Analisi dinamica
Analisi delle forze in azione durante il processo
di tranciatura ed imbutitura
Una prima valutazione sulla dinamica del sistema ha riguardato il calcolo delle forze in azione durante i processi di tranciatura ed imbutitura. Le caratteristiche della lamiera da tranciare e imbutire sono:
- lastra in alluminio zincato (densita'=2.8 g/m^2), laccata e/o litografata
- spessore di 0,225 mm
- carico di rottura al taglio pari a 280 MPa
- 350 MPa (valore del carico di rottura a trazione)
FORZE DI TRANCIATURA:
Il processo di tranciatura richiede la realizzazione di dischetti piani di diametro pari a 35 mm.
Imposti questi valori di partenza, e' stato possibile ricavare la forza di tranciatura per il singolo punzone tramite l' equazione:
F_tranciatura = 6927,2 N
Lavorando simultaneamente 3 punzoni si ricava una forza di tranciatura massima
F_tranciatura_max = 20781.6 N
- lastra in alluminio zincato (densita'=2.8 g/m^2), laccata e/o litografata
- spessore di 0,225 mm
- carico di rottura al taglio pari a 280 MPa
- 350 MPa (valore del carico di rottura a trazione)
FORZE DI TRANCIATURA:
Il processo di tranciatura richiede la realizzazione di dischetti piani di diametro pari a 35 mm.
Imposti questi valori di partenza, e' stato possibile ricavare la forza di tranciatura per il singolo punzone tramite l' equazione:
F_tranciatura = 6927,2 N
Lavorando simultaneamente 3 punzoni si ricava una forza di tranciatura massima
F_tranciatura_max = 20781.6 N
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Nell' immagine è possibile apprezzare l'andamento della forza esercitata dal materiale sui punzoni.
Nel grafico si nota che nella posizione di punto morto superiore sono presenti due impulsi:
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FORZE DI IMBUTITURA:
Il passaggio successivo alla lavorazione di tranciatura e' appunto il processo di imbutitura applicato al dischetto precedentemente ottenuto.
I valori di forza calcolati per questa lavorazione sono stati ricavati tramite le dimensioni e le caratteristiche del cappellotto finale fornitoci dall'azienda: diametro imbutito=29,5 mm.
Come per la valutazione del processo di tranciatura sono state valutate le forze agenti sul singolo punzone:
F_imbutitura = 3550,2 N
Ottenendo dunque una forza di imbutitura totale per i tre punzoni di:
F_imbutitura_max = 10650,6 N
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Nell' immagine è possibile apprezzare l'andamento della forza esercitata dal materiale sui punzoni.
Nel grafico si nota che nella posizione di punto morto superiore è presente un impulso rappresentante la forza di imbutitura che deve esercitare il manovellismo inferiore per deformare il materiale. |
Equilibramento dinamico del manovellismo
Lo studio della dinamica e' proseguito con l'analisi dell'equilibramento del manovellismo.
Si e' sostituita la biella con un sistema dinamicamente equivalente, formato da due masse poste rispettivamente sul piede e sulla testa di biella e da una massa puntiforme valutata nel baricentro della biella stessa. Le quoteparti di masse di piede e di testa sono state considerate rispettivamente negli equilibri dinamici di pistone e di manovella al fine di rendere la trattazione piu' sintetica.
Si e' sostituita la biella con un sistema dinamicamente equivalente, formato da due masse poste rispettivamente sul piede e sulla testa di biella e da una massa puntiforme valutata nel baricentro della biella stessa. Le quoteparti di masse di piede e di testa sono state considerate rispettivamente negli equilibri dinamici di pistone e di manovella al fine di rendere la trattazione piu' sintetica.
BILANCIAMENTO MANOVELLA
Tramite un equilibramento dei momenti statici e' stato possibile ricavare il diametro della contromassa da realizzare per portare il baricentro della manovella sul perno di banco (si è intrapresa questa soluzione per diminuire le vibrazioni apportate sul perno di banco).
Poichè il moto della macchina non è continuo è possibile intraprendere una soluzione di manovella senza la creazione della contromassa e quindi minimizzare la potenza richiesta dal motore a fronte di una minore inerzia, a discapito delle trasmissioni delle vibrazioni.
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MANOVELLA SUPERIORE
Raggio contromassa = 54,6 mm 
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MANOVELLA INFERIORE
Raggio contromassa = 107,6 mm 
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Equilibri dinamici
In conclusione, scrivendo separatamente gli equilibri dinamici dei due manovellismi, per ognuno di essi e' stato ricavato un sistema non lineare di 9 equazioni in 9 incognite (8 reazioni vincolari ai nodi e 1 momento motore).
Nelle immagine riportate di seguito le forze sono state contrassegnate con:
R = Reazioni vincolari ai nodi
N = Forze peso
Pedice-i = Inerzia
Di particolare interesse per le successive analisi e verifiche sono le forze e momenti:
R7 = Reazione vincolare sulle guide
R1, R2 = Reazioni orizzontali e verticali sul perno di banco
M = Momento motore
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MANOVELLISMO SUPERIORE R7_max = 1188,6 N R1_max = 1188,6 N R2_max = 20870 N M_max = 137,73 Nm Da questi valori è possibile ricavarsi una stima della potenza massima richiesta: P_max = 3323 W 
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MANOVELLISMO INFERIORE R7_max = 221,5 N R1_max = 218 N R2_max = 10747 N M_max = 90,1 Nm Da questi valori è possibile ricavarsi una stima della potenza massima richiesta: P_max = 1515,2 W 
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