RICERCA
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progettare 383
•
SETTEMBRE
2014
sio vantano un alto valore di smor-
zamento, ma questo materiale è
estremamente costoso, soprattut-
to a causa del processo produttivo
non banale.
La schiuma d’alluminio, quindi, si
candida a essere una delle armi
più promettenti di cui il proget-
tista di macchine utensili si può
avvalere. In generale, più schiuma
viene inserita in un sottoassieme di
macchina, maggiore è il potenziale
di smorzamento. In particolare, le
schiume metalliche possono esse-
re collocate laddove vi è eccitazio-
ne della struttura - o comunque in
punti soggetti a importanti flussi
di forza - agendo come elemento
isolante.
Per esempio, risultano particolar-
mente efficaci sotto le guide, cioè
tra l’elemento portante e la struttu-
ra che deve essere mossa. Oppure,
un più leggero sandwich di acciaio
riempito di schiuma d’alluminio
può convenientemente sostituire
una parete di acciaio elettrosal-
dato particolarmente soggetta a
vibrazioni.
Il componente in questione, ideal-
mente, dovrebbe essere costituito
da una struttura estremamente
snella di materiale ad alto modulo
di Young (per esempio, acciaio),
riempito di schiuma in alcuni pun-
ti specifici; inoltre, la massa e il
volume della schiuma deve esse-
re significativamente maggiore di
quello della struttura ‘contenitore’.
Un buon esempio di connubio
tra dimensionamento leggero e
smorzamento realizzato mediante
l’impiego di schiume d’alluminio
è costituito dalle traverse della
macchina Mikromat 30V 5D (Dyna-
pod), sviluppata nell’ambito del
progetto europeo ISF-Light Cornet,
che ha coinvolto tra gli altri l’isti-
tuto Fraunhofer IWU di Chemnitz
(Germania).
I due portali di questa macchi-
na utensile (fresatrice per stampi)
sono stati progettati e realizzati
utilizzando componenti saldati co-
stituiti principalmente da sandwich
di acciaio e schiuma di alluminio,
che si estendono per una superficie
di 1.200 mm × 1.200 mm e 35 mm
di spessore.
La figura mostra la macchina nel
suo complesso e un portale in
fase di setup, dove si è ottenuta
una deflessione dovuta al peso
proprio del 53% inferiore rispetto
alla soluzione convenzionale.
La massa della soluzione con
schiuma di alluminio è pari a 6.6
t, solo di poco superiore a quella
della soluzione in acciaio che vale
6.3 t. Le frequenze dei primi modi
flessionali della traversa in X e Z
sono pari a 37.9 e 75.5 Hz rispetti-
vamente, mentre lo smorzamento
relativo oscilla tra il 2.3% e il 2.9%,
valori superiori a quelli normal-
mente presenti in strutture saldate
di questo tipo.
Pesi piuma
Per quanto riguarda l’uso di Cfrp,
un esempio significativo è rappre-
sentato dai risultati di un lavoro
portato avanti nell’ambito del pro-
getto europeo Demat, terminato in
dicembre 2013.
Accanto a tanti altri aspetti che
esulano dal tipo di materiale im-
piegato, il cuore delle attività era
focalizzato sulla progettazione di
macchine utensili molto leggere la
cui struttura è ottenuta assemblan-
do una serie di moduli predefiniti la
cui rigidezza è garantita attraverso
l’applicazione del principio delle
travature reticolari.
Ogni modulo è costituito da un
parallelepipedo i cui 8 vertici sono
uniti tra di loro da barre in fibra
di carbonio; unendo tra di loro
questi moduli è possibile ottenere
un componente strutturale della
Esempio di
applicazione
di strutture in
Cfrp (Demat),
(cortesia
Tecnalia).
E
1/3
/
l
d
Ghisa
0.63
1.2e-3 ÷ 1.7e-3
Acciaio
0.77
6e-4 ÷ 1e-3
Leghe Alluminio
1.5
2e-4 ÷ 4e-4
Leghe Magnesio
1.9
1e-3 ÷ 1e-2
HS Cfrp
3.3
1.5e-3 ÷ 3e-3
HM CFRP
4.0
1.5e-3 ÷ 3e-3
UHM Cfrp
4.4
1.5e-3 ÷ 3e-3
Schiume di alluminio
2.9
4e-3 ÷ 1e-2
