Attrito, lubrificazione, usura

MMCBT04

Docenti

Prof. Giovanni Straffelini 
Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e Tecnologie Industriali,  Università di Trento

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 il necessario inquadramento teorico alle problematiche dell'usura e dell'attrito, unitamente a concreti strumenti operativi per la loro risoluzione.

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 riferimento 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 permetteranno di affrontare i problemi di ogni sistema tribologico, anche quello più particolare, per il quale non esistono delle procedure di progettazione consolidate.

Contenuti

Il Corso si articolerà sviluppando le seguenti tematiche:

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

Programma

Prima Giornata
09.30 Benvenuto e presentazione del Corso
09.45 Superfici a contatto
10.30 Attrito tra superfici a contatto
11.15 Pausa caffè
11.30 Attrito e Lubrificazione
13.00 Pausa pranzo
14.00 Lubrificanti
15.00 Meccanismi di usura
16.00 Pausa Caffé
16.15 Usura per strisciamento e sfregamento
17.00 Usura per fatica di contatto
17.30 Conclusione

Seconda Giornata
9.30 Usura abrasiva ed erosiva
10.30 Testing
11.15 Pausa Caffé
11.30 Leghe metalliche per impieghi tribologici
12.30 Ceramici e polimeri per impieghi tribologici
13.00 Pausa Pranzo
14.00 Ingegneria delle superfici in tribologia
16.00 Pausa Caffé
16.15 Sistemi tribologici
17.30 Conclusione

Destinatari

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

Prerequisiti

Sono necessarie conoscenze di base in matematica, fisica, meccanica.

Materiale didattico

Ai partecipanti al corso verrà consegnata una copia del testo:  G. Straffelini, Attrito e Usura: Metodologie di Progettazione e Controllo, Tecniche Nuove, che costituirà il testo base del corso.