Rappresentazione tramite software CAD (in alto) e relativo pezzo finito (in basso). La progettazione meccanica implica il dimensionamento, definizione delle tolleranze, la scelta dei materiali, le macchine utensili per la sua lavorazione, la modellazione 3D e la stesura di un disegno tecnico.
La progettazione meccanica è, nell'ambito dell'ingegneria meccanica, il processo di creazione di soluzioni tecniche per problemi relativi alla progettazione, alla produzione e all'uso di componenti e sistemi meccanici. In sostanza, la progettazione meccanica si occupa della progettazione di parti, macchine, dispositivi e sistemi che coinvolgono la meccanica come disciplina di base.
La progettazione meccanica può includere una vasta gamma di attività, come la progettazione di parti singole o di sistemi meccanici complessi, la selezione dei materiali, la progettazione di prototipi, l'analisi del carico e della resistenza dei materiali, la modellazione e la simulazione del comportamento meccanico dei componenti e dei sistemi.
I materiali utilizzati nella progettazione meccanica, a seconda delle esigenze di progettazione e di utilizzo, sono:
Acciaio: utilizzato per la sua resistenza e durezza, l'acciaio è uno dei materiali più utilizzati nella lavorazione meccanica.
Alluminio: leggero, resistente alla corrosione e facile da lavorare, l'alluminio è ampiamente utilizzato in applicazioni aeronautiche, automobilistiche ed elettroniche.
Rame: noto per la sua alta conducibilità elettrica e termica, il rame è spesso utilizzato per componenti elettronici e per l'industria automobilistica.
Plastica: leggera, resistente e versatile, la plastica viene spesso utilizzata nella produzione di parti e componenti di macchine.
Leghe di titanio: resistente alla corrosione, leggero e ad alta resistenza, il titanio viene spesso utilizzato in applicazioni aeronautiche, mediche e di difesa.
Ghisa: la ghisa è un materiale duro e resistente, spesso utilizzato nella produzione di parti di macchine per applicazioni pesanti.
Bronzo: noto per la sua durezza e resistenza alla corrosione, il bronzo è spesso utilizzato per componenti marini, automobilistici ed elettrici.
Materiali compositi: composti da una combinazione di materiali diversi, come fibre di vetro o carbonio e resina, i materiali compositi sono noti per la loro leggerezza e resistenza ed sono spesso utilizzati nell'industria aerospaziale e nel motorsport.
I trattamenti termici sono utilizzati per migliorare le proprietà meccaniche dei materiali, in particolare degli acciai. I trattamenti termici possono aumentare la durezza, la resistenza, la tenacità, la resistenza all'usura e la resistenza alla corrosione dell'acciaio. In generale, i trattamenti termici mirano a modificare la microstruttura dell'acciaio, ovvero la disposizione degli atomi all'interno del materiale. Riscaldando l'acciaio a temperature elevate e poi raffreddandolo in modo controllato, si possono ottenere differenti microstrutture e, di conseguenza, differenti proprietà meccaniche.
I trattamenti termici possono essere utilizzati per produrre materiali ad alta resistenza, come le leghe d'alluminio ad alta resistenza utilizzate nell'industria aerospaziale, o per migliorare la lavorabilità degli acciai, come la bonifica utilizzata per ottenere un acciaio tenace e facilmente lavorabile.
Gli acciai ideali per questo tipo di trattamento termico si definiscono acciai da bonifica. I possibili trattamenti:
Rinvenimento: processo di riscaldamento dell'acciaio ad alta temperatura seguito da un raffreddamento graduale. Questo trattamento riduce la durezza e la fragilità dell'acciaio, aumentando al contempo la sua tenacità e resistenza.
Ricottura: processo di riscaldamento dell'acciaio ad alta temperatura seguito da un raffreddamento lento per ridurre la durezza e migliorare la lavorabilità dell'acciaio.
Normalizzazione: processo di riscaldamento dell'acciaio a temperature elevate seguito da un raffreddamento in aria. Questo trattamento migliora la microstruttura dell'acciaio, aumentandone la durezza e la resistenza.
Tempra: processo di riscaldamento dell'acciaio a temperature elevate seguito da un rapido raffreddamento in acqua o in olio. Questo trattamento aumenta la durezza dell'acciaio, ma può anche rendere l'acciaio fragile.
Cementazione: processo di riscaldamento dell'acciaio a temperature elevate in presenza di gas carburante per creare uno strato esterno di acciaio con un alto contenuto di carbonio. Questo strato più duro e resistente viene chiamato "strato cementato".
Nitrocarburazione: processo di riscaldamento dell'acciaio in presenza di gas contenenti azoto e carbonio per creare uno strato superficiale duro e resistente con alta resistenza all'usura.
Indurimento superficiale (Surface Hardening) - processo di riscaldamento dell'acciaio a temperature elevate, seguito da un raffreddamento rapido solo sulla superficie dell'acciaio, creando uno strato superficiale duro e resistente.
Trattamenti termici della ghisa
I trattamenti termici della ghisa sono meno comuni rispetto a quelli dell'acciaio, ma possono essere utili per migliorare le proprietà meccaniche di specifici tipi di ghisa, in base all'applicazione finale.
Normalizzazione: Consiste nel riscaldamento della ghisa a una temperatura superiore alla sua temperatura di transizione austenitica e successivo raffreddamento all'aria. Questo processo produce una struttura omogenea e fine, migliorando la tenacità e la resistenza all'usura del materiale.
Tempra: Consiste nel riscaldare la ghisa a una temperatura superiore alla sua temperatura di transizione austenitica, mantenere questa temperatura per un tempo sufficiente per ottenere la trasformazione dell'intera massa in austenite e successivamente raffreddare rapidamente la ghisa in acqua o in olio. Questo processo aumenta la durezza e la resistenza della ghisa, ma la rende anche fragile e meno tenace.
Rinvenitura: Consiste nel riscaldare la ghisa temprata a una temperatura inferiore rispetto alla tempra e mantenere questa temperatura per un periodo di tempo sufficiente a ridurre la fragilità. Questo trattamento termico riduce la durezza della ghisa e aumenta la sua tenacità. La rinvenitura viene utilizzata dopo la tempra per aumentare la tenacità della ghisa.
Macchine utensili
Le macchine della lavorazione meccanica sono strumenti utilizzati per tagliare, forare, plasmare e formare il materiale grezzo in parti e componenti meccanici di precisione. Queste macchine, spesso utilizzate in ambienti industriali e manifatturieri, sfruttano la forza e la precisione meccanica per creare parti di alta precisione.
Una macchina che ruota il pezzo di lavoro su un mandrino mentre uno o più strumenti da taglio tagliano il materiale in modo simmetrico per creare parti cilindriche, coniche e filettate.
una macchina che utilizza una fresa per tagliare con precisione fori cilindrici in un pezzo di lavoro. L'alesatrice è utilizzata per creare fori di dimensioni precise e può anche essere utilizzata per creare fori coniche o profilati.
una macchina che utilizza una serie di taglienti per creare denti su ingranaggi, pulegge e altri componenti meccanici. La dentatrice è utilizzata per creare dentature precise e uniformi su pezzi di lavoro.
una macchina che utilizza una lama di taglio per rimuovere il materiale in eccesso dalle superfici piane di un pezzo di lavoro. La piallatrice è utilizzata per creare superfici lisce e uniformi su pezzi di lavoro.
una macchina che utilizza un computer per controllare la produzione di parti. Le macchine CNC possono essere utilizzate per la lavorazione di materiali come il metallo, la plastica e il legno, e sono in grado di eseguire una varietà di operazioni di taglio, foratura e fresatura con precisione e ripetibilità.
organi di collegamento utilizzati per il fissaggio di parti cilindriche, come alberi e fori, mediante l'interposizione di una parte cilindrica che si adatta perfettamente al foro.
organi di collegamento utilizzati per il fissaggio di parti cilindriche, come alberi e pulegge, mediante l'interposizione di una lamina di metallo o di plastica che si adatta alla forma del foro.
organi di collegamento utilizzati per il fissaggio di parti cilindriche, come alberi e pulegge, mediante l'interposizione di una lamina di metallo o di plastica che si adatta alla forma del foro.
organi di collegamento utilizzati per il fissaggio di parti cilindriche mediante l'interposizione di un anello di metallo o di plastica che si adatta alla forma del foro.
Calettatore
organi di collegamento utilizzati per il fissaggio di parti cilindriche, come alberi e pulegge, mediante l'interposizione di una lamina di metallo o di plastica che si adatta alla forma del foro.
Perni
organi di collegamento utilizzati per il fissaggio di parti cilindriche mediante l'interposizione di un perno che attraversa i fori corrispondenti nelle due parti da collegare.
un cuscinetto è un elemento meccanico che serve a supportare un'altra parte in movimento, ad esempio un albero rotante, e a ridurre l'attrito tra le parti. I cuscinetti possono essere di diversi tipi, come cuscinetti a sfere, a rulli, a rullini, a cuscinetto ad ago, a boccole, a cuscini, etc.
un anello OR, anche noto come guarnizione a labbro, è un elemento meccanico utilizzato per sigillare lo spazio tra due parti, ad esempio tra un albero rotante e il carter di una macchina, per impedire la fuoriuscita di liquidi o gas. L'anello OR può essere realizzato in diversi materiali, come gomma, silicone, fluorocarbonio, etc.
una bronzina è un elemento meccanico utilizzato per supportare un'altra parte in movimento, ad esempio un albero rotante, e a ridurre l'attrito tra le parti. Le bronzine sono generalmente realizzate in leghe metalliche, come il bronzo, l'ottone o l'acciaio, e possono essere di diversi tipi, come bronzine a boccole, a coppa, a piattello, etc.
una boccola è un elemento meccanico utilizzato per adattare la dimensione di un foro a quella di un albero o di una vite. Le boccole sono generalmente realizzate in metallo o in plastica e possono essere di diversi tipi, come boccole cilindriche, coniche, a flangia, a denti, etc.
