L'obiettivo del progetto è stato lo studio di alleggerimento di una testata trinciatrice. Questo meccanismo è composto da tre macro assiemi, il rullo con vincolati i taglienti, il telaio ed infine il rullo di appoggio. Da colloqui iniziali con l'Azienda committente è emerso come il rullo con i taglienti non sia una parte modificabile. Per quanto riguarda il telaio, bisogna tener presente che durante la vita utile della testata a causa di un usura non uniforme dei coltelli nascono delle vibrazioni molto forti che scaricandosi sul telaio possono portare a rottura il componente in punti ben specifici. Di conseguenza, la riprogettazione di questo componente è apparsa molto complicata. In accordo con la Ferri S.r.l. l'attività si è quindi concentrata sull' alleggerimento del rullo di appoggio completo. Inizialmente si è sviluppato un modello analitico statico e a fatica per il calcolo dello stato tensionale del rullo durante il funzionamento. Successivamente è stato sviluppato un modello FEM in cui si sono valutate le entità delle sollecitazioni e delle deformazioni che agiscono sul rullo di appoggio. A questo punto sono stati presi in considerazione diversi materiali in sostituzione dell'acciaio di cui attualmente il componente è composto. I materiali analizzati sono stati il poliammide caricato vetro (PA66 GF30), la fibra di vetro (Epoxy E-Glass) e la fibra di carbonio. Il comportamento di questi materiali sono stati analizzati al FEM al variare dello spessore interno della geometria studiata. Dal risultato delle analisi è emerso che la costruzione del rullo di appoggio in PA66 GF30 sarebbe il più leggero ma lo spessore, perché resista a fatica, dovrebbe essere portato a 20 mm rispetto ai 6 mm del rullo attuale in acciaio. Questa soluzione è stata però scartata perché le tecnologie di formazione con questo materiale non consentono spessori maggiori di 10 mm. Per quanto riguarda l'utilizzo della fibra di carbonio, anche in questo caso, l'alleggerimento sarebbe considerevole senza correggere gli spessori di fabbricazioni. Consultando però le Aziende che realizzano manufatti in fibra di carbonio, questa soluzione è stata fortemente sconsigliata per la scarsissima resistenza ad usura che ha questo materiale e i costi proibitivi di produzione. Infine, per quanto riguarda l'utilizzo della fibra di vetro, l'Epoxy E-Glass ha dimostrato un'ottima resistenza sia statica che a fatica, lo spessore è stato portato a 10 mm e il peso della parte cilindrica del rullo è passato da 22.1 kg in acciaio a 8.6 kg in vetroresina. Invece, se guardiamo al rullo di appoggio completo di parti troncoconiche, cuscinetti, paraoli e staffe di collegamento la riduzione relativa di peso e del 26%. In conclusione, lo studio condotto ha portato ad individuare due aziende produttrici di manufatti in fibra di vetro e fibra di carbonio in regione Emilia Romagna, la Sic-Compositi S.r.l e la Selip S.p.A., a cui sono state richieste due offerte per la fornitura di un lotto di 100 pezzi/anno che sono state allegate alla presente relazione. Un possibile sviluppo futuro potrebbe essere, a questo punto, dotarsi di due prototipi del rullo cilindrico, uno realizzato da Selip S.p.A. e l'altro realizzato da Sic-Compositi S.r.l., montarli su due macchine diverse e testarle sul campo. In questo modo, si riuscirà ad avere un riscontro oggettivo anche dell'usura reale del componente e di conseguenza della sua vita utile.
RIPROGETTAZIONE DI UNA TESTA TRINCIATRICE A PESO RIDOTTO ATTRAVERSO LO STUDIO DI GEOMETRIE ALTERNATIVE E APPLICAZIONE DI MATERIALI POLIMERICI ALLE COMPONENTI
Cristian Ferrari
2018
Abstract
L'obiettivo del progetto è stato lo studio di alleggerimento di una testata trinciatrice. Questo meccanismo è composto da tre macro assiemi, il rullo con vincolati i taglienti, il telaio ed infine il rullo di appoggio. Da colloqui iniziali con l'Azienda committente è emerso come il rullo con i taglienti non sia una parte modificabile. Per quanto riguarda il telaio, bisogna tener presente che durante la vita utile della testata a causa di un usura non uniforme dei coltelli nascono delle vibrazioni molto forti che scaricandosi sul telaio possono portare a rottura il componente in punti ben specifici. Di conseguenza, la riprogettazione di questo componente è apparsa molto complicata. In accordo con la Ferri S.r.l. l'attività si è quindi concentrata sull' alleggerimento del rullo di appoggio completo. Inizialmente si è sviluppato un modello analitico statico e a fatica per il calcolo dello stato tensionale del rullo durante il funzionamento. Successivamente è stato sviluppato un modello FEM in cui si sono valutate le entità delle sollecitazioni e delle deformazioni che agiscono sul rullo di appoggio. A questo punto sono stati presi in considerazione diversi materiali in sostituzione dell'acciaio di cui attualmente il componente è composto. I materiali analizzati sono stati il poliammide caricato vetro (PA66 GF30), la fibra di vetro (Epoxy E-Glass) e la fibra di carbonio. Il comportamento di questi materiali sono stati analizzati al FEM al variare dello spessore interno della geometria studiata. Dal risultato delle analisi è emerso che la costruzione del rullo di appoggio in PA66 GF30 sarebbe il più leggero ma lo spessore, perché resista a fatica, dovrebbe essere portato a 20 mm rispetto ai 6 mm del rullo attuale in acciaio. Questa soluzione è stata però scartata perché le tecnologie di formazione con questo materiale non consentono spessori maggiori di 10 mm. Per quanto riguarda l'utilizzo della fibra di carbonio, anche in questo caso, l'alleggerimento sarebbe considerevole senza correggere gli spessori di fabbricazioni. Consultando però le Aziende che realizzano manufatti in fibra di carbonio, questa soluzione è stata fortemente sconsigliata per la scarsissima resistenza ad usura che ha questo materiale e i costi proibitivi di produzione. Infine, per quanto riguarda l'utilizzo della fibra di vetro, l'Epoxy E-Glass ha dimostrato un'ottima resistenza sia statica che a fatica, lo spessore è stato portato a 10 mm e il peso della parte cilindrica del rullo è passato da 22.1 kg in acciaio a 8.6 kg in vetroresina. Invece, se guardiamo al rullo di appoggio completo di parti troncoconiche, cuscinetti, paraoli e staffe di collegamento la riduzione relativa di peso e del 26%. In conclusione, lo studio condotto ha portato ad individuare due aziende produttrici di manufatti in fibra di vetro e fibra di carbonio in regione Emilia Romagna, la Sic-Compositi S.r.l e la Selip S.p.A., a cui sono state richieste due offerte per la fornitura di un lotto di 100 pezzi/anno che sono state allegate alla presente relazione. Un possibile sviluppo futuro potrebbe essere, a questo punto, dotarsi di due prototipi del rullo cilindrico, uno realizzato da Selip S.p.A. e l'altro realizzato da Sic-Compositi S.r.l., montarli su due macchine diverse e testarle sul campo. In questo modo, si riuscirà ad avere un riscontro oggettivo anche dell'usura reale del componente e di conseguenza della sua vita utile.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
