10/11/2009 - Digital Degree Wheel 3 by P.R.I.S.M.A electronics
La P.R.I.S.M.A. è un'azienda che opera da trent'anni nel campo dell'elettronica con impegno ad introdurre strumenti di assoluta novità mondiale utilizzati per il controllo dei go-kart, superando
di gran lunga i metodi tradizionali mai cosi' precisi.
Di notevole importanza sono state le realizzazioni del Digital Degree Wheel e dello Chassis Laser Control. Due strumenti che hanno rivoluzionato, uno per quanto riguarda la misurazione dei gradi dei motori e l'altro per la misurazione di tutti i parametri quali camber,incidenza, allineamento dei telai dei kart, il modo e la precisione delle misure. Inoltre sono stati realizzati altri strumenti
come ad esempio la squadra elettronica che permette di misurare qualsiasi angolo in modo digitale (ad esempio i gradi dei fuselli anteriori). Il Digital Degree Wheel è uno strumento elettronico , a lettura digitale , che permette una misurazione del diagramma dei motori a scoppio , sia a due tempi che a quattro tempi , con una precisione al decimo di grado. E' indispensabile per conoscere in modo accurato tutti gli angoli caratteristici di un motore a due tempi, come l'aspirazione, lo scarico , le aperture e chiusure dei travasi, i gradi di apertura delle valvole nei motori a quattro tempi.
E’ stato realizzato per sostituire il tradizionale disco graduato o goniometro e risolvere il problema della precisione, elemento fondamentale sopratutto per la preparazione dei motori da competizione. La P.R.I.S.M.A. Electronics già nel 1995 realizzò il primo Digital Degree Wheel , diventato poi lo standard per effettuare le misurazioni del diagramma nei motori a due tempi.
L’esperienza maturata nel settore ci ha portati a realizzare un nuovo modello in grado di soddisfare le principali richieste del mercato : il Digital Degree Wheel 3 .
PRINCIPALI CARATTERISTICHE :
Lettura con risoluzione al decimo di grado (es. 27,5°)
Elevata precisione nella misura grazie ad un encoder ad alta risoluzione
Alta affidabilità nella misura ( anche ruotando velocemente l'albero non si altera la
misurazione)
Indicazione dello stato di carica della batteria
Dimensioni ridottissime (100mmx60mm)
Display retroilluminato per garantire una elevata visibilità della lettura anche in ambienti
critici
Alimentato con batterie ricaricabili AA che si ricaricano automaticamente appena si
connette all'alimentatore
Supporto per il fissaggio al motore regolabile
Spegnimento automatico dello strumento dopo 5 min.di non utilizzo
Display grafico monocromatico 122x32 pixel
Elevata autonomia di funzionamento
FUNZIONE PARTICOLARE :
Mediante il pulsante MODE è possibile misurare il numero di giri compiuti dall’encoder
e quindi utile per la misura del cambio nelle categorie 125.
MODALITA' D'USO :
Il Digital Degree Wheel è composto dall’unità display che permette di visualizzare i risultati della misura mediante display grafico monocromatico 122x32 pixel e dall’encoder.
Quest’ultimo và applicato sull’albero motore mediante la boccoletta filettata e interponendo tra questi il giunto plastico ( da noi fornito ) che permette di ridurre la non perfetta perpendicolarità tra albero motore e encoder. Per una misura corretta , bisogna tenere in considerazione un fattore molto importante : - Il montaggio dell’encoder sull’albero motore deve essere il più perpendicolare possibile in modo tale che durante la rotazione dello stesso non ci sia un movimento irregolare che potrebbe falsare la misura. A tale proposito è indispensabile utilizzare il giunto plastico fornito per correggere eventuali disallineamenti .
Prisma di Cardinale Pascal
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17/06/2008 - ALBERI MOTORE REVISIONATI...COME NUOVI !!!
Vi siete mai chiesti che collegamento c'è tra il kart e la cromatura a spessore??
La risposta è presto data, semplicemente vuole fare risparmiare tempo di manutenzione al kartista.
Non vi è mai capitato di smontare l' albero motore e vedere la sede del cuscinetto o del paraolio usurati?
Avevate un albero che girava bene era anticipato al punto giusto, pensate “che faccio lo butto?” No con l' aiuto della CROMATURA A SPESSORE si riesce a recuperare e riportare in tolleranza. Se occorre si può diversificare la tolleranza da quella originale mediante rettifica, per avere un cuscinetto più o meno libero a seconda dell' idea del preparatore , ovviamente questo su richiesta del cliente,tutto ciò oggi si riesce a fare grazie a anni d'esperienza nel settore.
L'albero cromato ha una sua peculiarità cioè quella di non usurarsi più sulle parti cuscinetto questo perché ha una durezza superiore 67/70 HRC, così con il passare del tempo si dovranno cambiare solo i cuscinetti e non l albero,inoltre rifacendo anche la sede del paraolio si ottiene una scorrevolezza maggiore volete aumentare il Ø rotore? Si può.
Sarà come l' originale ma con una longevità superiore ad un costo inferiore al nuovo.
Stem - Cromo (SNC)
Via Prati Vecchi, 25
42025 Cavriago (RE)
PER INFORMAZIONI STEFANO
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20/11/2007 - Il fusello nel kart
Come tutti sanno, il fusello è quel componente della catena cinematica di sterzo che consente il montaggio delle ruote anteriori e al tempo stesso ne consente la sterzata attraverso il collegamento rigido al fazzoletto di sterzo a sua volta collegato al piantone. La particolare geometria del fusello, articolata nello spazio secondo due angoli caratteristici (A ed in figura 1), è importante ai fini delle performance del veicolo. Questa influenza infatti la cinematica dello sterzo, agendo direttamente sull’entità della traslazione verticale della ruota al variare dell’angolo volante, la cosiddetta alzata cinematica, che consente il sollevamento della posteriore interna durante la percorrenza di una curva. Il perno sul quale viene alloggiata la ruota poi, possiede una sua rigidità flessionale, determinata dal materiale di cui il fusello è costituito, dal diametro del perno e dalla sua lunghezza. Anche il fusello quindi, come già il telaio, contribuisce al comportamento torsionale dell’intero veicolo, agendo direttamente sull’entità dei trasferimenti di carico e facendo si che durante la percorrenza di una curva si abbia inoltre una variazione di camber tanto più accentuata quanto più il perno è flessibile.
Per quanto riguarda la fabbricazione, possiamo considerare il fusello composto da tre elementi fondamentali: il perno, la boccola, e la piastra di collegamento alla tiranteria di sterzo.
Per quanto riguarda il perno, questo viene ricavato dal pieno mediante tornitura, processo mediante il quale viene anche realizzata la filettatura necessaria al serraggio del dado. Anche la boccola viene realizzata mediante tornitura, mentre la piastra di collegamento viene realizzata o per tranciatura di lamiera (nel caso in cui sia piana) o per forgiatura (nel caso presenti una nervatura come in figura 1). In alcuni tipi di fusello la boccola è assente, e sostituita da una “C” realizzata in lamiera tranciata, forata e piegata. I singoli componenti vengono poi assemblati insieme mediante saldatura.
Ing. Fabio Renzi
TVK Project s.r.l.
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11/10/2007 - L’acciaio nel Kart e in altre applicazioni
Acciaio è il nome comunemente dato ad una lega costituita principalmente da ferro e carbonio più altri elementi che consentono di tarare le caratteristiche del materiale alla particolare esigenza alla quale questo dovrà assolvere. Il carbonio, solitamente in percentuali inferiori al 2,11% (oltre la quale si parla di ghisa, materiale differente per caratteristiche e lavorabilità), si presenta all’interno della struttura molecolare sotto forma di carburo di ferro (cementite), e, entrando a far parte del reticolo cristallino del materiale, è in grado di bloccare il moto delle dislocazioni (dei difetti strutturali) all’interno di questo, che sono la primaria fonte di rottura del materiale. L’aggiunta di carbonio consente quindi di ottenere delle proprietà meccaniche nettamente migliori di quelle del ferro puro, rendendo quindi questo materiale adatto ai più svariati utilizzi. Altro fattore di rilevante importanza è il costo relativamente basso, il che lo rende uno dei materiali da costruzione più impiegati nel mondo, basti pensare che ogni anno ne vengono prodotte circa cinquecento milioni di tonnellate.
I telai per go kart vengono generalmente costruiti con acciai appartenenti alla famiglia degli acciai basso legati, acciai cioè che oltre a contenere carbonio (in percentuali oscillanti tra lo 0.2 e lo 0.6 percento) hanno in lega elementi (con tenori normalmente non superiori al 1%) che ne migliorano la resistenza meccanica, la profondità di penetrazione della tempra, la tenacità alla frattura e via dicendo. Sono caratterizzati da un rapporto resistenza/peso più elevato dei normali acciai al carbonio ma costano di più di questi (in rapporto al peso, non alla resistenza).
Sono particolarmente indicati per gli organi meccanici sottoposti a forti sollecitazioni dinamiche.
Gli elementi di lega più utilizzati sono il Cromo (Cr), il Molibdeno (Mo), il Manganese (Mn) e il Nickel (Ni).
In particolare, il Cromo aumenta la durezza dell’acciaio e il limite di elasticità. In percentuali superiori al 10% rende l’acciaio inossidabile, e resistente agli agenti chimici e atmosferici.
Il Molibdeno si utilizza per aumentare la profondità di penetrazione della tempra e conferire così maggiore efficacia al processo, in maniera analoga al Manganese, che aumenta inoltre la durezza del materiale e la resistenza all’usura. Il nickel si utilizza invece per i suoi effetti sul coefficiente di dilatazione termica, che viene notevolmente ridotto dalla presenza di questo elemento.
Gli acciai migliori dal punto di vista meccanico sono gli acciai Nickel-Cromo-Molibdeno che, con un carico di rottura di 1200 N/mm² sono largamente usati per alberi a manovella, ingranaggi, bielle e parti di motori.
Per la produzione di telai per kart e biciclette, ma anche per le roll cage delle auto da corsa, si utilizzano in larga parte acciai al Cromo-Molibdeno (normalmente denominati chromoly) che hanno buone capacità meccaniche e un’ottima saldabilità. Uno dei più diffusi è l’acciaio 4130, di cui le tabelle 1 e 2 illustrano la composizione e le principali caratteristiche meccaniche.
Ing. Fabio Renzi
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08/10/2007 - impianto frenante nel kart
L’impianto frenante che troviamo montato nei kart, è del tipo a disco, nel quale cioè la ruota viene rallentata mediante l’applicazione di una coppia di frenatura attraverso l’azione di una o più coppie di pastiglie, che agiscono su un disco solidale alla ruota e, per attrito, ne provocano il rallentamento.
A seconda della categoria di utilizzo, diversi sono i tipi di impianto frenante impiegati nel karting. In particolare, nella categoria 100cc, si utilizza un solo disco montato sull’assale posteriore, mentre nella categoria 125cc si utilizzano freni su ambedue le ruote anteriori. La differente configurazione è dovuta essenzialmente alla diversa entità delle potenze motore in gioco nei due casi, e quindi alle differenti velocità raggiunte. Nel caso dei 100 cc infatti, le velocità raggiunte sono modeste, e si vuole che il freno sia modulabile e di azione non troppo intensa (in modo da non “inchiodare” il veicolo sulla pista), mentre nel caso dei 125 cc, le velocità più elevate impongono una maggiore incisività dell’azione frenante.
L’impianto si compone essenzialmente di tre componenti, ovverosia i dischi, le pinze, le pastiglie, più i sistemi di azionamento idraulico (e quindi pedale, tiranterie, pompa freno e collegamenti vari idraulici).
I dischi, normalmente prodotti nelle misure 200mm (per il posteriore) e 125mm (per gli anteriori) sono prodotti in acciaio speciale al carbonio e cromo, e vengono prodotti forati e autoventilanti, per migliorare la dissipazione del calore. Questo aspetto è infatti di cruciale importanza nel funzionamento dell’impianto frenante. Abbiamo infatti potenze frenanti dell’ordine di 60-100 cv, che vanno a trasformare l’energia cinetica posseduta dal mezzo in calore, che deve essere smaltito per convezione con l’aria che circonda i dischi. La dissipazione può essere notevolmente migliorata forando i dischi (il che migliora inoltre l’azione di frenatura, raschiando la pastiglia ed aumentando quindi il coefficiente di attrito tra questa e il disco) ed implementando, anziché un solo disco, due dischi paralleli all’interno dei quali vengono sagomati dei canali, che migliorano l’azione di ventilazione (dischi “ventilati”).
E’ molto importante che il calore venga smaltito in maniera efficiente. Uno smaltimento non opportuno del calore produce infatti la vetrificazione delle pastiglie, fenomeno per il quale si ha la modifica permanente della superficie d’attrito, con crollo del coefficiente di attrito e dell’azione frenante. Uno smaltimento non opportuno del calore fa si inoltre che questo si trasmetta per conduzione ai pompanti della pinza, e da questi al fluido frenante, che potrebbe raggiungere la temperatura di ebollizione, rendendo quindi inservibile l’intero sistema.
La presenza di forature sulla superficie del disco migliora inoltre l’evacuazione dell’acqua da questo, migliorando il comportamento dei freni su strada bagnata.
I dischi vengono prodotti a partire dalle lamiere, mediante taglio laser, che consente un grado di finitura eccellente. Successivamente questi vengono sottoposti a trattamenti termici (tempra) per migliorarne il comportamento meccanico e quindi avviati alle lavorazioni meccaniche di rettifica, fresatura e tornitura.
Per quanto riguarda le pastiglie, queste sono costruite in carbon-kevlar, un materiale composito ignifugo e termicamente stabile, costituito da una matrice a base di carbonio (che fornisce attrito), all’interno della quale sono annegate le fibre di kevlar (che forniscono compattezza e solidità alla pastiglia).
Il processo di produzione è il seguente. Le fibre vengono dapprima disposte in uno stampo e compresse insieme. Successivamente il tutto viene introdotto in una fornace e portato alla temperatura di 1000 °C. A questo punto, un gas viene introdotto nella fornace, e questo deposita carbonio sulle fibre. Dopo circa 500-800 ore il materiale è completamente denso e compatto, e viene quindi lavorato per portarlo alle dimensioni richieste.
Da ultimo esaminiamo la pinza freno. Questa può essere di due tipi, flottante e fissa, a seconda che abbia o meno movimento relativo rispetto al disco freno. In una pinza flottante, un cilindretto dal lato del disco spinge una pastiglia contro di questo e, quando avviene il contatto, questo comincia a tirare la pinza, facendo si che si abbia il contatto anche sull’altro lato.
In una pinza fissa invece non si ha movimento di questa rispetto al disco, e l’azione frenante è ottenuta mediante l’azione di una o più coppie di cilindretti che schiacciano le pastiglie freno su entrambi i lati del disco.
La pinza, così come anche il portadisco, vengono realizzati in alluminio anodizzato, a partire dal pieno mediante operazioni meccaniche per asportazione di truciolo.
Ing. Fabio Renzi
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31/07/2007 - Le macchine a controllo numerico
Il controllo numerico rappresenta il frutto del connubio tra l’elettronica/informatica e la tecnologia meccanica di lavorazione dei materiali. Apparso per la prima volta nel 1947, è stato inizialmente impiegato per la lavorazione delle complesse superfici alari di aerei militari ad alte prestazioni, per trovare poi, anche in concomitanza della diffusione delle tecnologie elettroniche, una sempre maggiore diffusione che da una posizione di tecnologia di esclusiva prerogativa dell’industria aeronautica, la portata ad essere di largo impiego in tutte le realtà industriali.
Come è noto, tutti i processi di lavorazione e taglio dei materiali sono basati sui moti reciproci dell’utensile e del pezzo in lavorazione, moti che si sviluppano lungo degli assi ben definiti, consentendo così la lavorazione desiderata. La tecnologia del controllo numerico consente, in breve, di poter controllare tali moti attraverso un elaboratore elettronico, minimizzando (e in certi casi annullando) l’intervento umano. Questo porta con se una lunga lista di vantaggi che vanno dalla maggiore sicurezza (l’operatore agisce tramite un quadro di comando, ed è quindi lontano dalla lavorazione) a un notevole miglioramento della precisione di lavorazione. Molto importante è inoltre la maggior complessità delle forme che possono essere ottenute, a cui si somma un contemporaneo aumento della produttività, grazie a più ridotti tempi di lavorazione.
I sistemi a controllo numerico si compongono essenzialmente di un’unita di controllo (un elaboratore), alla quale sono asserviti dei servomeccanismi, i quali consentono il controllo dei moti di lavorazione, più una serie di sensori che registrano i parametri fondamentali della lavorazione.
Di notevole importanza sono i centri di lavorazione a controllo numerico, macchine multiscopo assai flessibili e che consentono di effettuare lavorazioni di diverso tipo e con differenti utensili.
Ing. Fabio Renzi
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31/07/2007 - La rettifica
La lavorazione di rettifica consiste nell’asportazione del metallo del pezzo in lavorazione mediante un meccanismo di abrasione. Il metallo infatti non viene rimosso da un tagliente, ma attraverso l’azione di un elevato numero di grani abrasivi distribuiti all’interno dell’utensile, che prende il nome di mola, nella quale questi grani vengono mantenuti in coesione grazie all’impiego di un particolare legante. Il processo di rettifica è l’unico processo convenzionale che può essere impiegato nella lavorazione di materiali particolarmente duri (es. leghe ad elevata durezza) ed acciai trattati termicamente (es. temprati o cementati). Durante la rettifica, particolare cura deve essere dedicata al raffreddamento, sia della mola che del pezzo in lavorazione. Durante la lavorazione si raggiungono infatti temperature molto elevate, le quali possono portare alterazioni nel legante con conseguente rottura dell’utensile. Per quanto concerne il pezzo in lavorazione invece, le elevate temperature possono dar luogo ad alterazioni nella microstruttura dell’acciaio (creazioni di zone martensitiche fragili) e a tensioni residue di origine termica.
La macchina che si impiega nella lavorazione di rettifica prende il nome di rettificatrice, e diverse sono le tipologie che possono essere trovate nelle officine.
La rettificatrice più comune è sicuramente quella superficiale (Figura 1) in cui il pezzo viene posizionato sul piano di lavoro e a questo ancorato mediante l’applicazione di un campo magnetico. Tale tavola può traslare orizzontalmente nelle due direzioni, mentre la mola può traslare verticalmente consentendo di variare la profondità di passata.
Un'altra tipologia è costituita dalla rettifica in tondo, che può essere effettuata sia su superfici esterne che interne.
Nel primo caso (Figura 2) il pezzo possiede fori di centraggio che ne consentono il montaggio tra le punte della macchina e viene posto in rotazione nello stesso verso dell’utensile, in maniera tale da far si che nel punto di contatto utensile e pezzo si trovino ad avere direzione di movimento opposta.
Nel secondo caso invece, il pezzo è mantenuto fermo mediante un afferraggio, e la sua superficie interna viene lavorata mediante un utensile di dimensioni minori del diametro del pezzo. La mola viene mantenuta ad alte velocità di rotazione, in maniera tale da avere una adeguata velocità periferica nel punto di contatto tra pezzo e utensile. La figura 3 mostra alcune tipologie di mole impiegate per la rettifica interna.
Un accenno meritano da ultimo le rettificatrici universali, macchine che, grazie alla possibilità di montare diversi attacchi, possono effettuare diversi tipi di operazioni.
Per quanto riguarda le mole, come già si è detto queste non sono altro che dischi nei quali un elevato numero di grani abrasivi viene tenuto insieme mediante l’utilizzo di un legante. Per quanto riguarda i grani, questi possono essere naturali (diamante, corindone, silice) o artificiali (Alundum, Carburundum , Nitruro di Boro cubico); per quanto riguarda i leganti usati invece, i più comuni sono quello ceramico (a base di caolino e argilla) quello al silicato, il legante elastico (a base di gomma), il legante a base di resina e il legante a base metallica. La scelta del tipo di mola da impiegarsi, in termini di materiale e dimensioni del grano e del particolare tipo di legante, sarà dettata dal tipo di materiale in lavorazione e dalla finitura superficiale desiderata.
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31/07/2007 - La saldatura a induzione
La saldatura a induzione è un processo di saldatura mediante il quale il pezzo in lavorazione viene portato alla temperature di saldatura utilizzando il principio dell’induzione elettromagnetica. E’ quindi un procedimento adatto per la saldatura di materiali conduttori o ferromagnetici. Il sistema di saldatura è composto da una bobina di induzione che ha lo scopo di generare un campo elettromagnetico ad alta frequenza (da qui in nome inglese di High Frequency Induction Welding). Questo campo elettromagnetico induce nei materiali conduttori un effetto di riscaldamento per resistenza, indotto dalle correnti (dette eddy currents) che si generano all’applicazione del campo magnetico variabile.
Nei materiali ferromagnetici invece, il riscaldamento è dovuto all’isteresi del materiale. L’applicazione del campo elettromagnetico infatti causa delle distorsioni nel reticolo cristallino che si traducono poi nel riscaldamento del materiale. Nella realtà, la maggior parte dei materiali presenta un comportamento ibrido tra i due, e quindi il riscaldamento avviene per combinazione dei due meccanismi suddetti. Anche i materiali non magnetici possono essere saldati per saldatura a induzione, impiantando all’interno di questi delle particelle di materiale ferromagnetico che vengono scaldate dall’applicazione del campo elettromagnetico e cedono quindi il loro calore per conduzione termica al materiale circostante.
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31/07/2007 - La saldatura MIG
Il processo di saldatura MIG (Metal Inert Gas) è molto simile al processo TIG, con l’unica differenza che in questo caso l’elettrodo non è infusibile, e partecipa quindi attivamente al processo di saldatura. Il processo di saldatura avviene mediante un arco elettrico, che viene sviluppato in un’atmosfera protettiva generata mediante l’utilizzo di un gas inerte (Argon). Nel caso della saldatura di acciai a basso tenore di carbonio è comunque antieconomico utilizzare tale tipo di gas e si utilizza invece CO2. Si parla in questo caso di saldatura MAG (Metal Active Gas).
L’attrezzatura necessaria al processo di saldatura MIG è illustrata in figura 1. L’arco viene generato mediante una pistola, che contiene al suo interno l’elettrodo, la cui alimentazione avviene in maniera automatica, e i canali necessari all’efflusso del gas, che proviene da apposite bombole.
L’intera pistola è inoltre raffreddata mediante circolazione di acqua.
L’alimentazione dell’arco è affidata ad una macchina elettrica ai cui poli sono collegati l’elettrodo e il materiale base.
Nel caso di saldatura automatica, la pistola di saldatura è collegata in maniera rigida con la macchina e mediante dispositivi automatici viene creato il moto relativo tra pistola di saldatura e metallo da saldare.
Il meccanismo di deposizione del metallo di apporto durante la saldatura dipende dalla corrente di transizione, un parametro legato a molti fattori, come, ad esempio, il tipo di gas, il materiale impiegato per il filo-elettrodo e la corrente di alimentazione dell’arco.
In particolare, si parla di modalità ad arco corto quando si utilizza una tensione di alimentazione inferiore a 20 V. In questo caso il trasporto di materiale avviene sotto forma di goccie di grosse dimensioni , e la tecnica è particolarmente indicata per piccoli spessori e per la sua capacità di utilizzo in varie angolazioni.
Nella modalità ad arco a spruzzo, le tensioni di alimentazione sono maggiori di 25 V, e il trasporto di materiale avviene mediante goccie di piccole dimensioni. Questa modalità è indicata per elevati spessori, vista la sua elevata capacità di penetrazione, ma la posizione di saldatura deve necessariamente essere piana, a causa dell’elevata fluidità del bagno di saldatura. Da ultimo, una tecnica che consente di sfruttare i vantaggi delle due precedenti è la tecnica ad arco pulsato, nella quale ad una corrente di base, che ha lo scopo di mantenere acceso l’arco, si sovrappone una corrente pulsata che ha lo scopo di trasferire metallo dall’elettrodo alla saldatura. Quest’ultimo metodo è molto versatile e può essere utilizzato sia per spessori sottili che elevati.
Il MIG è un processo più semplice del TIG, e viene utilizzato quando la produttività è particolarmente importante, vista la rapidità nella deposizione del cordone. Di contro l’apparecchiatura è più complessa e ingombrante e possono esserci problemi nel saldare in posizioni difficili.
Ing. Fabio Renzi
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31/07/2007 - La saldatura TIG
La saldatura TIG (Tungsten Inert Gas) è un processo di saldatura ad arco elettrico che viene condotto in atmosfera inerte. L’arco elettrico scocca tra il metallo di base ed un elettrodo di Tungsteno che ,viste le sua elevata temperatura di fusione (3422 °C), non prende parte al processo di saldatura. Il metallo d’apporto (che nel caso di spessori sottili non è presente) può essere fornito mediante bacchette, se la saldatura viene eseguita in maniera manuale, o mediante del filo, se questa viene eseguita mediante macchine automatiche o semiautomatiche.
Poiché l’arco elettrico è immerso all’interno di un gas inerte (solitamente Argon o Elio) si evitano i processi di ossidazione del metallo, e si ottengono quindi buoni risultati nella saldatura di materiali difficili da saldare convenzionalmente, come, ad esempio, le leghe di Alluminio.
L’attrezzatura utilizzata è costituita da un generatore elettrico, necessario per la generazione dell’arco, dalle bombole contenenti il gas inerte e dalla pistola di saldatura, illustrata in figura 1.
Questa contiene al suo interno l’elettrodo di Tungsteno, e i canali necessari al deflusso del gas inerte (la cui portata è regolata da un apposito regolatore di pressione) e alla circolazione dell’acqua di raffreddamento.
A seconda che la polarità positiva dell’arco sia attribuita al metallo base o all’elettrodo si parla di saldatura in polarità diretta o inversa. Solitamente si utilizza il processo di saldatura in polarità diretta, che consente di ottenere un arco ben concentrato e di buona penetrazione. La saldatura in polarità inversa invece consente di ottenere durante il processo la distruzione degli ossidi superficiali a causa di un bombardamento ionico, ma le elevate temperature raggiunte dall’elettrodo, ne limitano fortemente l’utilizzo e l’entità della massima densità di corrente ottenibile nell’arco.
Un sistema ibrido tra i due consiste nell’alimentazione a corrente alternata, in cui in un semiciclo si ottiene la distruzione dello strato di ossidi per bombardamento ionico e nel successivo si ha il raffreddamento dell’elettrodo, che raggiunge quindi temperature minori rispetto al caso di polarizzazione inversa. Il risultato di questo tipo di alimentazione è il caratteristico cordone di saldatura “a onde”, di buon effetto estetico.
Il campo di impiego di questo tipo di saldatura è quello dei materiali particolarmente reattivi, per i quali una saldatura tradizionale potrebbe dar luogo a problemi nel giunto, e per spessori sottili. Per grandi spessori il processo è antieconomico e conviene utilizzare metodi di saldatura differenti.
Tra i principali vantaggi di questo processo di saldatura ricordiamo la elevata rapidità di esecuzione del giunto saldato, la facilità di controllo dell’arco elettrico, la ampia possibilità di regolazione della corrente di saldatura e infine l’adattabilità a qualsiasi posizione di lavoro.
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31/07/2007 - Il sedile
Il sedile è un componente molto importante ai fini della rigidezza torsionale del telaio e quindi del comportamento dell’intero veicolo. E’auspicabile infatti disporre di un sedile sufficientemente rigido, per consentire una prontezza nel trasferimento di carico diagonale del veicolo, durante la percorrenza di una curva.
Il sedile di un kart viene solitamente realizzato in vetroresina (ma anche carbonio e kevlar sono utilizzati), materiale questo che può essere lavorato sia in maniera artigianale che con processi industriali automatizzati. Le lavorazioni manuali si utilizzano nel caso di produzioni su piccola scala e per la fabbricazione di dettagli, mentre, di converso, lavorazioni automatizzate sono idonee alla fabbricazione di pezzi su larga scala.
La vetroresina è un materiale composito, composto da fibre di vetro (Figura 1) annegate in una matrice di plastica termoindurente, spesso poliestere o resina epossidica.
La fibra di vetro può essere presente o in forma di lunghi filamenti, scegliendo opportunamente la forma dei quali è possibile incrementare il comportamento meccanico del materiale lungo determinate direzioni, oppure in forma di frammenti uniformemente distribuiti all’interno della matrice.
Il vantaggio presentato dai materiali compositi risiede nel fatto che i due materiali che costituiscono il composito hanno la caratteristica di sopperire uno ai difetti dell’altro. Nel caso della fibra di vetro, ad esempio, la matrice è in grado di resistere agli sforzi di compressione e di contribuire inoltre alla ripartizione degli sforzi, mentre invece le fibre di vetro sono in grado di assorbire egregiamente gli sforzi di trazione.
La fabbricazione delle parti in vetroresina necessita innanzitutto la fabbricazione di uno stampo, che ricalca in negativo la forma del pezzo da realizzare. All’interno dello stampo le strisce di vetroresina vengono poi stese con differenti metodi, manuali e non. Al termine del processo si attende che la matrice plastica “curi” cioè si indurisca, e il pezzo completato viene estratto dallo stampo.
Viste le sue ottime caratteristiche strutturali, molte sono le applicazioni nelle quali si utilizza la vetroresina, che spaziano dall’industria navale (scafi) all’industria aeronautica a quella delle telecomunicazioni e a quella dei componenti racing (es. carene).
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31/07/2007 - NUOVO IMPIANTO DI RAFFREDDAMENTO FRENO POSTERIORE by PAROLIN
La Parolin Motorsport ha portato all'ultima prova della WSK, disputatasi a Lonato lo scorso 1° luglio, una inedita e prestigiosa evoluzione meccanica.
Grazie alla progettazione della Direzione Tecnica, il telaio Monza di Simone Favaro è stato equipaggiato di un nuovo ed importante componente: l'impianto di raffreddamento della pinza posteriore.
Questo elemento, mediante una turboventilazione, ha il compito ridurre il calore generato dell'impianto frenante e di eliminare i residui di polvere di ferodo creatisi attraverso le ripetute frenate; la doppia azione riesce così a produrre un effetto al tempo stesso pulente e raffreddante.
La nuova ventola di raffreddamento, fissata al portadisco, è in grado di ridurre la temperatura di esercizio dell'impianto frenante di circa 25° celsius, evita il montaggio di prese d'aria supplementari, riducendo così il peso del mezzo già limitato per regolamento soprattutto in alcune categorie.
Nel presentare questo ulteriore prodotto innovativo, la Parolin Racing si riconferma azienda leader nella creazione di componenti e accessori di alta qualità per kart, commercializzati attraverso la propria linea Eurostar.
30/07/2007 - Il pistone
Il pistone, insieme alla biella, è l’altro elemento fondamentale di qualunque motore, elemento che attua la compressione della miscela aria carburante e da questa, dopo la combustione, riceve il moto che viene poi trasferito all’albero d’uscita.
Oltre a questa funzione il pistone gioca un ruolo attivo nella fluidodinamica interna del motore. Studiando accuratamente la forma della testa di questo, è possibile in qualche maniera ottimizzare il percorso della miscela all’interno del cilindro, ottenendo una combustione più omogenea e migliorando quindi le performance dell’intero motore.
Come la biella, anche il pistone è un elemento molto sollecitato, in particolare dai cicli termici al quale viene sottoposto durante il funzionamento del propulsore. Per questo motivo, materiali sempre più avanzati vengono impiegati per la costruzione dei moderni pistoni, come ad esempio, le leghe di alluminio o di titanio.
La fabbricazione del pistone parte dalla fonderia, nella quale i getti greggi vengono ricavati per fusione a partire dai pani di lega. In questa fase si deve porre particolare attenzione alle operazioni di scorificazione (eliminazione della scoria), di degasaggio (eliminazione del gas dal getto, gas che porterebbe a imperfezioni nella struttura del componente) e di affinazione del grano del materiale, operazioni che vanno eseguite con la massima cura, in quanto determineranno in maniera rilevante le prestazioni del prodotto finito. Inoltre le temperature alle quali i processi vengono effettuati devono essere controllate in maniera rigorosa.
Il getto così prodotto viene quindi sottoposto a diversi cicli di trattamento termico, eseguiti in forni automatici a ciclo continuo, al fine di rilasciare le tensioni residue all’interno del materiale e di migliorare il comportamento termo-meccanico del materiale.
Dopo la fase dedicata alla fonderia si passa alle lavorazioni meccaniche per asportazione di truciolo attraverso le quali si giunge alla realizzazione del pezzo finito. In particolare, mediante tornitura vengono realizzate le sedi per la fasce raschiaolio, e mediante l’utilizzo di macchinari a controllo numerico (frese, mole) vengono sagomate la testa e il mantello del pistone.
Da ultimo viene realizzato il foro necessario per il collegamento alla biella tramite spinotto, foro che deve essere eseguito con cura particolare (tolleranze geometriche e dimensionali molto stringenti) al fine di garantire un collegamento ottimale e senza gioco tra foro e spinotto.
Ing. Fabio Renzi
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30/07/2007 - La saldatura ad elettrodo rivestito
La saldatura ad elettrodo rivestito (SMAW – Shielded Metal Arc Welding) rappresenta la tecnologia di saldatura attualmente più diffusa, in quanto presenta bassi costi ed una versatilità di impiego. Inoltre è il procedimento più adatto per impieghi all’aperto, quindi in cantiere.
Deriva dal procedimento di saldatura ad arco, sviluppato agli inizi del XX secolo, che presentava però gravi inconvenienti, dovuti all’ossidazione del bagno di saldatura e all’inclusione nel cordone di saldatura di impurità, che ne peggioravano drasticamente le caratteristiche strutturali.
Per ovviare a tale grave inconveniente gli elettrodi oggi impiegati, sono rivestiti con opportuni agenti disossidanti grazie ai quali le caratteristiche della saldatura risultano notevolmente migliorate.
Il procedimento di saldatura (Figura 1) si effettua facendo scoccare un arco elettrico tra un elettrodo e il pezzo in lavorazione, e il controllo dell’operazione è totalmente affidato all’operatore, il quale manualmente muove l’elettrodo. Al termine dell’operazione il cordone deve poi essere scalpellato per eliminare la scoria che si è formata durante il processo di saldatura.
La manualità di questo procedimento, e la necessità di sostituire gli elettrodi che di volta in volta si consumano, inficia notevolmente la produttività di questo procedimento.
Diversi sono i tipi di elettrodi oggi impiegati con caratteristiche differenti a seconda del particolare impiego ai quali sono destinati.
In particolare, elettrodi acidi (a base di silice e silicato di ferro) si usano allorquando si saldano materiali aventi caratteristiche di buona saldabilità (l’elettrodo non ha nessun effetto depurante, e quindi il cordone è soggetto a cricche a caldo)e solitamemente sono impiegati quando la saldatura avviene in posizione orizzontale, viste le elevate temperature raggiunte dal bagno di saldatura.
Di contro, elettrodi basici (a base di carbonati di calcio e magnesio) depurano a fondo il cordone di saldatura, in quanto il calcio e il magnesio presenti nell’elettrodo, reagiscono con il fosforo e lo zolfo contenuto nel metallo. Questo tipo di elettrodi lavorano con un bagno di fusione piuttosto freddo, e sono gli unici che consentono la saldatura sopratesta.
Un altro tipo di elettrodi molto diffuso, per la loro elevata capacità di penetrazione, sono gli elettrodi cellulosici, a base di cellulosa manganese e silicio, che consentono una forte proiezione di metallo dall’elettrodo al bagno, e una saldatura in tutte le posizioni.
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30/07/2007 - La Trafilatura
La trafilatura è un processo di deformazione plastica a freddo, nel quale il pezzo in lavorazione viene costretto da una forza di trazione a passare attraverso delle matrici di diametro via via decrescente fino al diametro desiderato, che ne riducono la sezione. Questa lavorazione, che ha origini nel XI secolo, è oggi ampiamente utilizzata per la produzione di tubi, cilindri e fili, con notevole finitura superficiale e precisione dimensionale, per le più svariate applicazioni.
In figura è rappresentata la geometria di una matrice, in cui si notano la sezione conica di imbocco, la sezione cilindrica di calibratura dimensionale e la sezione conica di uscita del prodotto trafilato. La matrice viene realizzata utilizzando materiali molto duri e resistenti, come, ad esempio, acciai alto legati, carburi sinterizzati, leghe dure e, in alcuni casi diamante naturale e sintetico (per fili di micro dimensioni).
Nel caso in cui si usino materiali non metallici per la matrice, questa viene quindi inserita in un supporto di rinforzo, solitamente un anello di carburo di tungsteno, e quindi il tutto viene montato mediante un telaio cilindrico in acciaio.
Di fondamentale importanza nel processo è la lubrificazione, che ha lo scopo di ridurre l’entità delle forze di attrito tra pezzo e filiera. A questo scopo si usano prevalentemente saponi e oli grassi.
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30/07/2007 - La Tornitura
La tornitura è una lavorazione meccanica relativamente semplice ed economica, mediante la quale è possibile realizzare una vasta gamma di componenti meccanici. Mediante tale processo, che è uno dei più antichi che l’uomo conosca, è possibile realizzare superfici di rivoluzione, siano esse esterne o interne, tra cui anche filettature o superfici zigrinate.
La macchina utensile impiegata in questo tipo di lavorazione è il tornio, il cui scopo è quello di porre in rotazione relativa il pezzo in lavorazione e l’utensile di taglio, ed inoltre di controllare il moto di questi, onde realizzare l’operazione richiesta. I moti caratteristici di questo tipo di lavorazione, sono quindi il moto di taglio, di tipo rotatorio, posseduto dal pezzo; il moto di alimentazione, posseduto dall’utensile e frutto della combinazione di due moti, parallelo e ortogonale all’asse del pezzo in lavorazione; il moto di appostamento dell’utensile, che ha lo scopo di variare la profondità di passata; ed infine il moto di lavoro, risultante dalla combinazione del moto di taglio e del moto di appostamento.
Il tipo più semplice di tornio esistente è il tradizionale tornio parallelo. Senza entrare nel dettaglio, è comunque da accennare il fatto che esistono differenti tipi di tornio (a torretta, a tamburo, automatico, etc.), di dimensioni e precisioni di lavorazione differenti, in funzione dei diversi impieghi ai quali verranno destinati. Un universo è inoltre costituito dalla famiglia delle macchine a controllo numerico, oggi di largo uso nella realtà produttiva industriale, e nelle quali il controllo della lavorazione è affidato interamente o quasi ad un calcolatore.
Un tornio parallelo (figura 1) è costituito dalle seguenti parti essenziali:
· Un basamento, che ha la funzione di sostenere tutti gli altri componenti e di guidare gli spostamenti del carrello e della contropunta. Questo deve avere un adeguata rigidezza statica e dinamica, al fine di garantire un supporto sufficientemente rigido al pezzo in lavorazione e all’utensile, e di isolare l’intero insieme dalle vibrazioni;
· Una testa motrice, che alloggia al suo interno il mandrino, il quale identifica l’asse di tornitura. Il mandrino riceve il moto da un motore elettrico, attraverso un cambio di velocità che consente la regolazione del regime di rotazione. Il moto rotatorio, dal mandrino, viene inoltre inviato a due organi rotanti disposti lungo il basamento, che prendono il nome di vite-madre e barra;
· Un carro longitudinale, che può traslare parallelamente all’asse di tornitura, e sul quale sono montate una slitta trasversale (che può traslare in direzione perpendicolare all’asse di tornitura) e una slitta orientabile. L’utensile di taglio viene collocato sull’ultima slitta, e montato in una torretta portautensili. Le slitte vengono azionate dalla barra e dalla vite-madre.
· Una controtesta, alloggia la contropunta ed ha la funzione di sostenere il pezzo in rotazione. Nel caso in cui il tornio venga utilizzato per operazioni di foratura, allargatura e alesatura, la controtesta viene utilizzata per il montaggio degli utensili.
L’utensile di taglio meriterebbe un articolo a parte, vista l’ampia letteratura esistente e le problematiche legate alla geometria, ai materiali impiegati e alla meccanica della formazione del truciolo metallico. Giusto per dare alcuni cenni sui materiali attualmente impiegati nella realizzazione degli utensili da taglio per torni, questi vengono attualmente realizzati (la scelta del tipo di materiale è comunque legata alle caratteristiche del pezzo in lavorazione) utilizzando speciali acciai per utensili (al carbonio o legati), leghe fuse, carburi metallici sinterizzati, materiali ceramici o, per applicazioni particolari, utensili in diamante. La scelta tra un tipo di tagliente o un altro dovrà quindi essere dettata dalla particolare esigenza di lavorazione, e mediante considerazioni riguardo alle caratteristiche del materiale utilizzato per il tagliente, in particolare riguardo alla durezza, tenacità, resistenza all’usura, conducibilità del calore e, in particolare, al costo di questo.
Molte sono le operazioni che possono essere condotte utilizzando un tornio di questo tipo.
In particolare è possibile realizzare:
· Tornitura cilindrica esterna;
· Sfacciatura: operazione mediante la quale è possibile ottenere superfici piane perpendicolari all’asse di tornitura;
· Tornitura esterna di superfici di forma complessa: mediante la quale è possibile ottenere superfici la cui generatrice può essere composta da tratti rettilinei e curvilinei, comunque inclinati;
· Tornitura interna;
· Filettature interne ed esterne;
· Creazione di gole interne ed esterne;
· Esecuzione e lavorazione di fori;
· Altre operazioni (es. zigrinatura).
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23/07/2007 - La piegatura e la sagomatura
La piegatura dei tubi è un processo mediante il quale uno spezzone di tubo rettilineo può essere piegato secondo un raggio di curvatura arbitrariamente scelto. Molteplici sono i metodi utilizzati nella piegatura dei tubi, e la scelta del metodo da utilizzare per la piegatura deve tenere in conto diversi fattori, primi fra tutti le dimensioni del tubo in lavorazione, il tipo di piegatura desiderata, la qualità della piegatura e, da ultimo, la velocità di piegatura richiesta al processo.
A prescindere dal metodo impiegato, tutti i metodi hanno una caratteristica comune, ovvero quella di rendere la superficie convessa della piegatura più estesa della superficie concava, operazione che può essere effettuata secondo due distinte modalità:
• Bending. Le fibre esterne sono sottoposte a trazione o allungate mentre le fibre interne sono compresse o accorciate;
• Stretch forming. Le fibre esterne sono allungate in misura maggiore di quelle interne.
Fra i principali metodi utilizzati nell’industria ricordiamo il rotary draw bending, il compression bending, il ram bending, lo stretch forming e ,da ultimo, il roll bending.
In particolare, il metodo utilizzato per la piegatura di tubi per telai di kart è il rotary draw bending (Figura 1), nel quale vengono impiegate macchine di tipo rotativo che possono essere sia manuali che azionate per via idraulica, pneumatica o elettromeccanica. Questo tipo di macchine viene utilizzato nel 95% delle operazioni di piegatura, vista la sua grande flessibilità e versatilità.
L’attrezzatura necessaria per il draw bending (Figura 1) consiste in una forma rotante, un afferraggio e una testa. Il tubo è fissato alla forma per mezzo dell’afferraggio, e viene spinto dalla rotazione di questa contro la testa, che può essere fissa o muoversi insieme al pezzo al fine di eliminare l’attrito tra le parti in moto relativo.
Questo metodo consente uno stretto controllo del flusso di materiale, pertanto risulta idoneo per piegature con piccolo raggio di tubi in parete sottile. Esistono 5 differenti tipi di draw bending, che si differenziano per l’attrezzatura usata; la scelta di un metodo rispetto ad un altro dipenderà dal diametro e dallo spessore del tubo, nonché dal raggio di piegatura richiesto.
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23/07/2007 - La ghisa sferoidale
La ghisa sferoidale è un particolare tipo di ghisa (ossia una lega ferro-carbonio con tenore di carbonio maggiore del 2.14%) in cui il carbonio (o meglio, la grafite) si presenta all’interno della struttura sotto forma di noduli a forma di sferoidi (Figura 1). Questi sono immersi in una matrice metallica la cui struttura è funzione della composizione chimica, della velocità di raffreddamento in fase di solidificazione e degli eventuali trattamenti termici successivi.
La struttura sferoidale viene ottenuta aggiungendo al metallo fuso degli opportuni agenti “nodulizzatori”, come, ad esempio, Magnesio, Cerio o Ittrio.
La particolare struttura sferoidale porta numerosi vantaggi in termini di caratteristiche meccaniche del materiale. La forma sferica infatti riduce le concentrazioni di tensione interne al materiale e, essendo la forma che a parità di volume offre la minore superficie, è quella che meno danneggia la matrice metallica, consentendo di ottenere caratteristiche superiori rispetto a quelle della ghisa lamellare. Inoltre, i noduli costituiscono un punto di arresto alla propagazione di cricche, a differenza di quanto avviene nella ghisa lamellare dove invece le lamelle offrono una direzione di propagazione privilegiata per le cricche di rottura.
Da ultimo, la ghisa sferoidale è l’unica ghisa ad essere duttile ossia ad essere in grado di sostenere deformazioni plastiche.
Le applicazioni principali della ghisa sferoidale riguardano getti a tenuta, corpi compressore, valvole, cilindri, corpi pompa, bielle, applicazioni per elevata temperatura e alta tenacità e infine componenti che necessitano una elevata resistenza agli shock termici.
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23/07/2007 - La fonderia nel kart
Il processo di fabbricazione per fusione è una delle tecniche più antiche, mediante la quale vengono prodotti greggi che verranno poi avviati a processi di finitura, mediante, ad esempio, lavorazioni per asportazione di truciolo. Il processo di fabbricazione per fusione consiste essenzialmente nel colare il metallo allo stato liquido all’interno di una cavità, detta forma, che ricopia al negativo il pezzo da realizzare. Diversi sono i tipi di fusione che vengono realizzati nella pratica industriale, e, per l’alluminio, i metodi impiegati sono essenzialmente tre: la fusione in terra, la fusione in conchiglia per gravità e la pressofusione.
Per ciò che concerne la fusione in terra, questa viene utilizzata principalmente per produzioni limitate, tali cioè da non giustificare l’investimento in macchinari sofisticati e di alto costo. Nel procedimento, il materiale di formatura è costituito da una miscela di silice granulare, un legante argilloso e da additivi vari che hanno lo scopo di migliorare le caratteristiche della miscela.
In questo tipo di processo, la forma viene realizzata attraverso un modello, che ha la funzione di generare le superfici esterne del pezzo che si vuole ottenere, e una o più anime, che hanno lo scopo di generare le cavità necessarie all’interno del greggio di funzione. All’interno della forma (Figura 1) troviamo inoltre altri elementi che sono sempre presenti: il canale di alimentazione, che ha lo scopo di convogliare il metallo fuso all’interno della forma e la materozza, che ha lo scopo di compensare il ritiro del materiale durante la solidificazione, che porterebbe alla generazione di tensioni residue all’interno del pezzo e di imperfezioni nella struttura, che costituirebbero punti preferenziali di innesco di rotture. Durante il raffreddamento del metallo infatti, questo subisce una riduzione di volume, diventa quindi necessario fornire al grezzo una quantità supplementare di materiale, che va a compensare questa diminuzione di volume.
Il procedimento di fusione in terra si articola nelle seguenti fasi: si prepara la forma mediante il modello del pezzo, vengono inserite le anime per la creazione dei vuoti, si inseriscono i canali di alimentazione e la materozza e si cola il metallo allo stato liquido. Quando il metallo è completamente solidificato, il pezzo viene estratto, vengono segati i coni in eccesso (risultanti dal canale di colata e dalla materozza) e quindi il pezzo viene avviato alle successive lavorazioni.
Qualora il numero di pezzi da produrre diventi rilevante, si preferisce utilizzare il processo di fusione in conchiglia (forma permanente) che può essere di due tipi, per gravità o in pressione. Nel primo caso, il riempimento della forma avviene per effetto del peso proprio del metallo, mentre, nel secondo il riempimento avviene per effetto di una pressione esterna applicata (pressofusione). Quest’ultimo metodo consente di ottenere pezzi anche di forma complessa e in quantità elevata, ma non è però adatto alla produzione di componenti molto sollecitati poiché, per le caratteristiche stesse del processo, è relativamente facile che nel pezzo si inneschino soffiature, bolle o altri difetti. Il problema viene superato dalla fusione in conchiglia per gravità che, di contro, offre una produttività più bassa rispetto alla pressofusione.
Come già detto, la fusione in forma permanente è giustificata da elevati volumi di produzione. Il costo dello stampo permanente è solitamente infatti molto alto. Di contro, questo tipo di processo si offre molto bene all’automazione, ed inoltre, come conseguenza del rapido scambio di calore tra conchiglia e pezzo, consente di ottenere pezzi con struttura cristallina particolarmente fine, a tutto vantaggio della resistenza meccanica del pezzo. Inoltre, l’assenza delle imperfezioni delle forme transitorie e della granulosità della sabbia consente di ottenere dei pezzi caratterizzati da un’ottima finitura superficiale.
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23/07/2007 - La fabbricazione delle parti in plastica nel kart
Sebbene di secondaria importanza rispetto ai componenti principali del kart, questo è comunque equipaggiato da una serie di parti in plastica, aventi funzione sia estetica, che funzionale. Carene e serbatoi, ne sono un esempio.
Intanto conviene spendere due parole su cosa è effettivamente la plastica. Con il termine plastica si intende una vasta famiglia di materiali sintetici, accomunati dal fatto di essere costituiti da macromolecole (polimeri), ovvero lunghe molecole a base organica (che contengono cioè all’interno degli atomi di carbonio) costituite a loro volta da molecole più piccole (monomeri).
Molti sono i tipi di plastica attualmente disponibili, che troviamo impiegati nelle più varie applicazioni, i più diffusi sono il polietilene (PE), il polistirene (PS), il polivinilcloruro (PVC), il polipropilene (PP) e il poliammide (PA, anche conosciuto col nome di nylon).
Materia prima per la produzione dei polimeri è il petrolio, dal quale, mediante cracking (ovverosia lo “spezzettamento” di molecole lunghe in molecole più corte) è possibile estrarre il monomero di base. Parlando del polietilene, materiale con il quale vengono costruiti i componenti per kart, questo è costituito da una catena di molecole di etilene, un composto a base di carbonio e idrogeno avente formula chimica H2C=CH2 (Figura 1). Tramite il processo di polimerizzazione, una quantità n di queste molecole (dove n può valere alcuni milioni) si combinano tra di loro a formare una catena, più o meno ramificata e intrecciata, dando luogo al polietilene.
Nei processi industriali di fabbricazione di parti in plastica, il polietilene grezzo si presenta sotto forma di granuli di piccola dimensione (pellets, figura 2), che vengono aspirati per essere poi convogliati alla macchina che ne effettuerà il trattamento. Il colore del polietilene è bianco translucido, ma qualunque colore può essere ottenuto mischiando insieme ai pellets bianchi una piccolissima quantità (<1%) di granuli colorati.
Molteplici sono i processi per la produzione di parti e componenti in plastica. Restringendo il focus ai processi per l’ottenimento delle carene e dei serbatoi, questi vengono comunemente prodotti secondo una tecnica conosciuta come blow molding, che ben si presta alla produzione di parti cave (è la stessa che viene impiegata nella produzione delle bottiglie).
Il processo consiste nel riscaldamento e fusione del materiale a una temperatura di circa 200 °C, che viene quindi estruso in una forma che ricorda la forma finale del pezzo. Successivamente il materiale viene “avvolto” da uno stampo in acciaio, forato mediante un ago, e un getto d’aria compressa provvede a gonfiarlo, facendo si che il materiale aderisca alle pareti dello stampo. Una volta che il pezzo si è raffreddato, lo stampo viene aperto e la parte estratta. Successivamente le parti in eccesso, come ad esempio eventuali sbavature, vengono rimosse manualmente mediante l’utilizzo di un taglierino.
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23/07/2007 - Dal tubo al telaio
Il telaio (anche chiamato scocca) di un kart è un elemento fondamentale, sia per la sua funzione di elemento di montaggio di tutti gli altri componenti, sia per le sue caratteristiche di funzionamento, dalle quali, dipende l’intero comportamento dinamico del veicolo go-kart. Infatti il kart, come è ben noto, è un veicolo privo di sospensioni e di differenziale, è chiaro quindi come queste funzioni debbano essere assolte dal telaio, che grazie alle sue caratteristiche elastiche deve essere in grado sia di isolare il pilota assorbendo, insieme ai pneumatici, una parte delle sollecitazioni che provengono dal moto del veicolo su strada e mantenendo una ottimale distribuzione dei carichi a terra, sia di consentire il sollevamento della ruota posteriore interna durante la percorrenza di una curva, in maniera tale da evitare slittamenti del retrotreno che risulterebbero penalizzanti ai fini delle prestazioni del veicolo stesso.
Molti sono i fattori che concorrono alle prestazioni di un telaio e la scelta di un telaio piuttosto che un altro deve essere basata su una serie di fattori quali il tipo di pista, le condizioni dell’asfalto e le aspettative/richieste del pilota che dovrà guidare il veicolo.
Un parametro di sintesi che consente di comparare le prestazioni di diversi telai è la rigidezza torsionale, che può essere pensata come l’inverso della “flessibilità” del telaio. In termini scientifici, la rigidezza torsionale viene definita come la coppia che si genera per una torsione unitaria del telaio, e viene misurata abitualmente in Nmm/°.
In condizioni di basso grip (i.e. su asfalto bagnato) si andrà ad utilizzare un telaio flessibile, in grado cioè di consentire un adeguato trasferimento di carico sulle ruote esterne in appoggio e contemporaneamente di far si che il veicolo abbia reazioni più prevedibili e progressive, aumentando la sensazione di controllo del veicolo, indispensabile in condizioni di asfalto umido o bagnato.
Di contro, in condizioni di elevato grip, si andrà ad optare per un telaio più rigido, in grado di consentire reazioni del veicolo più pronte alle variazioni di traiettoria e al tempo stesso un migliore funzionamento dei pneumatici.
La necessità di dover adeguare la rigidità torsionale di un telaio da kart ha fatto si che i moderni telai siano dotati di una serie di barre di irrigidimento che possono essere installate o rimosse dalla scocca, variando le caratteristiche elastiche del mezzo in funzione delle caratteristiche della pista e dello stile di guida del pilota. Ancora, alcuni costruttori hanno ideato dei sistemi di irrigidimento mediante i quali è possibile variare la distribuzione di rigidezza torsionale lungo l’asse longitudinale del telaio e non solo la rigidezza torsionale totale (valutata tra avantreno e retrotreno) di questo, consentendo una regolazione fine delle caratteristiche e delle performance di un dato telaio.
E’ quindi chiara l’importanza della rigidità torsionale di un telaio per kart. Tale rigidezza viene determinata dalla configurazione geometrica della scocca (i.e. la sua forma), dal diametro dei tubi che vengono impiegati per la costruzione e dalle caratteristiche meccaniche del materiale di cui il telaio è composto, generalmente un acciaio legato al Cromo-Molibdeno (vedi scheda), che garantisce caratteristiche di buona flessibilità, alta resistenza e basso peso, tutte indispensabili per la buona performance del veicolo.
Per quanto riguarda il processo di lavorazione mediante il quale vengono prodotti i telai per kart, la base di partenza è costituita da tubi di acciaio, che per regolamento possono essere a sezione circolare (la più utilizzata), ovale, quadrata o anche rettangolare.
I tubolari vengono generalmente prodotti per roll forming, al quale segue un’operazione di trafilatura, per eliminare cordone di saldatura e migliorare la finitura superficiale del pezzo.
Un metodo poco in uso per l’acciaio, ma invece molto utilizzato per l’alluminio è invece quello dell’ estrusione, una lavorazione meccanica di deformazione plastica a freddo, mediante la quale il grezzo di partenza (generalmente una barra, anche detta massello) viene sottoposto a forze di compressione attraverso una pressa orizzontale e, mediante il passaggio attraverso una matrice, viene poi portato alla forma desiderata.
Spesso un tubo estruso viene successivamente sottoposto ad un’ulteriore processo di trafilatura per andarne a migliorare la rugosità della superficie esterna.
I tubi di acciaio, opportunamente tagliati e sgolati, vengono quindi piegati attraverso una macchina piegatrice, che consente di ottenere la conformazione geometrica desiderata per i vari componenti, prima di avviarli poi al successivo processo di saldatura mediante il quale si realizzerà l’assemblaggio definitivo del prodotto finale.
La saldatura, che alcune case costruttrici realizzano mediante l’utilizzo di robot, è solitamente di tipo TIG o MIG rispettivamente Tungsten Inert Gas e Metal Inert Gas. In seguito è necessario sottoporre il telaio ad un trattamento di normalizzazione, ovvero un riscaldamento che ha lo scopo di eliminare imperfezioni nella struttura del materiale, dovute agli effetti metallurgici delle saldature, e che costituiscono dei punti di debolezza della struttura.
Da ultimo, per motivi estetici e di protezione del materiale dalla corrosione, l’intero assemblaggio viene sottoposto a verniciatura, lavorazione che chiude il ciclo di produzione del telaio.
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23/07/2007 - Impianto frenante nel kart
L’impianto frenante che troviamo montato nei kart, è del tipo a disco, nel quale cioè la ruota viene rallentata mediante l’applicazione di una coppia di frenatura attraverso l’azione di una o più coppie di pastiglie, che agiscono su un disco solidale alla ruota e, per attrito, ne provocano il rallentamento.
A seconda della categoria di utilizzo, diversi sono i tipi di impianto frenante impiegati nel karting. In particolare, nella categoria 100cc, si utilizza un solo disco montato sull’assale posteriore, mentre nella categoria 125cc si utilizzano freni su ambedue le ruote anteriori. La differente configurazione è dovuta essenzialmente alla diversa entità delle potenze motore in gioco nei due casi, e quindi alle differenti velocità raggiunte. Nel caso dei 100 cc infatti, le velocità raggiunte sono modeste, e si vuole che il freno sia modulabile e di azione non troppo intensa (in modo da non "inchiodare" il veicolo sulla pista), mentre nel caso dei 125 cc, le velocità più elevate impongono una maggiore incisività dell’azione frenante.
L’impianto si compone essenzialmente di tre componenti, ovverosia i dischi, le pinze, le pastiglie, più i sistemi di azionamento idraulico (e quindi pedale, tiranterie, pompa freno e collegamenti vari idraulici).
I dischi, normalmente prodotti nelle misure 200mm (per il posteriore) e 125mm (per gli anteriori) sono prodotti in acciaio speciale al carbonio e cromo, e vengono prodotti forati e autoventilanti, per migliorare la dissipazione del calore. Questo aspetto è infatti di cruciale importanza nel funzionamento dell’impianto frenante. Abbiamo infatti potenze frenanti dell’ordine di 60-100 cv, che vanno a trasformare l’energia cinetica posseduta dal mezzo in calore, che deve essere smaltito per convezione con l’aria che circonda i dischi. La dissipazione può essere notevolmente migliorata forando i dischi (il che migliora inoltre l’azione di frenatura, raschiando la pastiglia ed aumentando quindi il coefficiente di attrito tra questa e il disco) ed implementando, anziché un solo disco, due dischi paralleli all’interno dei quali vengono sagomati dei canali, che migliorano l’azione di ventilazione (dischi "ventilati").
E’ molto importante che il calore venga smaltito in maniera efficiente. Uno smaltimento non opportuno del calore produce infatti la vetrificazione delle pastiglie, fenomeno per il quale si ha la modifica permanente della superficie d’attrito, con crollo del coefficiente di attrito e dell’azione frenante. Uno smaltimento non opportuno del calore fa si inoltre che questo si trasmetta per conduzione ai pompanti della pinza, e da questi al fluido frenante, che potrebbe raggiungere la temperatura di ebollizione, rendendo quindi inservibile l’intero sistema.
La presenza di forature sulla superficie del disco migliora inoltre l’evacuazione dell’acqua da questo, migliorando il comportamento dei freni su strada bagnata.
I dischi vengono prodotti a partire dalle lamiere, mediante taglio laser, che consente un grado di finitura eccellente. Successivamente questi vengono sottoposti a trattamenti termici (tempra) per migliorarne il comportamento meccanico e quindi avviati alle lavorazioni meccaniche di rettifica, fresatura e tornitura.
Per quanto riguarda le pastiglie, queste sono costruite in carbon-kevlar, un materiale composito ignifugo e termicamente stabile, costituito da una matrice a base di carbonio (che fornisce attrito), all’interno della quale sono annegate le fibre di kevlar (che forniscono compattezza e solidità alla pastiglia).
Il processo di produzione è il seguente. Le fibre vengono dapprima disposte in uno stampo e compresse insieme. Successivamente il tutto viene introdotto in una fornace e portato alla temperatura di 1000 °C. A questo punto, un gas viene introdotto nella fornace, e questo deposita carbonio sulle fibre. Dopo circa 500-800 ore il materiale è completamente denso e compatto, e viene quindi lavorato per portarlo alle dimensioni richieste.
Da ultimo esaminiamo la pinza freno. Questa può essere di due tipi, flottante e fissa, a seconda che abbia o meno movimento relativo rispetto al disco freno. In una pinza flottante, un cilindretto dal lato del disco spinge una pastiglia contro di questo e, quando avviene il contatto, questo comincia a tirare la pinza, facendo si che si abbia il contatto anche sull’altro lato.
In una pinza fissa invece non si ha movimento di questa rispetto al disco, e l’azione frenante è ottenuta mediante l’azione di una o più coppie di cilindretti che schiacciano le pastiglie freno su entrambi i lati del disco.
La pinza, così come anche il portadisco, vengono realizzati in alluminio anodizzato, a partire dal pieno mediante operazioni meccaniche per asportazione di truciolo.
Ing. Fabio Renzi
TVK Project s.r.l.
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23/07/2007 - Il Magnesio
Il magnesio è l’ottavo elemento più diffuso in natura, il terzo come quantità disciolta nelle acque marine. E’un metallo alcalino-terroso, indispensabile alla vita delle cellule degli organismi e di importanza ingegneristica rilevante allorquando, partendo da sali di magnesio venga unito in lega con l’alluminio ottenendo un materiale comunemente noto con il nome di Magnalium (o anche Magnelium).
Storicamente, i principali produttori mondiale di Magnesio sono stati gli Stati Uniti che, fino ad un decennio fa, avevano una quota di mercato del 45%. Attualmente lo scenario è ben diverso. Dei molti produttori statunitensi attivi in passato, solo uno è attualmente presente sul mercato, mentre la quota di produzione è scesa al 7%, soppiantata dalla concorrenza della Cina, che attualmente occupa il 60% del mercato (dal 4% che possedeva nel 1995).
Negli Stati Uniti il magnesio viene prodotto essenzialmente per elettrolisi a partire dall’acqua di mare, mentre in Cina la produzione avviene per raffinazione di minerale estratto dalle miniere.
Il magnesio è il terzo materiale più utilizzato per impieghi strutturali dopo l’acciaio e l’alluminio. Trova largo impiego nel settore dei veicoli grazie alle sue caratteristiche di resistenza e leggerezza. Diversi sono gli esempi che testimoniano l’impiego del magnesio nel settore automotive, dalla Corvette SS (Figura 1), la prima auto da corsa costruita con pannelli in magnesio agli impieghi nella componentistica per motori (Porsche, Volkswagen). Un impiego molto vantaggioso è inoltre nella fabbricazione di cerchi in lega alluminio-magnesio (tipicamente ZK60 o la sua analoga russa MA-14) viste le sue caratteristiche di leggerezza che, riducendo la massa non sospesa consentono un incremento sia dell’handling del veicolo che del confort per i passeggeri.
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23/07/2007 - L’estrusione
L’estrusione è una lavorazione meccanica, che può essere condotta sia a caldo che a freddo, mediante la quale è possibile ottenere per deformazione plastica dei semilavorati aventi sezione anche complessa. Il processo consiste nell’inserire uno spezzone di barra, solitamente a sezione circolare all’interno della macchina; attraverso l’applicazione di forze di compressione mediante una pressa orizzontale, il materiale è quindi forzato ad uscire attraverso una matrice la cui sezione corrisponde alla sezione del pezzo che si vuole ottenere. Questa lavorazione può essere effettuata sia su materiali molto deformabili (ottone, leghe di alluminio) che su acciai, ed è caratterizzata da una elevata produttività e da elevate riduzioni di sezione.
Come già detto, questa lavorazione può avvenire a caldo (con temperature nel range 900-1300 °C) per gli acciai, o a freddo, che consente di ottenere una maggiore qualità di lavorazione (in termini di precisione dimensionale e finitura superficiale). Nel primo caso le forze implicate nel processo sono chiaramente minori rispetto ad una lavorazione a freddo, ma vanno risolti i problemi legati all’ossidazione del materiale e alla lubrificazione a temperatura elevata. Il primo viene risolto utilizzando un pistone di dimensioni inferiori a quello del contenitore del grezzo, e facendo quindi si che l’ossido rimanga aderente alle pareti di questo. Per il secondo problema si ricorre invece all’utilizzo di lubrificanti a base di vetro fuso.
Due sono i metodi utilizzati per questa lavorazione meccanica, ossia il processo diretto o inverso (figure 1 e 2). La fondamentale differenza tra le due risiede nell’entità delle forze in gioco, che risultano minori nel caso dell’estrusione inversa, a causa del minore attrito del massello con le pareti del contenitore. Di contro, il costo del pistone cavo, è generalmente superiore rispetto al pistone convenzionale utilizzato nell’estrusione diretta.
La parte più importante dell’attrezzatura utilizzata nel processo di estrusione è la matrice, normalmente realizzata in carburi sinterizzati o in acciai ad elevata resistenza a caldo. Una sezione di una semplice matrice è raffigurata in figura 3, dove si può notare la presenza di un tratto conico di imbocco, seguito poi da una zona cilindrica, nella quale avviene la calibrazione delle dimensioni del prodotto e che inoltre offre materiale per la successiva rilavorazione della matrice in seguito all’inevitabile usura alla quale andrà in contro durante la sua vita operativa.
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23/07/2007 - La cromatura
Il processo di cromatura ha come scopo quello di rivestire un oggetto metallico con uno strato di cromo duro con funzione sia estetica che anticorrosione.
Sotto quest’ottica, il cromo, che viene depositato sul manufatto mediante deposizione galvanica (in maniera simile a quanto avviene nel processo di anodizzazione) ha la funzione di limitare l’attività delle micropile che si generano ai bordi di grano del materiale metallico, limitando quindi l’entità e la velocità del processo corrosivo.
Fondamentale è lo spessore con il quale la cromatura viene realizzata. Il cromo ha infatti un potenziale fortemente meno elettronegativo dell’acciaio (che costituisce il metallo base); in conseguenza di ciò, in caso di interruzione (per rottura) del film di cromo si avrebbe infatti una corrosione localizzata e soprattutto molto intensa del metallo base. La scelta dell’adeguato spessore di cromatura in funzione del tipo di applicazione alla quale il componente è destinato e in base alle condizioni ambientali ed economiche di impiego diventa quindi molto importante se si vuole evitare la degradazione rapida del componente.
La deposizione, come già accennato, avviene per via elettrolitica: il componente da cromare viene immerso in una soluzione di acido cromico (Cr03) e acido solforico (H2SO4) e viene collegato al polo negativo (catodo) di un circuito elettrico. Al polo positivo (anodo) viene invece collegata una piastra di Cromo e anch’essa viene immersa nel bagno elettrolitico.
Dando corrente al circuito, il metallo all’anodo viene ossidato e forma dei cationi (ioni con carica elettrica positiva) che si combinano con gli anioni (ioni con carica negativa) presenti ne bagno elettrolitico. Al catodo poi i cationi vengono ridotti e il metallo si deposita sul pezzo da cromare, formando un film.
Lo spessore del film è solitamente di 10 micron quando la cromatura ha solo scopo decorativo, mentre invece, nel caso di cromatura hard, si può arrivare a spessori di 1000 micron, con la funzione di ridurre l’attrito e l’usura del componente e di ripristinare le dimensioni di pezzi che hanno subito usura.
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