Post on 05-Jan-2016
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Università degli studi di PisaUniversità degli studi di PisaFacoltà di IngegneriaFacoltà di Ingegneria
“ “ OTTIMIZZAZIONE DEI PARAMETRI DI TAGLIO DELLA TECNOLOGIA ABRASIVE WATERJET SU MATERIALI LAPIDEI””
CANDIDATICANDIDATI
Giulio SantiniGiulio Santini
RELATORIRELATORI
Prof .Ing. Michele LanzettaProf .Ing. Michele Lanzetta
Pisa, 4 Giugno 2014Pisa, 4 Giugno 2014
a.a. 2013-2014a.a. 2013-2014
PRESENTAZIONE AZIENDAPRESENTAZIONE 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
PRESENTAZIONE AZIENDAPRESENTAZIONE 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 finitiModerne tecnologie
OBIETTIVO DELLO STUDIO:OBIETTIVO DELLO STUDIO:
• ANALISI ECONOMICA
• ANALISI PARAMETRI QUALITA’ DEL TAGLIO
ESIGENZA AZIENDALE
• CORRELAZIONE TRA I PARAMETRI DI PROCESSO E LA QUALITA’ DEL TAGLIO
OTTIMIZZAZIONEOTTIMIZZAZIONE
PROCESSO AWJPROCESSO AWJ
SISTEMA ABRASIVE WATER JETSISTEMA ABRASIVE WATER JET
SCHEMA IMPIANTOSCHEMA IMPIANTO
PARAMETRI DI TAGLIO PARAMETRI DI TAGLIO
• PRESSIONE DEL GETTO IDRO-ABRASIVO
• VELOCITA’ AVANZAMENTO
• PORTATA ABRASIVO
• DISTANZA DI STAND OFF
PARAMETRI QUALITA’ DEL TAGLIO PARAMETRI QUALITA’ DEL TAGLIO
PROFODITA’ PENETRAZIONE
AMPIEZZA DEL SOLCOAMPIEZZA DEL SOLCO
CONICITA’ SUPERFICI
PRESENZA STRIATURE E PRESENZA STRIATURE E ASPETTO SUPERFICIALEASPETTO SUPERFICIALE
GEOMETRIA DEL TAGLIO FINITURA SUPERFICIALE
PROFONDITA’ DI PENETRAZIONE 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
AMPIEZZA DEL SOLCO 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
CONICITA’ DEL SOLCO CONICITA’ DEL SOLCO
Wtop
Wbottom
H
CAUSA CONICITA’ DEL SOLCO 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
PRESENZA DI STRIATURE PRESENZA DI STRIATURE
va
• 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 :
PRESENZA DI STRIATURE 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
PRESENZA DI STRIATURE PRESENZA DI STRIATURE
MODELLO ZONA D’IMPATTO A DUE STADI
Zona impatto diretto
Zona impatto secondario
Zona impatto diretto
Bassi angoli d’impatto
Zona impattosecondario
Elevati angoli d’impattoParticelle vengono deviate dalla zona di impatto diretto e cambiamento curvatura
PRESENZA DI STRIATURE PRESENZA DI STRIATURE
Q5 Q4 Q3 Q2 Q1
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.
ATTIVITA’ SPERIMENTALE ATTIVITA’ SPERIMENTALE
FLOW MACH3 DYNAMIC
Area di lavoro: 4 m x 2 mPrecisione +/- 0,038 mm Ripetibilità +/- 0.05 mmPressione max getto 4150 bar
Diametro orifizio 0.33 mmDiametro focalizzatore 1.02 mm
ATTIVITA’ SPERIMENTALE ATTIVITA’ SPERIMENTALE
MATERIALE MARMO BIANCO CARRARA
Densità 2714 kg/m3
Resistenza a compressione monoassiale
131 MPa
Resistenza a flessione 18 MPaMicrodurezza Knoop 130 kg/mm2
ATTIVITA’ SPERIMENTALE 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 300 360 415 [MPa]
• 5 livelli di velocità di avanzamento 193, 385, 578, 770 e 963
[mm/min]
5 tagli passanti per campione
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]
ma=
0,317 [kg/min]
963 56 2.76 963 50 2.58 963 44 2.39
770 42 1.92 770 37 1.83 770 32 1.75
578 27 1.40 578 22 1.32 578 18 1.25
385 19 1.27 385 15 1.22 385 13 1.18
193 9 1.00 193 8 0.93 193 7 0.82
ma=
0,410 [kg/min]
963 55 2.76 963 48 2.58 963 42 2.39
770 40 1.92 770 35 1.82 770 31 1.74
578 25 1.39 578 21 1.32 578 18 1.25
385 17 1.27 385 15 1.22 385 12 1.18
193 8 0.99 193 7 0.92 193 6 0.81
ma=
0,498[kg/min]
963 53 2.76 963 47 2.57 963 40 2.39
770 38 1.91 770 34 1.82 770 31 1.74
578 24 1.38 578 20 1.31 578 16 1.25
385 17 1.27 385 14 1.21 385 11 1.17
193 7 0.99 193 7 0.92 193 6 0.81
ATTIVITA’ SPERIMENTALE ATTIVITA’ SPERIMENTALE
ATTIVITA’ SPERIMENTALE ATTIVITA’ SPERIMENTALE
• DISTANZA STAND OFF 5, 4, 3, 2 [mm]
• ORE ORIFIZIO 1, 20, 50 [ore]
1 ora 20 ore 50 ore
ANALISI RISULTATI ANALISI RISULTATI
INCREMENTO PRESSIONE
ANALISI RISULTATI 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’
ANALISI RISULTATI ANALISI RISULTATI
ANALISI RISULTATI ANALISI RISULTATI
INCREMENTO PRESSIONE MINORE ANGOLO STRIATURE
INCREMENTO VELOCITA’ MAGGIORE ANGOLO STRIATURE
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
ANALISI RISULTATI ANALISI RISULTATI
ANALISI RISULTATI ANALISI RISULTATI
ANALISI RISULTATI ANALISI RISULTATI
INCREMENTO STAND OFF DISTANCE
Nel punto di impatto con il materiale il getto ha un diametro maggiore
Natura divergente del getto
MAGGIORE AMPIEZZA SOLCO
ANALISI RISULTATI 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
ANALISI ECONOMICA 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
ANALISI ECONOMICA ANALISI ECONOMICA
ANALISI ECONOMICA ANALISI ECONOMICA
ANALISI ECONOMICA ANALISI ECONOMICA
CONCLUSIONICONCLUSIONI
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 < 0.410 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=390-400 MPaVa=400-500 mm/min
intervallo Q4-Q3
Distanza di stand off 3 mm per assecondare irregolarità