Descrizione introduttiva

La maggioranza dei corpi a contatto e in mutuo strisciamento (tra i quali componenti meccanici e gli utensili per le lavorazioni tecnologiche), in esercizio possono danneggiarsi in superficie a causa dell’usura. L’interazione tra le superfici a contatto, inoltre, è caratterizzata dalla presenza dell’attrito, che provoca una dissipazione di energia, con notevoli perdite di rendimento del sistema ingegneristico. I costi economici dovuti a questi fenomeni possano essere elevatissimi: si parla in genere di valori intorno al 4% del PIL di una nazione industrializzata come l’Italia. Particolarmente interessante è il fatto, tuttavia, che almeno il 25% di questi costi sarebbero evitabili se, in fase di progetto o manutenzione, venissero adottati opportuni criteri ‘tribologici’.
Il corso fornisce, quindi, il necessario inquadramento teorico alle problematiche dell’usura e dell’attrito, unitamente a concreti strumenti operativi per la loro risoluzione. Inizialmente verranno descritti i concetti fondamentali della meccanica del contatto, dell’attrito, della lubrificazione e dei meccanismi di usura, fornendo anche relazioni analitiche semplificate, utili per valutazioni quantitative. Successivamente verrà presentata una descrizione dei principali processi di usura, indicando le soluzioni progettuali più adatte per ogni specifica applicazione. La parte finale del corso si concentra sulla presentazione dei principali materiali e trattamenti superficiali, specificatamente sviluppati per gli impieghi tribologici, e alla descrizione di una serie di sistemi di particolare rilevanza ingegneristica. La familiarità con molte situazioni reali già affrontate con successo fornisce, infatti, un bagaglio culturale fondamentale per poter affrontare al meglio anche problematiche nuove, di cui non esistono soluzioni progettuali di riferimento.

Obiettivi

La progettazione meccanica spesso trascura l’usura e l’attrito, concentrandosi essenzialmente sulla resistenza a fatica. In caso di disfunzionamenti di origine tribologica molto spesso si interviene ‘a posteriori’ cercando di rimediare nel modo migliore. L’obiettivo principale di questo corso è quello di fornire le adeguate conoscenze tribologiche ed i relativi strumenti operativi sia per poter intervenire al meglio ‘a posteriori’ sia, soprattutto, per essere in grado di realizzare una progettazione tribologica ‘a priori’, che permetta di evitare costosi e, spesso, insufficienti, interventi successivi.

Si farà riferimenti a due tipologie principali di sistemi tribologici: gli organi meccanici (come gli ingranaggi, i cuscinetti, le tenute, le fasce elastiche, ..) e gli utensili per le lavorazioni meccaniche (utensili per lavorazioni per asportazione di truciolo, per forgiatura, filatura, ..). Le conoscenze acquisite, tuttavia, permetteranno di affrontare i problemi di ogni sistema tribologico, anche quello più particolare, per il quale non esistono delle procedure di progettazione consolidate.

Contenuti

1) SUPERFICI A CONTATTO
Contatto tra superfici ideali (Contatto elastico, Contatto elasto-plastico e completamente plastico, Contatto fragile, Risposta dei materiali).
Caratteristiche microgeometriche delle superfici
Area reale di contatto
Adesione tra superfici a contatto

2) ATTRITO
Influenza dell'attrito sugli sforzi di contatto
Deformazioni plastiche alle asperità
Teoria adesiva dell'attrito
Attrito in accoppiamenti tra metalli, polimeri e ceramici
Attrito e fenomeni di trasferimento
Effetto della rugosità iniziale
Effetto della temperatura e della velocità di strisciamento
Attrito statico e fenomeno dello “stick-slip”
Attrito volvente
Attrito in prsenza di intena deformazione plastica
Contributo abrasivo all'attrito
Riscaldamento superficiale (Valutazione della temperatura media superficiale, Valutazione della temperatura di flash)

3) LUBRIFICAZIONE E LUBRIFICANTI
Lubrificazione solida
Lubrificazione limite
Lubrificazione fluida (Viscosità lubrificanti liquidi, Teoria della lubrificazione liquida)
Lubrificazione plasto-idrodinamica
Tipologie di lubrificanti liquidi (Oli lubrifcanti, Grassi, Emulsioni, Scelta del lubrificante)
Riscaldamento in contatti lubrificati

4) MECCANISMI DI USURA
Usura adesiva
Usura tribossidativa
Usura abrasiva
Usura per fatica superficiale

5) PROCESSI DI USURA
Usura per strisciamento (Usura severa e moderata, Effetto della lubrificazione, Metodi di controllo dell’usura per strisciamento)
Usura per sfregamento
Usura per rotolamento-strisciamento (Danneggiamento per fatica superficiale, Danneggiamento per strisciamento, Metodi di controllo dell’usura per rotolamento-strisciamento
Usura abrasiva da particelle dure
Usura erosiva
Prove tribologiche (Perno contro disco, Blocco contro anello, disco contro disco, 4 sfere, DSRW, PAWT)

6) MATERIALI PER IMPIEGHI TRIBOLOGICI
Gli acciai e le ghise
Le leghe di rame, di alluminio e di titanio
I materiali ceramici
Carburi metallici sinterizzati
La grafite e il diamante
I materiali polimerici

7) INGEGNERIA DELLE SUPERFICI IN TRIBOLOGIA
Tipologie di trattamenti superficiali
Trattamenti di modifica microstrutturale (Trattamenti meccanici, Tempra superficiale)
Trattamenti termochimici per diffusione (Cementazione, Nitrurazione, Altri)
Trattamenti di conversione (Fosfatazione, Ossidazione anodica)
Rivestimenti superficiali (Metallici, Sottili, Spessi)

8) ATTRITO E USURA IN TIPICI SISTEMI TRIBOLOGICI
Cuscinetti a strisciamento (Lubrificati, A secco)
Cuscinetti a rotolamento
Ingranaggi
Le guarnizioni a contatto
Il sistema segmento-cilindro
Il sistema ruota-rotaia
Le mole abrasive per la rettifica
Gli stampi per forgiatura
I cilindri di laminazione

Destinatari

Tecnici operanti nel campo della progettazione e manutenzione industriale.
Neolaureati o neodiplomati.
Il titolo di studio più adatto è la laurea in ingegneria; il corso può essere seguito con successo anche da periti.

Prerequisiti

Conoscenze base in matematica, fisica, meccanica.

Materiale Didattico

Ai partecipanti al corso verrà consegnata una copia del testo:
"Attrito e Usura: Metodologie di Progettazione e Controllo" edito da Tecniche Nuove (G. Straffelini), che costituirà il testo base del corso. (eventualmente, verrà consegnata copia dei lucidi proiettati).