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
Caratteristiche microgeometriche delle superfici
Area reale di contatto
Adesione tra superfici a contatto (cenni)

2) ATTRITO
Attrito statico e dinamico
Influenza dell'attrito sugli sforzi di contatto
Deformazioni plastiche alle asperità
Teoria adesiva dell'attrito
Attrito e fenomeni di trasferimento
Effetto della rugosità iniziale
Attrito volvente
Contributo abrasivo all'attrito
Riscaldamento superficiale

3) LUBRIFICAZIONE E LUBRIFICANTI
Lubrificazione solida
Lubrificazione limite
Lubrificazione fluida (Viscosità lubrificanti liquidi, Teoria della lubrificazione liquida)
Lubrificazione plasto-idrodinamica
Tipologie di lubrificanti liquidi (cenni)

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, materiali per impieghi tribologici)
Usura per sfregamento
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) 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)

7) ATTRITO E USURA IN TIPICI SISTEMI TRIBOLOGICI
(questi esempi applicativi verranno introdotti volta per volta a completamento dei vari argomenti trattati)
Cuscinetti a strisciamento (Lubrificati, A secco)
Cuscinetti a rotolamento
Ingranaggi
Il sistema segmento-cilindro
Il sistema ruota-rotaia
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 riscaldamento superficiale
13.00 Pausa pranzo
14.00 Lubrificazione
15.00 Lubrificanti (cenni)
16.00 Pausa Caffé
16.15 Meccanismi di usura
17.30 Conclusione

Seconda Giornata
9.30  Usura per strisciamento e sfregamento
10.30 Usura per fatica di contatto
11.15 Pausa Caffé
11.30 Usura abrasiva ed erosiva
13.00 Pausa Pranzo
14.00 Ingegneria delle superfici in tribologia 1
16.00 Pausa Caffé
16.15 Ingegneria delle superfici in tribologia 2
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.