZIONE TRA I PARAMETRI DI PROCESSO E LA QUALITA’ DEL TAGLIO OTTIMIZZAZIONE PROCESSO AWJ

5 SISTEMA ABRASIVE WATER JET SCHEMA IMPIANTO

6 PARAMETRI DI TAGLIO PRESSIONE DEL GETTO IDRO-ABRASIVO VELOCITA’ AVANZAMENTO PORTATA ABRASIVO DISTANZA DI STAND OFF

7 PARAMETRI QUALITA’ DEL TAGLIO PROFODITA’ PENETRAZIONE AMPIEZZA DEL SOLCO CONICITA’ SUPERFICI PRESENZA STRIATURE E ASPETTO SUPERFICIALE GEOMETRIA DEL TAGLIO FINITURA SUPERFICIALE

8 PROFONDITA’ DI PENETRAZIONE La profondità di penetrazione è la profondità massima raggiunta del getto idro-abrasivo all’interno del materiale Modelli basati sul meccanismo di erosione Modelli basati sul meccanismo della frattura Modelli basati su un approccio energetico MODELLI MATEMATICI DI PREVISIONE

9 AMPIEZZA DEL SOLCO Combinazione diametro dell’ugello primario (orifizio) e diametro del focalizzatore DIAMETRO GETTO Setup della testa STAND OFF DISTANCE L’ampiezza dl solco è la larghezza del taglio nella parte superiore del pezzo

10 CONICITA’ DEL SOLCO W top W bottom H

11 CAUSA CONICITA’ DEL SOLCO La velocità delle particelle tende ad essere bassa alla parete del getto e aumenta fino ad un massimo al centro del getto DISTRIBUZIONE VELOCITA’ Per rimuovere il materiale, l’energia del getto deve superare l'energia di frattura necessaria all’erosione La parte interna del getto possiede energia cinetica sufficiente per penetrare il materiale più in profondità rispetto alla parte esterna

12 PRESENZA DI STRIATURE vava Ondulazione più o meno marcata CARATTERISTICHE : Angolo di inclinazione fra la tangente alla curva delle striature alla profondità H e l'asse del getto H  MODELLO MATEMATICO :

13 PRESENZA DI STRIATURE cause relative al controllo dei parametri: l’instabilità dei parametri di taglio Cause della generazione delle striature cause fenomenologiche: le striature derivano dal processo intrinseco di asportazione del materiale cause relative all’attrezzatura di supporto, vibrazioni del pezzo e/o dell’ugello durante il taglio

14 PRESENZA DI STRIATURE MODELLO ZONA D’IMPATTO A DUE STADI Zona impatto diretto Zona impatto secondario Zona impatto diretto Bassi angoli d’impatto Zona impatto secondario Elevati angoli d’impatto Particelle vengono deviate dalla zona di impatto diretto e cambiamento curvatura

15 PRESENZA DI STRIATURE Q5 Q4 Q3 Q2Q1 CINQUE GRADI DI FINITURA SUPERFICIALI Q5 pareti molto lisce (valori Ra sotto 6,3 micron) e ondulazioni poco evidenti Q4 pareti piuttosto lisce (Ra fino a 12,5 micron) e ondulazioni leggermente più marcate Q3 ondulazioni ben distinte (Ra fino a 50 micron) Q2 ondulazioni molto marcate con ampiezze che raggiungono alcuni decimi di millimetro Q1 enormi ondulazioni, formazione di cavità sulle pareti e piccole zone dove il taglio risulta non passante.

16 ATTIVITA’ SPERIMENTALE FLOW MACH3 DYNAMIC Area di lavoro: 4 m x 2 m Precisione +/- 0,038 mm Ripetibilità +/ mm Pressione max getto 4150 bar Diametro orifizio 0.33 mm Diametro focalizzatore 1.02 mm

17 ATTIVITA’ SPERIMENTALE MATERIALE MARMO BIANCO CARRARA Densità2714 kg/m 3 Resistenza a compressione monoassiale131 MPa Resistenza a flessione18 MPa Microdurezza Knoop130 kg/mm 2

18 ATTIVITA’ SPERIMENTALE 9 campioni (spessore 20 mm) 3 livelli di portata di abrasivo 0,317 0,410 0,498 [Kg/min] 3 livelli di pressione del getto [MPa] 5 livelli di velocità di avanzamento 193, 385, 578, 770 e 963 [mm/min] 5 tagli passanti per campione

19 P= 300 MPa P= 360 MPa P= 415 MPa Velocità [mm/min] Angolo striature [gradi] Conicità [gradi] Velocità [mm/min] Angolo striature [gradi] Conicità [gradi] Velocità [mm/min] Angolo striature [gradi] Conicità [gradi] m a = 0,317 [kg/min] m a = 0,410 [kg/min] m a = 0,498 [kg/min] ATTIVITA’ SPERIMENTALE

20 DISTANZA STAND OFF 5, 4, 3, 2 [mm] ORE ORIFIZIO 1, 20, 50 [ore] 1 ora 20 ore 50 ore

21 ANALISI RISULTATI

22 INCREMENTO PRESSIONE ANALISI RISULTATI Con un aumento della portata di abrasivo l'angolo di conicità diminuisce anche se in modo irrilevante rispetto agli altri parametri Getto aumenta energia cinetica Solco più ampio e più fondo, differenza di larghezza superiore e inferiore ridotta MINORE CONICITA’ INCREMENTO VELOCITA’ Minore interazione del getto sulla superficie Meno particelle abrasive concorrono all’erosione del materiale MAGGIORE CONICITA’

23 ANALISI RISULTATI

24 INCREMENTO PRESSIONE MINORE ANGOLO STRIATURE INCREMENTO VELOCITA’ MAGGIORE ANGOLO STRIATURE Al di sotto di una certa velocità di avanzamento (V a < 200 mm/min) l´ondulazione superficiale è quasi completamente assente (grado Q5) Non sono state riscontrate significative variazioni dell’angolo di inclinazione con il variare della portata di abrasivo e con la distanza di stand off

25 ANALISI RISULTATI

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27 INCREMENTO STAND OFF DISTANCE Nel punto di impatto con il materiale il getto ha un diametro maggiore Natura divergente del getto MAGGIORE AMPIEZZA SOLCO

28 ANALISI RISULTATI E’ stata riscontrata una durata media dell’orifizio di circa 40/50 ore entro cui l’ampiezza del solco registra un incremento minore o uguale del 20 % dalla dimensione teorica di 1.2 mm INCREMENTO STAND OFF DISTANCE Aumento diametro del getto nel punto di impatto Natura divergente del getto MAGGIORE AMPIEZZA SOLCO INCREMENTO ORE ORIFIZIO Aumento diametro e perdita di coerenza getto Usura dell’orifizio MAGGIORE AMPIEZZA SOLCO

29 ANALISI ECONOMICA Costo del sistema di intensificazione della pressione Costo dell’energia elettrica Costo dell’ugello e del focalizzatore Costo della macchina Costo abrasivo Spese generali COSTI FISSICOSTI VARIABILI

30 ANALISI ECONOMICA

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33 CONCLUSIONI Esigenze qualitative Massima Pressione Utilizzo basse Velocità Esigenze economiche Pressione 395 MPa Utilizzo alte Velocità Non è necessaria l’adozione di portate di abrasivo elevate, valori < Kg/min sono sufficienti a garantire il livello qualitativo desiderato Con l’utilizzo di questi parametri, la qualità delle superfici di taglio risulta compresa tra il grardo di finitura Q4 e Q3 e la conicità delle stesse limitata a valori non superiori a 1.3 gradi. P= MPa Va= mm/min intervallo Q4-Q3 Distanza di stand off 3 mm per assecondare irregolarità


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