MACCHINE UTENSILI
DOSSIER
progettare 383
•
SETTEMBRE
2014
75
superiore rispetto a quelli con-
venzionali, con una precisione di
posizionamento micrometrica.
Oltre ad una riduzione delle masse
in gioco e un aumento della rigidi-
tà, anche smorzamento e stabilità
termica sono elementi necessari
per garantire un traguardo tecno-
logico così ambizioso.
Per fortuna oggigiorno l’ingegne-
ria dei materiali ha affiancato alle
soluzioni tradizionali (ghisa, accia-
io saldato e, in alcuni casi, leghe
di alluminio) nuovi paradigmi che
hanno notevolmente ampliato lo
spettro di possibilità dei proget-
tisti. Tali gradi di libertà, tuttavia,
vanno sfruttati con cognizione di
causa.
La selezione dei materiali si può
basare sulla valutazione di due
indici di merito principali: un in-
dice di rigidezza, definito come
il modulo di Young del materiale
(elevato alla 1/3) diviso per la sua
densità (E
1/3
/
ȡ
) e un coefficiente di
smorzamento relativo (
Ș
). Più il
primo indice è alto, più la struttura
è leggera a parità di rigidezza. Il
fattore di smorzamento, invece,
rappresenta l’atteggiamento dei
materiali rispetto alle vibrazioni,
ovvero la loro capacità intrinseca
di dissiparle.
La tabella riporta il valore degli
indici di merito per i seguenti
materiali: ghisa; acciaio; leghe
di alluminio; leghe di magnesio;
schiume di alluminio; Cfrp (Carbon
Fibre Reinforced Polymer, polimeri
rinforzati con fibra di carbonio),
considerando tre tipi di fibre di car-
bonio: HS (High Strength, ad alta
resistenza); HM (High Module, ad
alto modulo di Young); UHM (Ultra
High Module), cioè con modulo di
Young maggiore di 700 Gpa.
I materiali
Come si può vedere dalla tabella,
il materiale caratterizzato dai valori
più elevati dell’indice strutturale è
l’UHM Cfrp.
D’altra parte, la schiuma di allu-
minio mostra sia un buon valore
dell’indice strutturale (benché in-
feriore rispetto a quello della fibra
di carbonio) sia un ottimo indice di
smorzamento.
In realtà, anche le leghe al magne-
metallici ferrosi (acciai e ghise),
limita notevolmente l’incremen-
to di prestazioni, a causa dell’e-
levata massa specifica, cui non
corrispondono valori di rigidezza
altrettanto elevati. Inoltre, accanto
ad un’intrinseca limitazione delle
caratteristiche meccaniche, le e-
levate masse in gioco portano a
una penalizzazione dell’efficienza
energetica, aspetto che oggigiorno
è divenuto imprescindibile.
Ma l’importanza di limitare le mas-
se è legata soprattutto alle presta-
zioni dinamiche.
La competizione sempre crescente
sui mercati internazionali spinge
i produttori verso cicli di proget-
tazione più brevi e diminuendo
i tempi di produzione e dei costi
per la loro costruzione. Questa
tendenza genera una domanda di
sistemi intelligenti e più veloci di
lavorazione che sono in grado di
ridurre drasticamente i tempi di
lavorazione, pur migliorando la
precisione finale.
L’obiettivo più probabile per i pros-
simi dieci anni sarà l’ottenimento
di accelerazioni due a tre volte
Nella pagina a sinistra:
uso di schiuma metallica come
elemento smorzante nelle guide,
(cortesia Fraunhofer – IWU).
Sotto: semilavorati in Cfrp.
Macchina Dynapod con portali in sandwich di schiuma di alluminio (cortesia Fraunhofer – IWU).
