Università degli studi di Pisa Facoltà di Ingegneria

Presentazione sul tema: "Università degli studi di Pisa Facoltà di Ingegneria"— Transcript della presentazione:

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

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

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

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

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

10 CONICITA’ DEL SOLCO Wtop H Wbottom

11 CAUSA CONICITA’ DEL SOLCO
DISTRIBUZIONE VELOCITA’ La velocità delle particelle tende ad essere bassa alla parete del getto e aumenta fino ad un massimo al centro del getto 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 va H MODELLO MATEMATICO : CARATTERISTICHE : 
Ondulazione più o meno marcata Angolo di inclinazione fra la tangente alla curva delle striature alla profondità H e l'asse del getto

13 PRESENZA DI STRIATURE Cause della generazione delle striature
cause fenomenologiche: le striature derivano dal processo intrinseco di asportazione del materiale cause relative al controllo dei parametri: l’instabilità dei parametri di taglio 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 Particelle vengono deviate dalla zona di impatto diretto e cambiamento curvatura Zona impatto secondario Elevati angoli d’impatto

15 PRESENZA DI STRIATURE CINQUE GRADI DI FINITURA SUPERFICIALI Q5 Q4 Q3
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 bar Diametro orifizio 0.33 mm Diametro focalizzatore 1.02 mm

17 ATTIVITA’ SPERIMENTALE
MATERIALE MARMO BIANCO CARRARA Densità 2714 kg/m3 Resistenza a compressione monoassiale 131 MPa Resistenza a flessione 18 MPa Microdurezza Knoop 130 kg/mm2

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

19 ATTIVITA’ SPERIMENTALE
P= 300 MPa P= 360 MPa P= 415 MPa Velocità [mm/min] Angolo striature [gradi] Conicità ma= 0,317 [kg/min] 963 56 2.76 50 2.58 44 2.39 770 42 1.92 37 1.83 32 1.75 578 27 1.40 22 1.32 18 1.25 385 19 1.27 15 1.22 13 1.18 193 9 1.00 8 0.93 7 0.82 ma= 0,410 [kg/min] 55 48 40 35 1.82 31 1.74 25 1.39 21 17 12 0.99 0.92 6 0.81 ma= 0,498 [kg/min] 53 47 2.57 38 1.91 34 24 1.38 20 1.31 16 14 1.21 11 1.17

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

21 ANALISI RISULTATI

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

23 ANALISI RISULTATI

24 ANALISI RISULTATI MINORE ANGOLO STRIATURE INCREMENTO PRESSIONE
MAGGIORE ANGOLO STRIATURE INCREMENTO VELOCITA’  Al di sotto di una certa velocità di avanzamento (Va< 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

26 ANALISI RISULTATI

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

28 ANALISI RISULTATI INCREMENTO STAND OFF DISTANCE
MAGGIORE AMPIEZZA SOLCO Aumento diametro del getto nel punto di impatto Natura divergente del getto INCREMENTO ORE ORIFIZIO MAGGIORE AMPIEZZA SOLCO Usura dell’orifizio Aumento diametro e perdita di coerenza getto 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

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

30 ANALISI ECONOMICA

31 ANALISI ECONOMICA

32 ANALISI ECONOMICA

33 CONCLUSIONI intervallo Q4-Q3 Massima Pressione Esigenze qualitative
Utilizzo basse Velocità P= MPa Va= mm/min Pressione 395 MPa Esigenze economiche Utilizzo alte Velocità Non è necessaria l’adozione di portate di abrasivo elevate, valori < Kg/min sono sufficienti a garantire il livello qualitativo desiderato Distanza di stand off 3 mm per assecondare irregolarità 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.