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Laser Cladding (LC) is an emerging technology which is used both for coating applications as well as near-net shape fabrication. Despite its significant advantages, such as low dilution and metallurgical bond with the substrate, it still faces issues such as process control and repeatability, which restricts the extension to its applications. The following thesis evaluates the LC technology and tests its potential to be applied to reduce particulate matter emissions from the automotive and locomotive sector. The evaluation of LC technology was carried out for the deposition of multi-layer and multi-track coatings. 316L stainless steel coatings were deposited to study the minimisation of geometric distortions in thin-walled samples. Laser power, as well as scan strategy, were the main variables to achieve this goal. The use of constant power, reduction at successive layers, a control loop control system, and two different scan strategies were studied. The closed-loop control system was found to be practical only when coupled with the correct scan strategy for the deposition of thin walls. Three overlapped layers of aluminium bronze were deposited onto a structural steel pipe for multitrack coatings. The effect of laser power, scan speed and hatch distance on the final geometry of coating were studied independently, and a combined parameter was established to effectively control each geometrical characteristic (clad width, clad height and percentage of dilution). LC was then applied to coat commercial GCI brake discs with tool steel. The optical micrography showed that even with preheating, the cracks that originated from the substrate towards the coating were still present. The commercial brake discs emitted airborne particles whose concentration and size depended on the test conditions used for simulation in the laboratory. The contact of LC cladded wheel with rail emitted significantly less ultra-fine particles while maintaining the acceptable values of coefficient

L’oggetto principale delle attività di tesi è la caratterizzazione numerico-sperimentale di processi di colata in sabbia di ghisa sferoidale. Inizialmente è stata effettuata un’approfondita indagine bibliografica per comprendere appieno le problematiche relative all’influenza dei parametri del processo fusorio (composizione chimica, trattamento del bagno, velocità di raffreddamento) sulle proprietà microstrutturali e meccaniche di getti ottenuti e per valutare lo stato dell’arte degli strumenti numerici di simulazione delle dinamiche di solidificazione e di previsione delle microstrutture. Sono state definite, realizzate ed impiegate attrezzature sperimentali di colata per la caratterizzazione di leghe rivolte alla misura ed alla differenziazione delle condizioni di processo, in particolare le velocità di raffreddamento, ed atte a validare strumenti di simulazione numerica e modelli previsionali. Inoltre sono stati progettati ed impiegati diversi sistemi per l’acquisizione ed analisi delle temperature all’interno di getti anche di grandi dimensioni. Lo studio, mediante analisi metallografica, di campioni di materiale ottenuto in condizioni differenziate ha confermato l’effetto dei parametri di processo considerati sulle proprietà microstrutturali quali dimensioni dei noduli di grafite e contenuto di ferrite e perlite. In getti di grandi dimensioni si è riscontrata anche una forte influenza dei fenomeni di macrosegregazione e convezione della lega su microstrutture e difettologie dei getti. Le attività si sono concentrate principalmente nella simulazione numerica FEM dei processi fusori studiati e nell’impiego di modelli empirico-analitici per la previsione delle microstrutture. I dati misurati di temperature di processo e di microstrutture sono stati impiegati per la validazione ed ottimizzazione degli strumenti numerici previsionali impiegati su un ampio intervallo di condizioni di processo. L’impiego di strumenti affidabili di simulazione del processo fusorio, att, This work focuses on a numerical-experimental characterization of casting processes of sand ductile iron. Initially, a deep phase of literary review has been carried out in order to completely understand the effects of the process parameters (alloy chemical composition, melt treatment and cooling rates) on defects, microstructures and mechanical properties of castings and to evaluate the state of the art of the numerical instruments of simulation of solidification dynamics and microstructure prediction. Experimental casting equipments have been designed and developed in order to measure and control the cooling rates and to validate instrument of numerical simulation and microstructure prediction. Moreover, specific methods and instruments have been designed, tested and used in order to measure and analyze temperatures inside the central parts of castings, also in case of heavy sections. Metallographic samples of material, obtained with different conditions, have been studied by means of optical analysis in order to evaluate microstructural features gradient, verifying the effect of the considered process parameters on microstructures parameters such as dimension and distribution of graphite nodules and content of ferrite and pearlite. In heavy section castings, a strong influence of macrosegregation and convective phenomena on microstructures and defects was found. The main part of the activities focused on numerical simulation FEM of the performed casting processes. The measured data of temperatures and microstructures have been used for the validation and optimization of the numerical simulations and of the analytical-empirical models for microstructure prediction in a wide range of process condition. The use of reliable instruments for simulation of casting process, with the adding of the implementation of experimental correlation microstructures-mechanical properties, allows for the evaluation of final properties and defects of castings, giving an important help

Lo studio presentato in questa sede concerne applicazioni di saldatura LASER caratterizzate da aspetti di non-convenzionalità ed è costituito da tre filoni principali. Nel primo ambito di intervento è stata valutata la possibilità di effettuare saldature per fusione, con LASER ad emissione continua, su pannelli Aluminum Foam Sandwich e su tubi riempiti in schiuma di alluminio. Lo studio ha messo in evidenza numerose linee operative riguardanti le problematiche relative alla saldatura delle pelli esterne dei componenti ed ha dimostrato la fattibilità relativa ad un approccio di giunzione LASER integrato (saldatura seguita da un post trattamento termico) per la realizzazione della giunzione completa di particolari tubolari riempiti in schiuma con ripristino della struttura cellulare all’interfaccia di giunzione. Il secondo ambito di intervento è caratterizzato dall’applicazione di una sorgente LASER di bassissima potenza, operante in regime ad impulsi corti, nella saldatura di acciaio ad elevato contenuto di carbonio. Lo studio ha messo in evidenza come questo tipo di sorgente, solitamente applicata per lavorazioni di ablazione e marcatura, possa essere applicata anche alla saldatura di spessori sub-millimetrici. In questa fase è stato messo in evidenza il ruolo dei parametri di lavoro sulla conformazione del giunto ed è stata definita l’area di fattibilità del processo. Lo studio è stato completato investigando la possibilità di applicare un trattamento LASER dopo saldatura per addolcire le eventuali zone indurite. In merito all’ultimo ambito di intervento l’attività di studio si è focalizzata sull’utilizzo di sorgenti ad elevata densità di potenza (60 MW/cm^2) nella saldatura a profonda penetrazione di acciai da costruzione. L’attività sperimentale e di analisi dei risultati è stata condotta mediante tecniche di Design of Experiment per la valutazione del ruolo preciso di tutti i parametri di processo e numerose considerazioni relative alla formazione di cricche a c, This dissertation concerns LASER-based joining and welding applications characterized by non-conventional prerogatives. The work is divided into three main topics: LASER joining of hybrid cellular-structured materials, with particular attention to aluminum foam sandwiches and foam-cored tubes, short-pulse LASER micro welding of high carbon steels and high power density continuous wave LASER welding of structural steels. The first topic investigates the role of LASER in joining hybrid components characterized by an external dense skin and an internal foam core. In particular the possibility of achieving both the fusion welding of the skin and the restoration of the cellular structure at the welding interface is assessed and the main guidelines concerning an integrated LASER welding - LASER heat treatment processing cycle are suggested. The second topic deals with the application of a low-power nanosecond pulsed LASER source in welding high carbon steels. The study points out that an accurate selection of pulse-related parameters allows to achieve sound micro-joints characterized by a penetration between 20 and 200 microns. These results point out the possibility to consider the construction of integrated LASER manufacturing cells in which, with the same low-cost source and on the same workpiece positioning, welding, cutting, marking and texturing processes can be performed. The study is completed by the investigation of the possibility to carry out a LASER post welding heat treatment for annealing the eventual hardened zones occurring in the welded material. The last topic deals with high power density LASER welding of carbon steels: by exploiting a high brilliance fiber source, capable of achieving 60 MW/cm^2, high penetration weld beads were obtained. By means of Design of Experiment techniques the role of radiation power, welding speed and beam focal position is assessed and several considerations were made concerning the influence of this kind of process on hot c

L’oggetto principale delle attività di tesi è la caratterizzazione numerico-sperimentale di processi di colata in sabbia di ghisa sferoidale. Inizialmente è stata effettuata un’approfondita indagine bibliografica per comprendere appieno le problematiche relative all’influenza dei parametri del processo fusorio (composizione chimica, trattamento del bagno, velocità di raffreddamento) sulle proprietà microstrutturali e meccaniche di getti ottenuti e per valutare lo stato dell’arte degli strumenti numerici di simulazione delle dinamiche di solidificazione e di previsione delle microstrutture. Sono state definite, realizzate ed impiegate attrezzature sperimentali di colata per la caratterizzazione di leghe rivolte alla misura ed alla differenziazione delle condizioni di processo, in particolare le velocità di raffreddamento, ed atte a validare strumenti di simulazione numerica e modelli previsionali. Inoltre sono stati progettati ed impiegati diversi sistemi per l’acquisizione ed analisi delle temperature all’interno di getti anche di grandi dimensioni. Lo studio, mediante analisi metallografica, di campioni di materiale ottenuto in condizioni differenziate ha confermato l’effetto dei parametri di processo considerati sulle proprietà microstrutturali quali dimensioni dei noduli di grafite e contenuto di ferrite e perlite. In getti di grandi dimensioni si è riscontrata anche una forte influenza dei fenomeni di macrosegregazione e convezione della lega su microstrutture e difettologie dei getti. Le attività si sono concentrate principalmente nella simulazione numerica FEM dei processi fusori studiati e nell’impiego di modelli empirico-analitici per la previsione delle microstrutture. I dati misurati di temperature di processo e di microstrutture sono stati impiegati per la validazione ed ottimizzazione degli strumenti numerici previsionali impiegati su un ampio intervallo di condizioni di processo. L’impiego di strumenti affidabili di simulazione del processo fusorio, att, This work focuses on a numerical-experimental characterization of casting processes of sand ductile iron. Initially, a deep phase of literary review has been carried out in order to completely understand the effects of the process parameters (alloy chemical composition, melt treatment and cooling rates) on defects, microstructures and mechanical properties of castings and to evaluate the state of the art of the numerical instruments of simulation of solidification dynamics and microstructure prediction. Experimental casting equipments have been designed and developed in order to measure and control the cooling rates and to validate instrument of numerical simulation and microstructure prediction. Moreover, specific methods and instruments have been designed, tested and used in order to measure and analyze temperatures inside the central parts of castings, also in case of heavy sections. Metallographic samples of material, obtained with different conditions, have been studied by means of optical analysis in order to evaluate microstructural features gradient, verifying the effect of the considered process parameters on microstructures parameters such as dimension and distribution of graphite nodules and content of ferrite and pearlite. In heavy section castings, a strong influence of macrosegregation and convective phenomena on microstructures and defects was found. The main part of the activities focused on numerical simulation FEM of the performed casting processes. The measured data of temperatures and microstructures have been used for the validation and optimization of the numerical simulations and of the analytical-empirical models for microstructure prediction in a wide range of process condition. The use of reliable instruments for simulation of casting process, with the adding of the implementation of experimental correlation microstructures-mechanical properties, allows for the evaluation of final properties and defects of castings, giving an important help

Lo studio presentato in questa sede concerne applicazioni di saldatura LASER caratterizzate da aspetti di non-convenzionalità ed è costituito da tre filoni principali. Nel primo ambito di intervento è stata valutata la possibilità di effettuare saldature per fusione, con LASER ad emissione continua, su pannelli Aluminum Foam Sandwich e su tubi riempiti in schiuma di alluminio. Lo studio ha messo in evidenza numerose linee operative riguardanti le problematiche relative alla saldatura delle pelli esterne dei componenti ed ha dimostrato la fattibilità relativa ad un approccio di giunzione LASER integrato (saldatura seguita da un post trattamento termico) per la realizzazione della giunzione completa di particolari tubolari riempiti in schiuma con ripristino della struttura cellulare all’interfaccia di giunzione. Il secondo ambito di intervento è caratterizzato dall’applicazione di una sorgente LASER di bassissima potenza, operante in regime ad impulsi corti, nella saldatura di acciaio ad elevato contenuto di carbonio. Lo studio ha messo in evidenza come questo tipo di sorgente, solitamente applicata per lavorazioni di ablazione e marcatura, possa essere applicata anche alla saldatura di spessori sub-millimetrici. In questa fase è stato messo in evidenza il ruolo dei parametri di lavoro sulla conformazione del giunto ed è stata definita l’area di fattibilità del processo. Lo studio è stato completato investigando la possibilità di applicare un trattamento LASER dopo saldatura per addolcire le eventuali zone indurite. In merito all’ultimo ambito di intervento l’attività di studio si è focalizzata sull’utilizzo di sorgenti ad elevata densità di potenza (60 MW/cm^2) nella saldatura a profonda penetrazione di acciai da costruzione. L’attività sperimentale e di analisi dei risultati è stata condotta mediante tecniche di Design of Experiment per la valutazione del ruolo preciso di tutti i parametri di processo e numerose considerazioni relative alla formazione di cricche a c, This dissertation concerns LASER-based joining and welding applications characterized by non-conventional prerogatives. The work is divided into three main topics: LASER joining of hybrid cellular-structured materials, with particular attention to aluminum foam sandwiches and foam-cored tubes, short-pulse LASER micro welding of high carbon steels and high power density continuous wave LASER welding of structural steels. The first topic investigates the role of LASER in joining hybrid components characterized by an external dense skin and an internal foam core. In particular the possibility of achieving both the fusion welding of the skin and the restoration of the cellular structure at the welding interface is assessed and the main guidelines concerning an integrated LASER welding - LASER heat treatment processing cycle are suggested. The second topic deals with the application of a low-power nanosecond pulsed LASER source in welding high carbon steels. The study points out that an accurate selection of pulse-related parameters allows to achieve sound micro-joints characterized by a penetration between 20 and 200 microns. These results point out the possibility to consider the construction of integrated LASER manufacturing cells in which, with the same low-cost source and on the same workpiece positioning, welding, cutting, marking and texturing processes can be performed. The study is completed by the investigation of the possibility to carry out a LASER post welding heat treatment for annealing the eventual hardened zones occurring in the welded material. The last topic deals with high power density LASER welding of carbon steels: by exploiting a high brilliance fiber source, capable of achieving 60 MW/cm^2, high penetration weld beads were obtained. By means of Design of Experiment techniques the role of radiation power, welding speed and beam focal position is assessed and several considerations were made concerning the influence of this kind of process on hot c

Extrusion is a process used to form long products of constant cross section, from simple billets, with a high variety of shapes. Aluminum alloys are the materials most processed in the extrusion industry due to their deformability and the wide field of applications that range from buildings to aerospace and from design to automotive industries. The diverse applications imply different requirements that can be fulfilled by the wide range of alloys and treatments, that is from critical structural application to high quality surface and aesthetical aspect. Whether one or the other is the critical aspect, they both depend directly from microstructure. The extrusion process is moreover marked by high deformations and complex strain gradients making difficult the control of microstructure evolution that is at present not yet fully achieved. Nevertheless the evolution of Finite Element modeling has reached a maturity and can therefore start to be used as a tool for investigation and prediction of microstructure evolution. This thesis will analyze and model the evolution of microstructure throughout the entire extrusion process for 6XXX series aluminum alloys. Core phase of the work was the development of specific tests to investigate the microstructure evolution and validate the model implemented in a commercial FE code. Along with it two essential activities were carried out for a correct calibration of the model beyond the simple research of contour parameters, thus leading to the understanding and control of both code and process. In this direction activities were also conducted on building critical knowhow on the interpretation of microstructure and extrusion phenomena. It is believed, in fact, that the sole analysis of the microstructure evolution regardless of its relevance in the technological aspects of the process would be of little use for the industry as well as ineffective for the interpretation of the results.

Nei processi di progettazione e produzione tramite tecnologie di colata di componenti in alluminio ad elevate prestazioni, risulta fondamentale poter prevedere la presenza e la quantità di difetti correlabili a design non corretti e a determinate condizioni di processo. Fra le difettologie più comuni di un getto in alluminio, le porosità con dimensioni di decine o centinaia di m, note come microporosità, hanno un impatto estremamente negativo sulle caratteristiche meccaniche, sia statiche che a fatica. In questo lavoro, dopo un’adeguata analisi bibliografica, sono state progettate e messe a punto attrezzature e procedure sperimentali che permettessero la produzione di materiale a difettologia e microstruttura differenziata, a partire da condizioni di processo note ed accuratamente misurabili, che riproducessero la variabilità delle stesse nell’ambito della reale produzione di componenti fusi. Tutte le attività di progettazione delle sperimentazioni, sono state coadiuvate dall’ausilio di software di simulazione del processo fusorio che hanno a loro volta beneficiato di tarature e validazioni sperimentali ad hoc. L’apparato sperimentale ha dimostrato la propria efficacia nella produzione di materiale a microstruttura e difettologia differenziata, in maniera robusta e ripetibile. Utilizzando i risultati sperimentali ottenuti, si è svolta la validazione di un modello numerico di previsione delle porosità da ritiro e gas, ritenuto ad oggi allo stato dell’arte e già implementato in alcuni codici commerciali di simulazione del processo fusorio. I risultati numerici e sperimentali, una volta comparati, hanno evidenziato una buona accuratezza del modello numerico nella previsione delle difettologie sia in termini di ordini di grandezza che di gradienti della porosità nei getti realizzati., The possibility to predict defects in aluminium alloy cast component, from the very beginning of the design and production phases is a crucial issue. Among the most common defects of a casting, microporosities (i.e. porosities with dimension up to hundreds of m) are highly detrimental for mechanical performances. In this work, after an in-depth bibliographic research, experimental casting devices and procedures were designed in order to produce specimen with controlled defects and microstructure, related to process condition which could be varied in the range of the actual ones, measured on the shop floor. The whole design phase of the casting devices and procedure was carried out using process simulation software which were extensively fine tuned through experimental activities. The experiment proved to be effective in producing specimen with controlled defects and microstructure, in a consistent way. Numerical models for the prediction of gas and shrinkage porosity were evaluated in terms of accuracy in the description of all of the phenomena involving nucleation and growth of porosity and possibility of implementation on industrial cases. The one considered at the state of the art underwent a validation process with the experimental data. The comparison of numerical results and experimental data showed a good match, thus the good capability of the model to predict porosity, both in magnitude and trend throughout the casting.

Nei processi di progettazione e produzione tramite tecnologie di colata di componenti in alluminio ad elevate prestazioni, risulta fondamentale poter prevedere la presenza e la quantità di difetti correlabili a design non corretti e a determinate condizioni di processo. Fra le difettologie più comuni di un getto in alluminio, le porosità con dimensioni di decine o centinaia di m, note come microporosità, hanno un impatto estremamente negativo sulle caratteristiche meccaniche, sia statiche che a fatica. In questo lavoro, dopo un’adeguata analisi bibliografica, sono state progettate e messe a punto attrezzature e procedure sperimentali che permettessero la produzione di materiale a difettologia e microstruttura differenziata, a partire da condizioni di processo note ed accuratamente misurabili, che riproducessero la variabilità delle stesse nell’ambito della reale produzione di componenti fusi. Tutte le attività di progettazione delle sperimentazioni, sono state coadiuvate dall’ausilio di software di simulazione del processo fusorio che hanno a loro volta beneficiato di tarature e validazioni sperimentali ad hoc. L’apparato sperimentale ha dimostrato la propria efficacia nella produzione di materiale a microstruttura e difettologia differenziata, in maniera robusta e ripetibile. Utilizzando i risultati sperimentali ottenuti, si è svolta la validazione di un modello numerico di previsione delle porosità da ritiro e gas, ritenuto ad oggi allo stato dell’arte e già implementato in alcuni codici commerciali di simulazione del processo fusorio. I risultati numerici e sperimentali, una volta comparati, hanno evidenziato una buona accuratezza del modello numerico nella previsione delle difettologie sia in termini di ordini di grandezza che di gradienti della porosità nei getti realizzati., The possibility to predict defects in aluminium alloy cast component, from the very beginning of the design and production phases is a crucial issue. Among the most common defects of a casting, microporosities (i.e. porosities with dimension up to hundreds of m) are highly detrimental for mechanical performances. In this work, after an in-depth bibliographic research, experimental casting devices and procedures were designed in order to produce specimen with controlled defects and microstructure, related to process condition which could be varied in the range of the actual ones, measured on the shop floor. The whole design phase of the casting devices and procedure was carried out using process simulation software which were extensively fine tuned through experimental activities. The experiment proved to be effective in producing specimen with controlled defects and microstructure, in a consistent way. Numerical models for the prediction of gas and shrinkage porosity were evaluated in terms of accuracy in the description of all of the phenomena involving nucleation and growth of porosity and possibility of implementation on industrial cases. The one considered at the state of the art underwent a validation process with the experimental data. The comparison of numerical results and experimental data showed a good match, thus the good capability of the model to predict porosity, both in magnitude and trend throughout the casting.

Extrusion is a process used to form long products of constant cross section, from simple billets, with a high variety of shapes. Aluminum alloys are the materials most processed in the extrusion industry due to their deformability and the wide field of applications that range from buildings to aerospace and from design to automotive industries. The diverse applications imply different requirements that can be fulfilled by the wide range of alloys and treatments, that is from critical structural application to high quality surface and aesthetical aspect. Whether one or the other is the critical aspect, they both depend directly from microstructure. The extrusion process is moreover marked by high deformations and complex strain gradients making difficult the control of microstructure evolution that is at present not yet fully achieved. Nevertheless the evolution of Finite Element modeling has reached a maturity and can therefore start to be used as a tool for investigation and prediction of microstructure evolution. This thesis will analyze and model the evolution of microstructure throughout the entire extrusion process for 6XXX series aluminum alloys. Core phase of the work was the development of specific tests to investigate the microstructure evolution and validate the model implemented in a commercial FE code. Along with it two essential activities were carried out for a correct calibration of the model beyond the simple research of contour parameters, thus leading to the understanding and control of both code and process. In this direction activities were also conducted on building critical knowhow on the interpretation of microstructure and extrusion phenomena. It is believed, in fact, that the sole analysis of the microstructure evolution regardless of its relevance in the technological aspects of the process would be of little use for the industry as well as ineffective for the interpretation of the results.

Il progetto consiste nello sviluppo di uno stampo ad iniezione per modellare un pezzo di plastica (PMMA), il pezzo in questione è la luce posteriore di un prototipo di una Porsche Panamera. La realizzazione del progetto sarà in collaborazione all’azienda PROJECT TECHNOLOGY SRL. Dove ho fatto il mio tirocinio, nella qual si sviluppa la progettazione di stampi per materie plastiche per il settore automobilistico. Il progetto si divide in uno studio preliminare della simulazione di iniezione e riempimento, poi si realizzerà la progettazione per medio del programma CATIA, lo sviluppo dello stampo con la rispettiva giustificazione del disegno in questione. Infine, si farà uno studio della produzione dallo stampo, fabbricazione, e il costo associato alla loro progettazione e produzione., Outgoing

La presente tesi nasce dall'esperienza del tirocinio sperimentale svolto presso il CIMNE - International Centre for Numerical Methods in Engineering, centro di ricerca tecnologica situato all'interno dell'Università Politecnica della Catalogna (UPC) a Barcellona. Il tirocinio ha avuto come focus lo studio dell'andamento della temperatura e delle dimensioni della melt pool metallica, o pozza di fusione, durante un processo di stampa 3D denominato Direct Energy Deposition (DED). L'obiettivo della ricerca è stato quello di condurre un'analisi di sensibilità su alcuni parametri che influenzano le misure della melt pool, al fine di comprendere e gestire meglio tali parametri di processo e i loro effetti sulla stampa e sui prodotti finiti; in particolare sono state analizzate le soglie di raffreddamento, le frequenze di raffreddamento e la potenza del laser. Il primo capitolo fornisce una panoramica generale sullo stato d’arte della manifattura additiva partendo dalla sua storia per poi definire vantaggi e svantaggi che caratterizzano questa tecnologia. Viene successivamente descritto l’iter standard per la produzione di un oggetto generico tramite manifattura additiva e contestualmente sono analizzati software pubblici come Ultimaker Cura e Paraview, oltre a software sviluppati internamente al CIMNE per la simulazione dei processi, come FEMUSS e la sua interfaccia ADD2MAN. Il capitolo si conclude infine con la descrizione del problema termico, l’applicazione del metodo degli elementi finiti che consente di effettuare simulazioni termiche attraverso la discretizzazione del problema continuo. I dati, i metodi e i risultati del progetto vengono sviluppati all’interno dei capitoli secondo e terzo dove viene analizzata la sensibilità dei tempi di processi, della temperatura e delle dimensioni della pozza fusa rispetto alla variazione dei parametri di soglia di temperatura, frequenza di raffreddamento e potenza del fascio laser.

L’obiettivo di questo elaborato è quello di industrializzare una macchina per il packaging di prodotti tissue. Lo studio si sviluppo in più parti: la prima comprende un’analisi ABC del corpo centrale della macchina considerata. Questo per riuscire a determinare i pezzi più onerosi e influenti sui costi della macchina. La seconda parte analizza, tramite un software LeanCOST, i pezzi risultati più costosi e ne stima il prezzo confrontandolo con quello fornito. La terza parte propone e sviluppa nuove strategie di produzione per i pezzi considerati e ne stima i costi e i tempi di produzione. La quarta, e ultima parte, comprende un confronto tra vecchie e nuove strategie e ne stima una differenza percentuale in termini di costi e tempi. Infine, viene sviluppata un’appendice sui lotti che evidenzia la riduzione di costi per lotti maggiori a uno.

Il presente lavoro si focalizza sull’applicazione del processo di tempra laser per il miglioramento della resistenza a fatica di componenti meccanici ad alta resistenza. In particolare, viene analizzato il caso studio dell’azienda Vimi Fasteners S.p.A. Il componente da trattare è una vite biella. La problematica principale che si riscontra è la rottura a fatica a causa delle forti sollecitazioni cicliche a cui sono sottoposte. Attualmente l’azienda, al fine di migliorare la resistenza a fatica, adotta il processo di rullatura a freddo grazie al quale si genera sulla zona d’interesse uno strato di tensioni residue di compressione. Il presente lavoro ha come primo obiettivo quello di valutare l’efficacia del trattamento termico superficiale di tempra laser per ottenere lo stesso tipo di beneficio. Dopo una dettagliata panoramica sul processo, si prosegue con l’analisi dello stato dell’arte incentrato sia sull’utilizzo della tempra laser per il miglioramento della vita a fatica sia sulle simulazioni di processo per la scelta ottimale dei parametri in fase di progettazione. In seguito, è stata svolta una campagna sperimentale con l’obiettivo di trovare il set di parametri ottimali per il trattamento laser del sottotesta della vite. Le viti trattate sono state analizzate in termini di profondità di tempra efficace e di omogeneità di trattamento. I dati raccolti vengono utilizzati come confronto per la validazione di un modello numerico di previsione del processo, implementato all’interno del software di simulazione QForm. L’obiettivo finale è quello di ottenere, la miglior combinazione di parametri di processo possibile durante la fase di progettazione virtuale, affinché si velocizzi la fase di setup. I risultati ottenuti dalla simulazione vengono quindi confrontati con quanto emerso dalle prove sperimentali.

Nel presente elaborato di tesi viene analizzato il processo di trafilatura effettuato su fili di rame ETP. Lo studio è stato effettuato in collaborazione con l'azienda ICEL s.c.p.a, leader nella produzione di cavi elettrici. Il processo viene effettuato tramite passate multiple su una moderna macchina trafilatrice multi-filo. Sulla macchina vengono trafilati in maniera continua 28 fili simultaneamente, effettuando su di ognuno 21 passate di riduzione della sezione. Partendo da vergelle a sezione circolare con diametro di 8 mm vengono prodotti fili con diametro di 0,205 mm. Viene descritta dettagliatamente la modalità di funzionamento a slittamento della macchina e ne viene fornita una modellazione cinematica per il calcolo delle velocità di processo. In seguito viene effettuata un'analisi approfondita delle tensioni di lavorazione che agiscono sul materiale durante l'intero processo, mettendo a confronto tre modellazioni differenti presenti in bibliografia: una modellazione sviluppata attraverso il metodo delle sezioni piane, la modellazione descritta da Roger N. Wright, e infine la modellazione sviluppata da B. Avitzur. Per ognuna delle tre modellazioni sono state effettuate diverse simulazioni creando fogli di calcolo mediante il software Windows Excel. In ogni simulazione è stato ipotizzato il progressivo usurarsi delle filiere attraverso la variazione del coefficiente d’attrito e delle dimensioni caratteristiche della zona di lavoro (rapporto di riduzione, semi-angolo di filiera, lunghezza di bearing). Dall’analisi dei dati e dal confronto finale delle diverse simulazioni è stato possibile lo sviluppo di una modellazione analitica del processo, mettendone in luce gli aspetti più critici e fornendo delle linee guida su quali potrebbero essere delle possibili soluzioni alle problematiche che insorgono durante la lavorazione di trafilatura lungo l’intera linea.

The goal of this thesis project is to characterize and develop a new welding process for two Al and two Cu layers applicated to lithium ion battery manufacturing. To reach this scope two different technology have been tested: a punch system (which has been included in an automated trimmer machine) and a burin system (whose tip has been inserted in a milling machine). Different material thicknesses have been used; for Al: 17 µm, 23 µm, 106 µm and 154 µm and for Cu: 11 µm. Two types of tensile tests, pull-off and peel-off, have been used to evaluate the goodness of the weldings, since there is no evidence in literature. Cu weldings did not give a positive response while Al weldings give really interesting results. Burin system compared to punch system (only for Al 17 µm) has resulted the best one cold welding technology, so that it has been patented. Lastly, a comparison among this technique, Ultrasonic Metal Welding and Laser Beam Welding has been effectuated.

Questo documento descrive la risposta del materiale sottoposto ad irraggiamento laser ai fini di aumentarne la durezza superficiale. Il riscaldamento alla temperatura di austenitizzazione seguito dal raffreddamento rapido causano cambiamenti microstrutturali nei materiali, che influenzano l'aumento della durezza. Obiettivo dell’elaborato sarà trovare delle correlazioni tra i parametri con i quali sono stati svolti i trattamenti di tempra e i risultati raggiunti in termini di durezze massime, profondità efficacemente temprate ed estensione delle zone temprate. Il materiale sottoposto a trattamento è l’acciaio da bonifica 42CrMo4 che verrà descritto nell’elaborato per apprezzarne proprietà e campi di applicazione. Il piano prove elaborato comprende 32 esecuzioni diversificate l’una dalle altre per la velocità di passata, la dimensione spot nella direzione di avanzamento e la temperatura limite di modulazione della potenza del fascio laser. La variazione di questi parametri di lavorazione avrà riscontro nelle caratteristiche del pezzo temprato sia in termini microstrutturali dal punto di vista metallurgico che meccanici. La correlazione tra parametri e caratteristiche del pezzo temprato risulta di notevole interesse in campo industriale per stabilire i parametri di tempra in funzione del risultato che si vorrà ottenere sul componente in relazione al suo futuro campo di impiego. Dal seguente studio si evincono i dati per effettuare delle tempre superficiali limitando notevolmente le distorsioni dei componenti rispetto ai metodi tradizionali e quelli per effettuare trattamenti di tempra più in profondità fino ad un massimo di circa 3 mm. In un secondo momento queste sperimentazioni saranno applicate per il trattamento di un componente di interesse industriale.

In questo elaborato si analizza il ciclo di fabbricazione di un oblò circolare apribile in acciaio inox, destinato all'ambito nautico, e si approfondiscono tutte le fasi di lavorazione del prodotto.

Dal 2010 al 2012 ho fatto parte del team UniBo Motorsport, che partecipa alle competizioni di Formula SAE, una categoria di vetture monoposto a ruote scoperte con cilindrata fino a 610cm^3, interamente progettate e costruite da studenti universitari, valutati non solo per le prestazioni dinamiche della vettura ma anche su prove statiche legate agli aspetti progettuali, economici e gestionali. Nel team ho curato i servizi IT e le prove statiche "Presentation Event", una simulazione di business plan per una nuova impresa automotive legata al prototipo, e "Cost & Manufacturing Analysis Event", un'analisi dei costi e della produzione attraverso una distinta base di produzione della vettura. In particolare nel 2012 sono stato responsabile della distinta base, introducendo importanti strumenti ed ottimizzazioni per semplificare la redazione ed ottenere migliori risultati. Nel 2013 ho fornito consulenza ai membri del team che ora seguono il lavoro. A partire da questa esperienza ho deciso di sviluppare la tesi sul tema della gestione della distinta base di produzione, spiegando nel dettaglio i cambiamenti apportati, le motivazioni e i risultati ottenuti. Prendo inoltre in esame alcuni componenti meccanici della vettura, sia per esemplificare la redazione della distinta base, che per alcuni aspetti interessanti di questi componenti: le ruote foniche, per cui sono disponibili molti dettagli sulle fasi di produzione, i rocker delle sospensioni e la corona monoblocco, di cui è stata considerata la produzione da parte di fornitori asiatici oltre che locali con vari preventivi disponibili per il confronto dei diversi mercati.

Il lavoro svolto ha come scopo l’implementazione e la validazione di un modello di cambiamento di fase mediante l’utilizzo del codice commerciale Comsol Multiphysics, che permette la modellazione e la risoluzione di equazioni matematiche che governano ambienti multifisici. La validazione dei modelli sviluppati è stata effettuata mediante confronto sia con soluzioni analitiche di riferimento, sia con soluzioni numeriche ottenute utilizzando il codice commerciale ProCAST, sviluppato appositamente per simulazioni di processi fusori I problemi analizzati hanno riguardato lo scambio termico sia in regime di sola conduzione, sia in presenza di convezione naturale all’interno di un materiale in cambiamento di fase solido-liquido. È stato considerato sia il caso di sostanze pure, quindi con un’unica temperatura di cambiamento di fase, sia il caso di leghe metalliche, la cui transizione di fase avviene in un intervallo di temperatura.

The effect of process parameters on the creep-fatigue behavior of a hot-work tool steel for aluminum extrusion die was investigated through a technological test in which the specimen geometry resembled the mandrel of a hollow extrusion die. Tests were performed on a Gleeble thermomechanical simulator by heating the specimen using joule’s effect and by applying cyclic loading up to 6.30 h or till specimen failure. Displacements during the tests at 380, 490, 540 and 580°C and under the average stresses of 400, 600 and 800 MPa were determined. In the first set of test a dwell time of 3 min was introduced during each of the tests to understand the creep behavior. The results showed that the test could indeed physically simulate the cyclic loading on the hollow die during extrusion and reveal all the mechanisms of creep-fatigue interaction. In the second set a pure fatigue laod were induced and in the third set a static creep load were induced in the specimens. Furher type of tests, finite element and microstructural analysis were presented.

L’attività di tesi è stata volta ad individuare e correggere tutte le criticità proprie del processo di gestione dell’officina meccanica. Il percorso è stato svolto dal basso verso l’alto. In principio rilevando ed approfondendo le voci di perdita di produttività. In un secondo momento, ridefinendo i meccanismi di gestione del reparto ed implementando le soluzioni proposte.

Questo elaborato si occuperà di analizzare il ciclo produttivo di semilavorati in lega di alluminio ottenuti attraverso operazioni di laminazione, partendo da materiale di riciclo: verranno riportati, innanzitutto, i metodi di classificazione e di produzione dell’alluminio, la teoria che ne governa la chimica e la fisica della sua struttura e quella che ne consente la comprensione dei fenomeni che si hanno durante una lavorazione plastica. Dopo una breve panoramica sull’azienda Profilglass (la storia, il processo produttivo, il mercato e il futuro) si passerà all’analisi di un difetto riscontrato durante la produzione di un laminato in lega 5182, che ha costretto la conduzione di uno studio accurato per la sua risoluzione. Verrà approfondito, quindi, il ciclo produttivo che ha portato al problema e verranno riportati i punti su cui ci si è focalizzati per correggerlo, in modo da ottenere un prodotto di buona qualità. Infine, verrà esposto un ulteriore ciclo, alternativo a quello classico e studiato per modificare il flusso del materiale all’interno del sistema produttivo, di cui si riporteranno i risultati ottenuti e il confronto su quale sia il più conveniente da utilizzare a seguito di un’analisi di fattibilità tecnica ed economica.

Questo elaborato è nato per soddisfare un’esigenza dell’ente interno a Ducati Motor Holding che si occupa di ingegnerizzazione dei componenti e di tecnologie relative ai processi industriali. Ciò che si è voluto dimostrare riguarda la validità dei risultati delle simulazioni di un processo fusorio utilizzando MAGMASOFT®. L’obiettivo è quello di ricavarne indicazioni utili per il co-design del componente, riducendo gli scarti ed ottimizzando così l’intero sviluppo del pezzo. L'attività si è concentrata su un componente pressocolato in AZ91D. Il lavoro sperimentale è stato sostanzialmente diviso in tre fasi: • La raccolta dei dati provenienti dalla storia del componente • Lo svolgimento dell’attività con MAGMASOFT®; • L’analisi dei risultati delle simulazioni ed il confronto con la realtà. Ciò che è emerso è che la simulazione numerica del processo di pressocolata, anche se svolta in una fase preventiva, può costituire un ausilio molto importante al fine di progettare il componente in maniera più orientata alla sua industrializzazione. A livello qualitativo le zone più critiche evidenziate dai risultati delle simulazioni più semplici sono stati gli stessi di quelle più complesse. Ciò che è risultato invece dal confronto con la realtà è un’ottima corrispondenza tra le aree a più alto rischio porosità, ma una concordanza meno decisa sul tema cricche a caldo. Infine, con l’obiettivo di approfondire le potenzialità che il software potrebbe fornire all’ente, si è sfruttato un tool dello stesso in grado di stabilire in maniera automatica se il raggiungimento di alcuni obiettivi sia conseguito in maniera più efficace da una soluzione progettuale piuttosto che da un’altra. Nel caso in esame si è deciso di sottoporre all’analisi un componente molto simile al primo, progettato tenendo conto di quanto emerso da simulazioni effettuate con lo stesso software. I risultati sembrano confermare la migliore resa del nuovo componente.

Il controllo del processo di solidificazione in fonderia viene effettuato mediante l’acquisizione di curve di analisi termica ottenute facendo raffreddare il fuso in coppette contenenti una termocoppia. Mediante un apposito software le curve di raffreddamento sono analizzate al calcolatore e da queste vengono ricavate informazioni circa i parametri termici dell’eutettico. L’obiettivo dell’analisi consiste nel correlare il valore di tali parametri con la microstruttura del prodotto finale. Si può ipotizzare che seguendo il percorso di raffreddamento della ghisa fino alle temperature eutettoidiche risulti possibile prevedere le caratteristiche meccaniche, anticipando le informazioni riguardanti la resistenza a trazione, la durezza, il contenuto di perlite e ferrite, l’allungamento e quindi la lavorabilità e la compattezza del pezzo quando questo è ancora a 700 °C. Nella normale attività di produzione di fonderia ci si limita solamente all’osservazione del passaggio attraverso il punto eutettico, però se l’ipotesi fosse verificata, continuando con l’analisi del processo di solidificazione fino al punto eutettoidico i vantaggi sarebbero non indifferenti; si potrebbe infatti prevedere se il pezzo è utilizzabile oppure scarto, se necessita di un trattamento termico o se può essere lavorato meccanicamente, con i relativi risparmi in termini economici derivanti dalla riduzione degli scarti. In questa tesi si vuole verificare questa ipotesi, indagando l’influenza dei parametri termici eutettoidici sulle proprietà meccaniche e sulla formazione della perlite nella ghisa sferoidale; costruendo, se possibile, un modello statistico affidabile con lo scopo di prevedere le proprietà meccaniche allargando lo studio dell’analisi termica all’eutettoide.

La tesi "Analisi del ciclo di lavorazione e dei costi di trattamenti termici" è stata svolta in collaborazione con l'azienda PASELLO TRATTAMENTI TERMICI s.r.l. che si occupa di trattamenti termici dei metalli per conto terzi. L’obiettivo è svolgere l’analisi del ciclo di lavorazione e dei costi di due prodotti ricevuti in conto lavoro dall’azienda, confrontando i trattamenti termici di cementazione in atmosfera e a bassa pressione. Nel capitolo 1 sono descritti i tratti generali dell’azienda, le risorse produttive di cui dispone e come vengono gestite l’identificazione e la tracciabilità dei prodotti durante il processo produttivo. Nel capitolo 2 viene analizzato il ciclo di lavorazione in atmosfera di un prodotto del cliente Sarbo Spa, sottoposto al trattamento termico di cementazione in atmosfera. Dunque vengono descritti il trattamento termico e le caratteristiche principali dei pezzi. Allo stesso modo, nel capitolo 3, viene analizzato il ciclo di lavorazione in bassa pressione di un prodotto del cliente Seven Diesel Spa, sottoposto al trattamento termico di cementazione a bassa pressione. Nel capitolo 4 viene svolta l’analisi dei costi, secondo la logica “full costing”, tenendo distinti i due ordini e determinando il costo industriale. Vengono analizzati gli investimenti nelle due linee, i costi di ammortamento, i costi dei materiali di consumo, i costi di manodopera e i costi dei gas di processo, fino a determinare il costo totale di fornata per la cementazione in atmosfera e per la cementazione a bassa pressione, e quindi l’euro al chilo e al pezzo dei due ordini. Inoltre è quantificata l’incidenza dei costi in percentuale sul costo totale di fornata. Nella conclusione viene sottolineato il fatto che, nonostante l’investimento in una linea innovativa come quella a bassa pressione sia superiore rispetto a quello per la linea in atmosfera, se si considera l’intero processo produttivo, risulta più conveniente la cementazione in bassa pressione.

L'elaborato riguarda l'analisi del ciclo di lavorazione di un assy center cutter, prodotto impiegato in macchinari (ad esempio: carotiere a cutter) per scavi verticali. In particolare verrà descritta brevemente l'azienda produttrice, per poi inoltrarsi nel cuore della tesi e analizzare il ciclo di lavorazione dei principali componenti del cutter, quali: carcassa, albero e perno. Seguirà una breve descrizione dei componenti secondari (guarnizioni, o-ring, sfere e rulli) e una panoramica generale sugli strumenti utilizzati per il controllo delle misure. In seguito verranno ripresi i cicli di lavorazione concentrandosi sugli utensili scelti per le varie operazioni. L'ultima parte tratterà la costificazione di ogni componente fino a giungere all'intero costo dell'assy center cutter secondo il metodo Full Costing.

L'argomento principale di questo elaborato è l'analisi delle proprietà termiche del G.H.A .(Golden Hard Anodizing), ovvero un particolare trattamento di trasformazione superficiale dell'alluminio. Nello specifico è stato studiato tramite confronto con la conducibilità termica, la diffusività e l’emissività termica. Per ottenere tali dati sono state svolte prove sperimentali in modo da avere un chiara visione dell'entità di tali proprietà e metterle a confronto con quelle dell'alluminio base e dell'alluminio anodizzato.

La tesi riguarda il ciclo di lavorazione di un compound polimerico realizzato dall'impresa forlivese So.F.Ter. . Il prodotto in esame, Polifor E 30 TR/20 UV Nero, è un tecnopolimero a base di polipropilene utilizzato nel settore dell'automobile per la realizzazione del fascione sottoporta e del passaruota. La tesi si sviluppa su tre capitoli attraverso i quali si descrivono, nel primo capitolo, le materie plastiche in generale e i prodotti realizzati dall'impresa, nel secondo capitolo il ciclo di lavorazione completo partendo dalla fase di miscelazione arrivando all'estrusione e al taglio nei granuli plastici. Infine nel terzo capitolo si rappresentano le analisi fisiche, meccaniche e termiche realizzate in laboratorio.

Ho realizzato la mia tesi di laurea all'interno dell'azienda "Fanti barattoli" dove ho descritto il ciclo di produzione dei barattoli entrando nel dettaglio delle diverse lavorazioni. Ho potuto inoltre osservare l'organizzazione del prodotto finito all'interno del magazzino.

Nel presente elaborato vengono esposti in maniera esaustiva il processo di stampaggio ad iniezione dei polimeri termoplastici, la simulazione del processo mediante il codice fem fino ad arrivare alla simulazione con il software Autodesk® Simulation Moldflow® di un componente automotive. In particolare viene analizzato tramite simulazione fem il processo di stampaggio ad iniezione dell’asta di spinta del comando frizione in PA66 GF50 evidenziando la previsione dell’orientazione delle fibre di rinforzo.

Studio e progettazione di una soluzione tecnologica da fissare a una testa di focalizzazione laser movimentata da un braccio robotico. Il fine dello strumento creato è migliorare l'efficienza e l'ergonomia della fase di setting dell'impianto e abbassare il tempo impiegato per misurare la distanza del laser dal pezzo. Nel corpo della tesi sono state analizzate varie opzioni realizzative con i relativi pro e contro e infine vengono mostrate le diverse fasi di prototipazione del prodotto scelto.

La tesi riguarda un progetto sull'asteroid mining. Nella prima parte viene analizzata la storia di questa branca del mining spaziale, facendo riferimento alle scoperte, agli sviluppi, ai problemi tecnologici, economici e politici e agli obiettivi futuri, affinché possa risultare un domani un argomento teorico e non solo pratico. Nella seconda parte, invece, viene presentato un vero e proprio concept di missione spaziale con approfondimenti e analisi in particolare su tre macro aree : mapping, prospecting e challenge; tecniche per le quali si è tentato anche di sviluppare soluzioni plausibili.

L'elaborato proposto illustra l'implementazione della metodologia di Lean Manufacturing nella progettazione di una linea di assemblaggio destinata alla realizzazione di bruciatori residenziali. Vengono messi in evidenza i principali strumenti avanzati dal Toyota Production System e viene condotta un'analisi sull'influenza di tale approccio sulle maggiori aziende del settore Automotive degli ultimi decenni. Il caso di studio mette a confronto la linea di produzione in oggetto a monte e a valle dell'implementazione Lean presso l'azienda Riello S.p.a. di Legnago (VR). Si evidenziano i benefici apportati in termini di output produttivo giornaliero e riduzione dei costi di manodopera attraverso il miglioramento continuo del processo, l'adozione di nuovi utensili e l'applicazione del metodo Yamazumi nel ribilanciamento delle operazioni manuali.

L’obiettivo di questo elaborato è quello di industrializzare una macchina per il packaging di prodotti tissue. Lo studio si sviluppo in più parti: la prima comprende un’analisi ABC del corpo centrale della macchina considerata. Questo per riuscire a determinare i pezzi più onerosi e influenti sui costi della macchina. La seconda parte analizza, tramite un software LeanCOST, i pezzi risultati più costosi e ne stima il prezzo confrontandolo con quello fornito. La terza parte propone e sviluppa nuove strategie di produzione per i pezzi considerati e ne stima i costi e i tempi di produzione. La quarta, e ultima parte, comprende un confronto tra vecchie e nuove strategie e ne stima una differenza percentuale in termini di costi e tempi. Infine, viene sviluppata un’appendice sui lotti che evidenzia la riduzione di costi per lotti maggiori a uno.

Il presente lavoro si focalizza sull’applicazione del processo di tempra laser per il miglioramento della resistenza a fatica di componenti meccanici ad alta resistenza. In particolare, viene analizzato il caso studio dell’azienda Vimi Fasteners S.p.A. Il componente da trattare è una vite biella. La problematica principale che si riscontra è la rottura a fatica a causa delle forti sollecitazioni cicliche a cui sono sottoposte. Attualmente l’azienda, al fine di migliorare la resistenza a fatica, adotta il processo di rullatura a freddo grazie al quale si genera sulla zona d’interesse uno strato di tensioni residue di compressione. Il presente lavoro ha come primo obiettivo quello di valutare l’efficacia del trattamento termico superficiale di tempra laser per ottenere lo stesso tipo di beneficio. Dopo una dettagliata panoramica sul processo, si prosegue con l’analisi dello stato dell’arte incentrato sia sull’utilizzo della tempra laser per il miglioramento della vita a fatica sia sulle simulazioni di processo per la scelta ottimale dei parametri in fase di progettazione. In seguito, è stata svolta una campagna sperimentale con l’obiettivo di trovare il set di parametri ottimali per il trattamento laser del sottotesta della vite. Le viti trattate sono state analizzate in termini di profondità di tempra efficace e di omogeneità di trattamento. I dati raccolti vengono utilizzati come confronto per la validazione di un modello numerico di previsione del processo, implementato all’interno del software di simulazione QForm. L’obiettivo finale è quello di ottenere, la miglior combinazione di parametri di processo possibile durante la fase di progettazione virtuale, affinché si velocizzi la fase di setup. I risultati ottenuti dalla simulazione vengono quindi confrontati con quanto emerso dalle prove sperimentali.

Studio e progettazione di una soluzione tecnologica da fissare a una testa di focalizzazione laser movimentata da un braccio robotico. Il fine dello strumento creato è migliorare l'efficienza e l'ergonomia della fase di setting dell'impianto e abbassare il tempo impiegato per misurare la distanza del laser dal pezzo. Nel corpo della tesi sono state analizzate varie opzioni realizzative con i relativi pro e contro e infine vengono mostrate le diverse fasi di prototipazione del prodotto scelto.

Nel presente elaborato di tesi viene analizzato il processo di trafilatura effettuato su fili di rame ETP. Lo studio è stato effettuato in collaborazione con l'azienda ICEL s.c.p.a, leader nella produzione di cavi elettrici. Il processo viene effettuato tramite passate multiple su una moderna macchina trafilatrice multi-filo. Sulla macchina vengono trafilati in maniera continua 28 fili simultaneamente, effettuando su di ognuno 21 passate di riduzione della sezione. Partendo da vergelle a sezione circolare con diametro di 8 mm vengono prodotti fili con diametro di 0,205 mm. Viene descritta dettagliatamente la modalità di funzionamento a slittamento della macchina e ne viene fornita una modellazione cinematica per il calcolo delle velocità di processo. In seguito viene effettuata un'analisi approfondita delle tensioni di lavorazione che agiscono sul materiale durante l'intero processo, mettendo a confronto tre modellazioni differenti presenti in bibliografia: una modellazione sviluppata attraverso il metodo delle sezioni piane, la modellazione descritta da Roger N. Wright, e infine la modellazione sviluppata da B. Avitzur. Per ognuna delle tre modellazioni sono state effettuate diverse simulazioni creando fogli di calcolo mediante il software Windows Excel. In ogni simulazione è stato ipotizzato il progressivo usurarsi delle filiere attraverso la variazione del coefficiente d’attrito e delle dimensioni caratteristiche della zona di lavoro (rapporto di riduzione, semi-angolo di filiera, lunghezza di bearing). Dall’analisi dei dati e dal confronto finale delle diverse simulazioni è stato possibile lo sviluppo di una modellazione analitica del processo, mettendone in luce gli aspetti più critici e fornendo delle linee guida su quali potrebbero essere delle possibili soluzioni alle problematiche che insorgono durante la lavorazione di trafilatura lungo l’intera linea.

Questo documento descrive la risposta del materiale sottoposto ad irraggiamento laser ai fini di aumentarne la durezza superficiale. Il riscaldamento alla temperatura di austenitizzazione seguito dal raffreddamento rapido causano cambiamenti microstrutturali nei materiali, che influenzano l'aumento della durezza. Obiettivo dell’elaborato sarà trovare delle correlazioni tra i parametri con i quali sono stati svolti i trattamenti di tempra e i risultati raggiunti in termini di durezze massime, profondità efficacemente temprate ed estensione delle zone temprate. Il materiale sottoposto a trattamento è l’acciaio da bonifica 42CrMo4 che verrà descritto nell’elaborato per apprezzarne proprietà e campi di applicazione. Il piano prove elaborato comprende 32 esecuzioni diversificate l’una dalle altre per la velocità di passata, la dimensione spot nella direzione di avanzamento e la temperatura limite di modulazione della potenza del fascio laser. La variazione di questi parametri di lavorazione avrà riscontro nelle caratteristiche del pezzo temprato sia in termini microstrutturali dal punto di vista metallurgico che meccanici. La correlazione tra parametri e caratteristiche del pezzo temprato risulta di notevole interesse in campo industriale per stabilire i parametri di tempra in funzione del risultato che si vorrà ottenere sul componente in relazione al suo futuro campo di impiego. Dal seguente studio si evincono i dati per effettuare delle tempre superficiali limitando notevolmente le distorsioni dei componenti rispetto ai metodi tradizionali e quelli per effettuare trattamenti di tempra più in profondità fino ad un massimo di circa 3 mm. In un secondo momento queste sperimentazioni saranno applicate per il trattamento di un componente di interesse industriale.

The goal of this thesis project is to characterize and develop a new welding process for two Al and two Cu layers applicated to lithium ion battery manufacturing. To reach this scope two different technology have been tested: a punch system (which has been included in an automated trimmer machine) and a burin system (whose tip has been inserted in a milling machine). Different material thicknesses have been used; for Al: 17 µm, 23 µm, 106 µm and 154 µm and for Cu: 11 µm. Two types of tensile tests, pull-off and peel-off, have been used to evaluate the goodness of the weldings, since there is no evidence in literature. Cu weldings did not give a positive response while Al weldings give really interesting results. Burin system compared to punch system (only for Al 17 µm) has resulted the best one cold welding technology, so that it has been patented. Lastly, a comparison among this technique, Ultrasonic Metal Welding and Laser Beam Welding has been effectuated.

Questo elaborato è nato per soddisfare un’esigenza dell’ente interno a Ducati Motor Holding che si occupa di ingegnerizzazione dei componenti e di tecnologie relative ai processi industriali. Ciò che si è voluto dimostrare riguarda la validità dei risultati delle simulazioni di un processo fusorio utilizzando MAGMASOFT®. L’obiettivo è quello di ricavarne indicazioni utili per il co-design del componente, riducendo gli scarti ed ottimizzando così l’intero sviluppo del pezzo. L'attività si è concentrata su un componente pressocolato in AZ91D. Il lavoro sperimentale è stato sostanzialmente diviso in tre fasi: • La raccolta dei dati provenienti dalla storia del componente • Lo svolgimento dell’attività con MAGMASOFT®; • L’analisi dei risultati delle simulazioni ed il confronto con la realtà. Ciò che è emerso è che la simulazione numerica del processo di pressocolata, anche se svolta in una fase preventiva, può costituire un ausilio molto importante al fine di progettare il componente in maniera più orientata alla sua industrializzazione. A livello qualitativo le zone più critiche evidenziate dai risultati delle simulazioni più semplici sono stati gli stessi di quelle più complesse. Ciò che è risultato invece dal confronto con la realtà è un’ottima corrispondenza tra le aree a più alto rischio porosità, ma una concordanza meno decisa sul tema cricche a caldo. Infine, con l’obiettivo di approfondire le potenzialità che il software potrebbe fornire all’ente, si è sfruttato un tool dello stesso in grado di stabilire in maniera automatica se il raggiungimento di alcuni obiettivi sia conseguito in maniera più efficace da una soluzione progettuale piuttosto che da un’altra. Nel caso in esame si è deciso di sottoporre all’analisi un componente molto simile al primo, progettato tenendo conto di quanto emerso da simulazioni effettuate con lo stesso software. I risultati sembrano confermare la migliore resa del nuovo componente.

Questo elaborato si occuperà di analizzare il ciclo produttivo di semilavorati in lega di alluminio ottenuti attraverso operazioni di laminazione, partendo da materiale di riciclo: verranno riportati, innanzitutto, i metodi di classificazione e di produzione dell’alluminio, la teoria che ne governa la chimica e la fisica della sua struttura e quella che ne consente la comprensione dei fenomeni che si hanno durante una lavorazione plastica. Dopo una breve panoramica sull’azienda Profilglass (la storia, il processo produttivo, il mercato e il futuro) si passerà all’analisi di un difetto riscontrato durante la produzione di un laminato in lega 5182, che ha costretto la conduzione di uno studio accurato per la sua risoluzione. Verrà approfondito, quindi, il ciclo produttivo che ha portato al problema e verranno riportati i punti su cui ci si è focalizzati per correggerlo, in modo da ottenere un prodotto di buona qualità. Infine, verrà esposto un ulteriore ciclo, alternativo a quello classico e studiato per modificare il flusso del materiale all’interno del sistema produttivo, di cui si riporteranno i risultati ottenuti e il confronto su quale sia il più conveniente da utilizzare a seguito di un’analisi di fattibilità tecnica ed economica.

L’attività di tesi è stata volta ad individuare e correggere tutte le criticità proprie del processo di gestione dell’officina meccanica. Il percorso è stato svolto dal basso verso l’alto. In principio rilevando ed approfondendo le voci di perdita di produttività. In un secondo momento, ridefinendo i meccanismi di gestione del reparto ed implementando le soluzioni proposte.

L'argomento principale di questo elaborato è l'analisi delle proprietà termiche del G.H.A .(Golden Hard Anodizing), ovvero un particolare trattamento di trasformazione superficiale dell'alluminio. Nello specifico è stato studiato tramite confronto con la conducibilità termica, la diffusività e l’emissività termica. Per ottenere tali dati sono state svolte prove sperimentali in modo da avere un chiara visione dell'entità di tali proprietà e metterle a confronto con quelle dell'alluminio base e dell'alluminio anodizzato.

Il controllo del processo di solidificazione in fonderia viene effettuato mediante l’acquisizione di curve di analisi termica ottenute facendo raffreddare il fuso in coppette contenenti una termocoppia. Mediante un apposito software le curve di raffreddamento sono analizzate al calcolatore e da queste vengono ricavate informazioni circa i parametri termici dell’eutettico. L’obiettivo dell’analisi consiste nel correlare il valore di tali parametri con la microstruttura del prodotto finale. Si può ipotizzare che seguendo il percorso di raffreddamento della ghisa fino alle temperature eutettoidiche risulti possibile prevedere le caratteristiche meccaniche, anticipando le informazioni riguardanti la resistenza a trazione, la durezza, il contenuto di perlite e ferrite, l’allungamento e quindi la lavorabilità e la compattezza del pezzo quando questo è ancora a 700 °C. Nella normale attività di produzione di fonderia ci si limita solamente all’osservazione del passaggio attraverso il punto eutettico, però se l’ipotesi fosse verificata, continuando con l’analisi del processo di solidificazione fino al punto eutettoidico i vantaggi sarebbero non indifferenti; si potrebbe infatti prevedere se il pezzo è utilizzabile oppure scarto, se necessita di un trattamento termico o se può essere lavorato meccanicamente, con i relativi risparmi in termini economici derivanti dalla riduzione degli scarti. In questa tesi si vuole verificare questa ipotesi, indagando l’influenza dei parametri termici eutettoidici sulle proprietà meccaniche e sulla formazione della perlite nella ghisa sferoidale; costruendo, se possibile, un modello statistico affidabile con lo scopo di prevedere le proprietà meccaniche allargando lo studio dell’analisi termica all’eutettoide.