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UNIVERSITA DEGLI STUDI DI FIRENZE

SCUOLA DI INGEGNERIA

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE

CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN INGEGNERIA MECCANICA

PROGETTAZIONE E SVILUPPO

DI UN DISPOSITIVO

PER LA TINTURA DEL BORDO DELLE PELLI

Design and development of a hem dyeing device

for leather materials

Anno Accademico 2012/2013

Relatori:

Prof. Monica Carfagni

Dott. Ing. Maurizio Toccafondi

Candidato:

Jenny Pagano

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Indice Introduzione ...................................................................................................................... 4

1 Lattuale testa di tintura ........................................................................................... 8

1.1 Introduzione ........................................................................................ 8

1.2 Struttura e meccanismi di funzionamento ......................................... 9

1.3 Difetti e inefficienze riscontrate ....................................................... 13

2 Le innovazioni ............................................................................................................ 14

2.1 Specifiche tecniche ........................................................................... 14

2.2 Soluzioni progettuali ......................................................................... 15

2.2.1 Pompa peristaltica ...................................................................... 16

2.2.2 Serbatoio ..................................................................................... 17

2.2.3 Principio di tintura ...................................................................... 19

3 Progettazione della testa ...................................................................................... 21

3.1 Introduzione ...................................................................................... 21

3.2 Assieme punta di tintura ................................................................... 21

3.2.1 Supporto centrale ....................................................................... 23

3.2.2 Bronzina, puleggia, filo frangi-colore ......................................... 24

3.2.3 Punta, guida-colore, tappo ......................................................... 26

3.2.4 Componenti di commercio ......................................................... 30

3.3 Assieme serbatoio ............................................................................. 35

3.4 Pompe e tubi ..................................................................................... 39

3.5 Motore e interfaccia per la guida ..................................................... 40

3.6 Monolite della testa .......................................................................... 42

3.6.1 Introduzione ............................................................................... 42

3.6.2 Posizionamento dellassieme della punta di tintura .................. 44

3.6.3 Posizionamento del motore e delle pompe ............................... 45

3.6.4 Posizionamento dellassieme serbatoio ..................................... 47

3.6.5 Posizionamento dellinterfaccia per la guida ............................. 47

Conclusioni ...................................................................................................................... 50

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Bibliografia ...................................................................................................................... 51

Allegato A ......................................................................................................................... 52

Allegato B ......................................................................................................................... 54

Allegato C ......................................................................................................................... 56

Allegato D ......................................................................................................................... 57

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Introduzione La presente tesi di ricerca nasce da unesigenza maturata negli spazi delle

Officine Maya di Prato. Officine Maya unazienda per la fabbricazione di

macchine e apparecchi per l'industria delle pelli, nata nel 2012 in seguito

alla realizzazione di un prototipo di macchina per la coloritura dei bordi

della pelle (v. Figura 1). Nonostante sia attualmente in produzione, la

macchina presenta alcuni margini di miglioramento, tra questi il sistema di

erogazione di colore alloggiato nella testa del macchinario. Lobiettivo che

la tesi si prefigge proprio quello di reinventare il meccanismo che regola

il getto di colore sulla pelle.

Figura 1 Macchina tingi-bordo della pelle

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Limportanza di un sistema che automatizzi la coloritura del bordo delle

pelli emerge non appena si analizzi meglio la realt della pelletteria

italiana, con particolare riguardo allarea fiorentina. Il territorio delimitato

da Scandicci, Lastra a Signa e Impruneta da un lato, Pontassieve e Val di

Sieve dallaltro costituisce infatti un vero e proprio polo della pelletteria di

alta qualit e di lusso. Il distretto fiorentino pu contare su una

lavorazione artigianale che si fonda su conoscenze tradizionali, affiancata

dallutilizzo di ottime materie prime. Se a questo aggiungiamo la raffinata

attenzione ai dettagli e le spiccate competenze in ambito stilistico e

creativo, non desta meraviglia che le produzioni del distretto siano

apprezzate in tutto il mondo come simbolo del rinomato Made in Italy.

E proprio per questo che da una quindicina di anni a questa parte in

corso una conversione, per lo pi silenziosa, di artigiani no-brand dal

grande saper fare e dallo scarso saper-vendere, a contoterzisti dei grandi

marchi del segmento lusso, intenti a costruire una catena produttiva lunga

e articolata adattandola alle esigenze delle griffe[4]. Queste piccole e

medie imprese fornitrici e terziste sono state e dovranno essere capaci di

proporsi come validi e strategici collaboratori del committente e, proprio

a tal fine, si rende sempre pi necessaria uninnovazione dei processi

produttivi, attraverso investimenti tecnologici. Questo non significa

abbandonare le tradizionali lavorazioni manuali, ma saperle integrare con

lautomazione di alcune fasi per concorrere ad unottimizzazione del

processo produttivo.

La realizzazione del prodotto finito pu essere brevemente riassunta

come segue. La prima fase consiste nello sviluppo del prodotto, attraverso

lo studio del design e la sua progettazione. Si procede, in alcuni casi, alla

realizzazione del modello in cartone, oppure si invia il modello ai

fustellifici, per la realizzazione delle fustelle. Successivamente vengono

creati i campioni e, dopo le eventuali modifiche, si arriva alla

predisposizione della produzione: si effettua per prima cosa il taglio dei

pellami, dopodich i componenti passano attraverso la fase di spaccatura,

scarnitura, timbratura, pressatura, verniciatura, tingitura e molatura.

Infine si ha lassemblaggio dei vari elementi seguito dalla pressatura, la

cucitura, lapplicazione degli accessori, la rovesciatura, la tingitura del

lattice e in ultimo la pulitura.

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Figura 2 Bordo di un ritaglio di pelle

Allinterno del ciclo produttivo ci interessa evidenziare, in questa sede, la

fase di coloritura del bordo del pellame. Si tratta di unoperazione

necessaria, in quanto, dopo il taglio, tale bordo si presenta con una

finitura grossolana e di colore biancastro (v. Figura 2). Nonostante sia una

fase comune a tutte le filiere della pelletteria, fino ad un anno fa lunico

ausilio per compiere tale attivit era un piccolo utensile simile ad una

penna. Questo strumento collegato tramite un tubo di gomma ad un

contenitore di tintura, ed in grado di rilasciare il colore applicando una

leggera pressione su un pulsante situato lateralmente alla penna (v. Figura

3).

Figura 3 Penna per lapplicazione del colore

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chiaro che per portare a termine le operazioni sopra descritte

necessario del personale altamente qualificato. Lautomazione di questo

processo avrebbe quindi, tra i vari vantaggi, la riduzione dei costi dovuti

alla ricerca e alla retribuzione di queste figure, nonch, in prospettiva, una

velocizzazione dei tempi di esecuzione. Va inoltre ricordato che gli addetti

sono costantemente sottoposti allinalazione dei componenti chimici pi

volatili del colore utilizzato, con gravi rischi per la salute.

In effetti, lazienda Officine Maya ha da poco realizzato, sotto richiesta di

una pelletteria, la prima macchina in grado di completare il processo in

modo totalmente automatizzato. Questo strumento il primo del suo tipo

ad essere mai stato prodotto e, di conseguenza, come naturale,

suscettibile di miglioramenti e innovazioni. E proprio allinterno di questo

ambito che si colloca la presente dissertazione.

La tesi articolata in tre capitoli che cercano di evidenziare le prospettive

e le problematiche emerse durante la ricerca. Nel primo capitolo si espone

lattuale configurazione della testa atta alla tintura e i principali problemi

riscontrati al riguardo. Nel secondo si illustrano le specifiche tecniche alle

quali si continuato a fare riferimento, pur tentando, allo stesso tempo,

di adottare nuove soluzioni costruttive, volte alla risoluzione dei difetti

evidenziati nella precedente macchina. Nel terzo capitolo viene

approfondito passo per passo lintero lavoro di progettazione: tale attivit

stata svolta tramite lutilizzo del software Solidworks, che ha permesso

lo sviluppo di un modello CAD.

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1 Lattuale testa di tintura

1.1 Introduzione Prima di affrontare pi nello specifico la configurazione dellorgano

predisposto alla tintura, opportuno illustrare brevemente lintera

architettura della macchina.

Lapparecchiatura strutturata intorno a un piano rettangolare di lavoro,

sul quale vengono adagiati i ritagli di pellame. Questi sono tenuti rialzati

da apposite dime in metallo che allo stesso tempo permettono di

immobilizzarli, tramite lazione congiunta di calamite. Un pantografo a

due assi garantisce, mediante due motorini elettrici, la movimentazione

della testa di coloritura (v. Figura 4). Il pantografo alloggiato allinterno

di un solido e robusto telaio che permette di smorzare le vibrazioni (v.

Figura 1). Nella parte superiore del telaio sono alloggiate 4 macchine

fotografiche; le immagini da esse acquisite vengono rielaborate da un

software in grado di valutare in tempo reale la forma e la disposizione dei

pellami, cosicch queste, pur casuali, non pregiudicano lesecuzione del

processo: il software stesso che controlla i movimenti dellutensile, al

fine di eseguire una corretta tintura.

Figura 4 Pantografo

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1.2 Struttura e meccanismi di

funzionamento

Figura 5 Schema della testa di tintura attuale Lattuale testa del pantografo consta di un supporto ad L adeguatamente

progettato per alloggiare sia una siringa precaricata, sia i sistemi che

realizzano lerogazione automatica del colore (v. Figura 5). Sono presenti

due motorini elettrici: il primo permette labbassamento dello stantuffo

della siringa, causando quindi il getto di colore, mentre laltro consente la

rotazione della punta tingi-bordo a cui collegata la siringa (v.

Figura 6). Attraverso il primo motorino, variando il numero di giri,

possibile regolare la portata di colore ed adeguarla ai diversi spessori e tipi

di pelle da tingere. Infatti tale motore collegato mediante una cinghia ad

una puleggia dentata, resa solidale, per mezzo di grani, ad una vite di

manovra. Questultima fa scorrere lungo una guida un componente in

metallo che esercita una spinta sullo stantuffo della siringa, facendolo

abbassare (v. Figura 7). La rotazione dellestremit colorante provocata

dal secondo motorino necessaria tanto per evitare un assorbimento

disomogeneo del colore, quanto per non rischiare che la parte di punta a

contatto con la pelle resti asciutta mentre la rimanente ancora ricoperta

di colore.

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Figura 6 Schema dei meccanismi della testa attuale

Figura 7 Esploso del meccanismo di abbassamento dello stantuffo della siringa

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Anche il secondo motore collegato, attraverso una cinghia dentata, con

una puleggia. Questultima ricavata di pezzo su un componente

appositamente studiato per accoppiarsi con la punta e allo stesso tempo

accogliere e sostenere la siringa (v. Figura 8).

Figura 8 Puleggia di pezzo

Entrambi i motorini sono comandati elettronicamente ed inoltre

presente un sistema di inversione del moto del pezzo premi-siringa. Tale

meccanismo si attiva ogniqualvolta il pezzo premi-siringa raggiunge il fine

corsa, andando a battere contro un apposito pulsante (v. Figura 9) .

Figura 9 Sistema di inversione del moto

Il colore fuoriesce attraverso tre forellini che formano i vertici di un

triangolo equilatero centrato nella punta (v. Figura 10). Questo assetto, a

causa del tipo di liquido utilizzato, non riesce a garantire una uniforme

distribuzione del colore sulla punta. Si infatti verificato

sperimentalmente che il colore tende a colare lungo la punta formando un

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unico rivolo. Per ovviare a tale problema presente un piccolo filo,

solidale al supporto ad L, che striscia sulla punta mentre questa in

rotazione, costringendo cos il fluido a ridistribuirsi tutto intorno ad essa.

Figura 10 Punta

La particolare conformazione della testa del pantografo determinata

dalla presenza della siringa, che permette un rapido cambio della nuance

di tintura e una altrettanto facile e veloce ricarica di colore. A questo

scopo basta infatti estrarre la siringa esaurita, aspirare nuovo colore dai

recipienti sigillati che lo contengono e poi riposizionare la siringa nella sua

sede. Il supporto a L chiuso da una lamiera avvitata che ripara i

componenti meccanici dallo sporco e da altri elementi che potrebbero

danneggiarli. Vi infine una struttura che permette di interfacciare la

testa con il resto della macchina, collegandola a delle guide lungo le quali

questa si possa muovere, comandata elettronicamente da un software,

per raggiungere ogni punto del piano di lavoro.

Il complessivo appena descritto effettua loperazione di tintura

portandosi, per mezzo dei motorini elettrici, in una posizione che

permetta alla punta di affiancarsi al bordo della pelle. Successivamente si

attiva il motore, che consente labbassamento dello stantuffo, cosicch il

colore fuoriesce dalla siringa e giunge allestremit della punta tramite i

forellini sopra descritti. da notare che durante tutta la coloratura la

punta non tocca mai la pelle ma vi si accosta solamente, a una distanza

tale che il colore possa essere da essa assorbito.

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1.3 Difetti e inefficienze riscontrate Come in precedenza illustrato, il colore fuoriesce da una siringa e cola

sulla punta, la quale percorre il profilo della pelle rimanendo ad una

piccolissima distanza dal bordo. Una delle pecche pi evidenti di questa

configurazione linevitabile gocciolamento, sul piano di lavoro, del colore

in eccesso (v. Figura 11). La calibrazione della portata di colore,

operazione che viene svolta in base allesperienza e ad alcuni parametri

forniti dai costruttori, non garantisce, infatti, che tutto il colore erogato sia

assorbito dalla pelle. Questo perch, al fine di evitare una mancata

coloritura di alcune parti, indispensabile lavorare con una quantit di

vernice leggermente in esubero. Infatti, ogniqualvolta si tenta di ridurre il

pi possibile il gocciolamento di colore si ottiene una finitura poco

soddisfacente, soprattutto nel caso di pelli poco assorbenti.

Si rende quindi necessaria dopo ogni colorazione la pulizia del piano di

lavoro o la sostituzione di una eventuale pellicola protettiva, manovre che

rallentano i ritmi di lavoro abbassando la produttivit delloperazione.

inoltre chiaro che questo gocciolamento porta inevitabilmente a sprecare

una parte rilevante della tintura, rendendo il processo in s poco

efficiente.

Figura 11 Gocce sul piano di lavoro

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2 Le innovazioni

2.1 Specifiche tecniche Pur nellobiettivo di rinnovare la macchina, le specifiche tecniche sono

rimaste immutate. Lautomazione di unoperazione particolare come

quella della tintura di bordi presenta alcuni aspetti critici da tenere ben

presenti.

Il primo di questi la sostanza utilizzata per la coloritura, una vernice le

cui caratteristiche influenzano inevitabilmente le scelte costruttive. Le

esperienze svolte in laboratorio dalla ditta Officine Maya evidenziano

come il colore utilizzato abbia un tempo di solidificazione molto ridotto.

Basti pensare che sufficiente che il colore entri in contatto per qualche

istante con laria perch la sua superficie si secchi. Risulta quindi

necessario evitare in ogni modo il contatto tra colore e aria. Questo

significa che lassieme comprendente la punta deve essere progettato in

maniera tale da ridurre il pi possibile lintervallo di tempo tra la

fuoriuscita della tintura e il suo assorbimento da parte della pelle. Si deve

poi tenere in considerazione la particolare densit della vernice, la quale

influenza il suo modo di distribuirsi sulla punta. Bisogna predisporre un

sistema che eviti la coagulazione del colore in un unico rivolo.

Un ulteriore parametro da minimizzare il tempo di setup, cio quello che

intercorre tra ricariche di colore consecutive. La macchina di cui ci stiamo

occupando deve infatti puntare non solo a sostituire personale qualificato,

ma anche ad accelerare una fase la tingitura dei bordi - che rappresenta

altrimenti un vero e proprio collo di bottiglia della produzione.

Anche gli ingombri dellutensile sono stati determinanti nello scegliere il

layout finale. La sfida stata quella di rimanere allinterno dello stesso

volume occupato dalla precedente testa ed eventualmente di riuscire a

ridurlo.

Ultimo, ma non meno importante, laspetto dei costi: stata posta

particolare attenzione allingegnerizzazione di ogni singolo componente, e

la questione economica risultata spesso decisiva nel preferire

determinate soluzioni rispetto ad altre.

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2.2 Soluzioni progettuali La principale innovazione della testa la sostituzione del meccanismo a

siringa con un circuito chiuso alimentato da due pompe. La prima ha lo

scopo di prelevare il colore dal serbatoio e portarlo alla punta tingitrice,

mentre laltra pompa aspira dalla punta il colore in eccesso e lo riporta nel

serbatoio (v. Figura 12).

Figura 12 Schema del principio di tintura

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2.2.1 Pompa peristaltica Preliminarmente stato necessario individuare la tipologia di pompa pi

adeguata. Due sono stati gli aspetti di cui si tenuto maggiormente conto:

il tipo di liquido con cui la pompa deve lavorare e lo spazio occupato dalla

pompa stessa.

Sulla base di queste osservazioni, la scelta ricaduta su una pompa

peristaltica, perch ritenuta la pi idonea per il dosaggio della vernice.

Questo tipo di pompa simula il processo biologico detto peristalsi (da cui il

nome), ossia la contrazione ritmica della muscolatura liscia, presente

allinterno degli organi, che consente il movimento delle sostanze in una

determinata direzione. Infatti le pompe peristaltiche funzionano

comprimendo e rilassando un tubo posizionato tra un dispositivo di

rotazione e la cassa della pompa stessa: con il completamento di una

rotazione dei rulli (v. Figura 13), che provoca la spinta verso luscita del

fluido gi presente, si crea del vuoto in prossimit del tubo di entrata;

questo richiama nuovo fluido, a sua volta spinto da unulteriore rotazione

verso laltra estremit.

Queste pompe sono particolarmente

adatte alla nostra esigenza, perch il

fluido non entra in contatto con

nessun componente se non il tubo

stesso e non vi utilizzo di valvole che

potrebbero otturarsi in presenza di un

liquido, quale la tintura, che tende a

seccarsi e diventare gommoso. Inoltre

il flusso regolare e non vi rischio

che il fluido separi come nelle pompe

centrifughe, mentre la sostituzione del

tubo rapida e poco costosa. Bisogna

anche osservare che si tratta di una

pompa autoadescante, ossia in grado

di funzionare anche quando nel

circuito presente aria.

Figura 13 Pompa peristaltica

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2.2.2 Serbatoio La siringa presente nellattuale testa viene sostituita da un serbatoio, dal

quale, tramite dei tubi, il colore viene prelevato e, successivamente, in

parte, reimmesso.

Lo studio del serbatoio di grande importanza, perch incide fortemente

sui tempi di setup. Lideazione di questo componente stata guidata dalla

necessit di rendere agevole e rapida loperazione di ricarica. Andava

inoltre evitata la possibilit che, durante questa operazione, al momento

della separazione del serbatoio dai tubi, andasse perso del colore, peraltro

sporcando loperatore. In un primo momento si era pensato di utilizzare

delle valvole che si chiudessero non appena il serbatoio venisse

scollegato, ma si scelto di scartare componenti che rischiassero

lotturamento dovuto alla vernice.

Perci, con in mente anche la questione economica (quindi tralasciando

quello che sarebbe stato un costoso adeguamento della forma del

serbatoio al resto della macchina e concentrandosi, viceversa,

sulladeguare la seconda al primo), si pensato di utilizzare una comune

bottiglietta rettangolare di plastica. Il serbatoio viene realizzato

posizionando il contenitore a testa in gi e chiudendolo con un tappo

appositamente studiato (v. 3.3). Loperazione di ricarica stata cos

concepita: la bottiglietta, ancora munita di tappo, viene sfilata dal suo

alloggiamento sul carter, quindi viene ribaltata (ossia riportata nella sua

posizione consueta), e, dopo aver svitato il tappo, la bottiglia viene

riempita con il colore contenuto nei recipienti sigillati. I tubi del sistema di

pompaggio sono stati pensati pi lunghi proprio per poter agevolare

questa operazione (v. Figura 14).

Notiamo che la realizzazione del serbatoio con un componente di

commercio a basso costo garantisce anche un eventuale uso di tipo usa-e-

getta.

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Figura 14 Operazione di smontaggio del serbatoio

Questa soluzione poi perfettamente coerente con unaltra necessit

imposta dalla nuova struttura della macchina, ossia quella di sottoporre

lapparecchiatura a dei cicli di lavaggio, nel caso si voglia cambiare il colore

con cui vengono tinte le pelli. Il lavaggio inoltre un accorgimento utile

anche in previsione di un periodo prolungato in cui lapparecchiatura

stessa non venga utilizzata. Infatti, al termine del processo di tintura, i tubi

sono inevitabilmente cosparsi di residui di vernice. Il serbatoio permette

di risolvere questo problema, con una procedura analoga a quella

descritta per la ricarica (salvo, ovviamente, riempirlo con una sostanza

adatta per la pulitura, anzich con il colore).

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2.2.3 Principio di tintura Dopo essersi affiancata al bordo della pelle, esattamente come nel

modello precedente, la nuova testa esegue la tintura dei bordi

prelevando, tramite la pompa peristaltica, una stabilita portata di colore

dal serbatoio e portandola alla punta. Questultima presenta un foro

centrale, attraverso il quale tutta la tintura che risulta in eccesso viene

aspirata da una seconda pompa. Nel nuovo assetto a circuito chiuso la

rotazione della punta risulta superflua, vantaggio che ci permette di

ovviare alle notevoli difficolt che comporterebbe rendere compatibile la

rotazione della punta con il nuovo assetto della macchina, data la

presenza dei numerosi tubi (v. Figura 15). Continua comunque a essere

necessario un elemento che strisci sullestremit di tintura per evitare la

formazione di un unico rivolo di colore.

Figura 15 Progetto della nuova testa di tintura

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Proprio partendo da questa esigenza ha preso forma il primo schema

dellassieme della punta di tintura. Rispetto al modello precedente, la

prospettiva ribaltata: la punta e il suo relativo supporto sono fermi,

mentre il filo a ruotarvi intorno. Da qui lidea di collegare il filo ad una

puleggia, messa in rotazione da un motore elettrico. Come conseguenza,

dal momento che il filo non deve trovare ostacoli nel suo percorso, questa

puleggia stata posizionata in modo che tutti gli elementi dellassieme

collegati alla punta rimangano allinterno della regione cilindrica di spazio

racchiusa dal filo stesso nel corso del suo moto (v. Figura 16).

Figura 16 Configurazione dellassieme della punta di tintura e del motore

Unaltra modifica sostanziale consiste nel passare da uno solo a due

componenti della punta. Mentre nel progetto iniziale in un unico pezzo

erano riunite le funzioni di punta vera e propria e di indirizzamento del

colore (v. Figura 10), questi due ruoli sono ora assegnati a due elementi

distinti. Si poi ritenuto sufficiente un solo foro per il getto dinchiostro

sulla punta, rispetto ai tre della precedente configurazione (v. Figura 25);

infatti la distribuzione di colore meno omogenea viene compensata

dallazione del filo ruotante.

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3 Progettazione della testa

3.1 Introduzione La progettazione stata articolata in pi livelli. In una prima fase stato

delineato un abbozzo generale della struttura per poter visualizzare gli

spazi a disposizione e gli ingombri massimi dei vari componenti.

Successivamente si proceduto alla definizione dettagliata dei diversi

assiemi.

Una volta nota la configurazione di tutte le parti, stato possibile creare il

carter, in modo tale da risultare allo stesso tempo capace di alloggiare i

diversi componenti e il meno ingombrante possibile. Da ultimo stato

predisposto lattacco per interfacciare la testa con il resto della macchina.

Anche se liter di progettazione, cos come stato esposto, pu sembrare

molto lineare, in realt accaduto con frequenza che i componenti gi

ideati dovessero essere ripensati e modificati alla luce dei nuovi, in un

processo di miglioramento costante.

3.2 Assieme punta di tintura Lassieme della punta di tintura formato, in ordine di montaggio, dai

pezzi illustrati in Figura 17. Per prima cosa vi un supporto centrale, una

bronzina (che vi si accoppia) su cui presente una puleggia bloccata da un

anello elastico e un raccordo a innesto (avvitato al supporto); dalla parte

opposta rispetto al supporto si hanno invece una guarnizione, lassieme

punta, e un tappo che lo blocca, a sua volta collegato, tramite un secondo

anello elastico, a un componente guida-colore, a cui avvitato un altro

raccordo a innesto. Ciascuno di questi pezzi stato opportunamente

smussato per renderne possibile il montaggio.

Procediamo ora a descrivere in dettaglio i singoli pezzi elencati.

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Figura 17 Esploso dellassieme della punta di tintura

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3.2.1 Supporto centrale Il supporto centrale il componente che sorregge lintera struttura

dellassieme (v. Figura 18). Dovendo essere accoppiato alla puleggia,

stato disegnato di forma cilindrica; un apposito spallamento sullestremit

inferiore garantisce il posizionamento della bronzina.

Il supporto percorso lungo il suo asse da un foro cilindrico, che ha la

funzione di un tunnel: attraverso di esso viene aspirato, grazie allazione

della pompa, il colore in eccesso proveniente dalla punta (una volta

raggiunta la pompa, questa lo reimmette nel serbatoio). Lapertura

superiore del foro dotata di una filettatura che vi permette

lavvitamento del raccordo a innesto.

Vi un altro foro cilindrico, che corre parallelamente al primo, ma non

centrato nellasse del supporto: il suo posizionamento dovuto alla

necessit di inserire al suo interno il tubo di mandata, in modo che risulti

allineato con il secondo raccordo a innesto.

Sulla base inferiore del supporto sono presenti due estrusioni

concentriche, la cui azione combinata permette il bloccaggio dellassieme

punta. Infatti, la pi piccola (che costituisce il prosieguo del foro centrale)

permette il centraggio di tale assieme, raccordato in un punto in cui

montata una guarnizione che impedisce fuoriuscite di colore; la pi

grande invece dotata di una filettatura, grazie alla quale viene avvitato il

tappo che effettua il vero e proprio bloccaggio.

La parte superiore a sua volta filettata, cos da avvitare il supporto al

carter e renderlo ad esso completamente solidale, senza alcun grado di

libert aggiuntivo (v. 3.6.2).

Figura 18 Supporto centrale

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3.2.2 Bronzina, puleggia, filo frangi-colore La bronzina, unico pezzo di progettazione non in alluminio ( infatti in

bronzo commerciale), stata preferita a un cuscinetto radiale grazie al

ridotto ingombro che essa comporta. La sua parte inferiore inoltre

dotata di uno spallamento, in modo che la puleggia non venga in contatto

con il supporto centrale. Unopportuna tolleranza sul foro della bronzina

garantisce un accoppiamento leggermente forzato con il supporto

centrale. Sulla bronzina stata poi ricavata una cava per anello elastico

che assicurasse il bloccaggio assiale della puleggia (v. Figura 19). La parte

superiore di questo componente stata utilizzata come battuta per il

posizionamento dellassieme punta di tintura allinterno del monolite (v.

3.6.2).

Figura 19 Bronzina e montaggio della puleggia

La puleggia stata scelta HTD con denti di passo 3 mm, avendo deciso di

mantenere dalla precedente macchina lo stesso motore e la stessa

puleggia ad esso collegata. Il numero di denti stato stabilito in modo tale

che il diametro esterno fosse compatibile con la larghezza massima del

monolite su cui alloggia lassieme punta di tintura. In base a queste

considerazioni stata selezionata dal catalogo Poggi una puleggia in

alluminio con 72 denti (v. Tabella 1). Questo componente stato poi

modificato per adattarlo al nostro scopo. Il foro centrale stato allargato

e tollerato affinch laccoppiamento con la bronzina fosse con gioco.

Inoltre stato praticato un foro M3 su una delle due basi per permettere

il collegamento del filo frangi-colore. Questultimo un sottile filo di rame

a cui viene data una forma tale da consentire ad una estremit di

avvolgersi intorno ad una vite, e allaltra di strisciare sulla punta (v. Figura

20). Notiamo che stato necessario interporre un piccolo cilindro, con

funzione di prolunga, tra la puleggia e la vite, per far s che il filo uscisse

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dal monolite della testa, trovandosi in una posizione pi agevole per

qualsiasi attivit di manutenzione (v. Figura 21). Il cilindro-prolunga ha

unestremit filettata per avvitarsi alla puleggia, mentre dalla parte

opposta un foro M2 accoglie la vite attorno alla quale si avvolge il filo.

Tabella 1 Catalogo Poggi per la scelta della puleggia

Figura 20 Esploso della puleggia e del filo frangi-colore

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Figura 21 Collocazione dellassieme punta di tintura e conseguente posizione del filo frangi-colore

3.2.3 Punta, guida-colore, tappo La punta realizzata in due parti, rese solidali tra loro tramite forzamento:

un tubicino di alluminio di diametro 3 mm e spessore 0,5 mm e un

componente, sempre in alluminio, appositamente disegnato per inserire

la punta allinterno del supporto centrale (v. Figura 22).

Figura 22 Punta e sostegno punta

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Questo secondo pezzo ha un foro passante centrale, i cui sbocchi hanno

diametri diversi: lapertura pi piccola serve per alloggiare il tubicino,

quella pi grande per accoppiarsi con il supporto centrale. Infatti, come

gi descritto nel paragrafo 3.2.1, il supporto centrale dotato di

unadeguata estrusione che, collegata alla punta, realizza il percorso di

aspirazione del colore (v. Figura 23).

Figura 23 Accoppiamento punta e supporto centrale

Per quanto riguarda la forma del pezzo, essa stata determinata da due

fattori, cio la necessit di garantire, da un lato, la rigidezza della punta

(scegliendo una lunghezza opportuna), dato che il tubicino rischia di

inclinarsi se non ben guidato e, dallaltro, il suo centraggio, rendendo

possibile il bloccaggio mediante tappo avvitato (v. Figura 24).

Figura 24 Assemblaggio dei componenti della punta di tintura

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Come gi spiegato nel paragrafo 2.2.3, stato ideato un pezzo che ha la

funzione di guidare linchiostro dal tubo della pompa verso la punta.

Anche questo componente presenta una forma cilindrica, fatta eccezione

per la sfacciatura necessaria al montaggio del raccordo a innesto (v. Figura

25).

Figura 25 Guida-colore

Questo pezzo forato lungo il suo asse perch vi si possa inserire la punta,

mentre per lattacco dellinnesto stato praticato un foro M5 sulla

sfacciatura. Il guida-inchiostro viene montato sul tappo grazie ad

unapposita cava per anello elastico, ricavata nella parte superiore del

cilindro (v. Figura 25). La variazione di diametro del profilo di rivoluzione

necessaria perch il pezzo possa accoppiarsi con il tappo. Inoltre stata

predisposta unopportuna tolleranza sulla lunghezza del collo affinch

fosse sempre possibile il montaggio dellanello elastico (v. Figura 24).

Lultimo componente di questo assieme il tappo (v. Figura 26), elemento

fondamentale per il bloccaggio dei pezzi descritti in questo paragrafo. Esso

di forma cilindrica ed filettato internamente, in modo da avvitarsi alla

corrispondente filettatura presente sulla parte inferiore del supporto

centrale (v. 3.2.1).

29

Figura 26 Tappo

Le dimensioni di questo pezzo sono legate principalmente agli ingombri

necessari per il montaggio dellanello elastico sul guida-colore (v. Figura

24). Poich tali ingombri, individuati su [2], non sono compatibili con uno

spallamento, indispensabile per mantenere la punta nella corretta

posizione, stato necessario inserire allinterno del tappo un piccolo

anellino, che viene montato solo dopo il posizionamento dellanello

elastico (v. Figura 27). Come accennato allinizio, serrando questo

elemento viene garantito il bloccaggio di tutti i pezzi in questione.

Figura 27 Esploso dellassieme punta di tintura

30

3.2.4 Componenti di commercio Lassieme della punta di tintura completato da alcuni pezzi standard.

Innanzitutto sono serviti due anelli elastici UNI 7435: uno di diametro 50

mm per il bloccaggio assiale della puleggia (v. 3.2.2) e uno di diametro 7

mm per il montaggio del guida-colore sul tappo (v. 3.2.3), entrambi

riportati in Figura 28.

Figura 28 Anelli elastici. Da sinistra: 7mm e 50 mm

In secondo luogo, una guarnizione di tenuta, interposta tra il supporto

centrale e la punta, impedisce che, durante laspirazione, il colore possa

fuoriuscire dal canale per esso stabilito (v. Figura 29).

Figura 29 Montaggio guarnizione

31

Sono inoltre stati necessari due raccordi a innesto per connettere

allassieme punta di tintura i tubi provenienti dalle pompe. Nella Figura 30

illustrata la struttura di tali raccordi: la pinzetta ha dei dentini in acciaio

inox che trattengono saldamente il tubo nella sede, mentre lO-ring

assicura una tenuta sicura e duratura.

Figura 30 Spaccato di un raccordo a innesto

A causa dei ridotti spazi a disposizione, dovevano essere individuati i

raccordi a innesto con lestremit filettata, necessaria per il fissaggio sul

pezzo, in modo che essa risultasse pi piccola possibile. Visionando diversi

cataloghi stato appurato che la filettatura meno ingombrante quella

M5. I raccordi sono stati quindi selezionati dal catalogo della Festo,

riportato nelle Figure 31 e 33, in base al diametro esterno dei tubi

utilizzati (v.3.2.4). La forma del raccordo (dritto o a L, v. Figure 32 e 34)

stata determinata dalla sua posizione allinterno del sottogruppo (v. Figura

16); infatti importante evitare che il tubo si infletta inutilmente.

32

Figura 31 Foglio dati del raccordo a innesto, catalogo Festo

Figura 32 Raccordo a innesto dritto

33

Figura 33 Foglio dati del raccordo a innesto, catalogo Festo

Figura 34 Raccordo a innesto a L

34

Infine stata selezionata la cinghia per la trasmissione del moto rotatorio

dal motore alla puleggia dellassieme. Anche la cinghia, come la puleggia,

stata scelta dal catalogo Poggi (v. Tabella 2). Dopo aver individuato la

lunghezza primitiva teorica tramite lequazione

( ) ( )

dove

stata selezionata la lunghezza primitiva che pi si avvicinasse a .

Tabella 2 Puleggia scelta dal catalogo Poggi

35

3.3 Assieme serbatoio Lassieme del serbatoio formato, in ordine di montaggio, dai pezzi

illustrati in Figura 35. presente una bottiglietta in plastica rettangolare

chiusa da un tappo a cui sono avvitati due portagomma.

Figura 35 Esploso dellassieme serbatoio

36

La bottiglietta, che nel nostro caso viene utilizzata con funzione di

serbatoio, stata scelta tra i prodotti della ditta UNIFO s.r.l.. Si tratta di un

recipiente graduato con capacit 250 ml, in polietilene, ed dotato di una

filettatura per avvitare il rispettivo tappo (v. Figura 36).

Figura 36 Bottiglietta

Poich di questo componente non era disponibile il modello CAD, stato

richiesto alla ditta un campione. Successivamente, con laiuto di un

calibro, stato misurato e poi disegnato al computer (v. Figura 35).

Come accennato nel paragrafo 2.2.2 il tappo in plastica fornito insieme

alla bottiglia viene sostituito da un componente di progettazione in

alluminio (v. Figura 37). Questo pezzo presenta una filettatura interna

come un vero e proprio tappo, dal quale per si distingue a causa dei due

fori M5 ricavati sulla base per avvitarvi i portagomma.

Figura 37 Tappo per il serbatoio

37

Per poter alloggiare il tappo in unapertura del monolite in modo che vi

rimanesse inserito senza passarvi attraverso, lo spessore della parete del

tappo stesso stato volutamente allargato pi di quanto strettamente

necessario, e lapertura stata di conseguenza ricavata in modo da avere

uno spallamento in corrispondenza dellestremit inferiore (v. Figura 38).

Figura 38 Accoppiamento assieme serbatoio e monolite

Figura 39 Accoppiamento assieme serbatoio e monolite, da sotto

38

Non era possibile ottenere lo stesso risultato diminuendo il diametro del

foro inferiore, avendo scelto di collegare i tubi al serbatoio per mezzo di

portagomma (v. Figura 39), i quali sono stati comunque preferiti sia per i

ridotti ingombri, sia perch meno soggetti ad otturarsi e molto facili da

pulire. I portagomma sono componenti di commercio e quindi sono stati

scelti dal catalogo Tubimax s.r.l.. Anche in questo caso le specifiche sono

state il diametro del tubo e la filettatura (v. Figura 40).

Figura 40 Portagomma, catalogo Tubimax

39

3.4 Pompe e tubi Come gi spiegato nel secondo capitolo, per il sistema di pompaggio

stata scelta una pompa peristaltica. Di seguito viene riportato liter che ha

permesso la determinazione del modello di pompa tra i molti esistenti in

commercio.

La portata della pompa di mandata deve corrispondere alla massima

portata necessaria durante il processo di tintura delle pelli; tutto il colore

erogato in pi viene infatti aspirato dallaltra pompa, il che permette di

lavorare sempre in una condizione di eccesso di colore. Il valore della

portata di mandata stato perci stabilito misurando la massima portata

nominale dellattuale macchina. Per determinare invece la portata della

pompa di aspirazione sono state eseguite delle semplici prove al banco:

tramite prototipazione rapida stata realizzata una particolare punta

dotata di un forellino centrale che permetteva di aspirare, per mezzo di

una pompa, il colore erogato su di essa, dopodich la punta stessa stata

montata sulla macchina gi esistente e sono state eseguite le misurazioni.

Basandosi su tali prove sperimentali, risultato necessario richiedere che

la portata della pompa di aspirazione sia pari a circa 8 volte la portata

della pompa di mandata, poich per la maggior parte viene aspirata aria.

A partire da queste osservazioni, la portata di mandata voluta stata

stabilita pari a 5 ml/min, quella di aspirazione, di conseguenza, non deve

essere inferiore a 48 ml/min.

Figura 41 Pompa peristaltica, catalogo Verderflex

In commercio sono molte le ditte che producono pompe con tali

specifiche tecniche: dopo unattenta ricerca stato selezionato il modello

M045 della azienda Verderflex (v. Figura 41), perch questa pompa, oltre

40

ad avere tutti i requisiti finora citati, risultata la pi compatta,

condizione essenziale per lalloggio nella testa di tintura. Dal momento

che la sua portata pu variare in un range che va da 0 a 60 ml/min, si

ritenuto adatto questo modello sia per lazione del getto di colore, sia per

quella di aspirazione.

Infine, i tubi, utilizzati per il trasposto del colore, sono stati scelti dal

catalogo Festo, hanno un diametro esterno di 6 mm e sono spessi 1 mm.

3.5 Motore e interfaccia per la guida Poich loggetto realizzato non altro che un primo prototipo, il cui scopo

soprattutto quello di mettere alla prova il diverso meccanismo di

erogazione del colore, si preferito, quando possibile, reimpiegare i

componenti del modello precedente. A tal proposito, per movimentare la

puleggia collegata al filo frangi-colore sono stati riutilizzati il motore e la

relativa puleggia che nellattuale macchina permettono la rotazione della

punta. Lassieme in questione consiste di un motore elettrico a cui stata

resa solidale una puleggia per mezzo di grani, il tutto avvitato ad una

lamiera, la cui forma permette di fissare il motore al monolite tramite viti

(v. Figure 42 e 47).

Figura 42 Motore

41

Anche linterfaccia con la guida di movimentazione stata mantenuta

inalterata: si tratta di un distanziale appositamente disegnato per

connettere la testa di tintura al pantografo (v. Figura 43). Il pattino che

scorre sulla guida del pantografo viene avvitato al distanziale e

questultimo a sua volta avvitato al monolite (v. Figura 54).

Figura 43 Interfaccia per la guida: esploso e montato

42

3.6 Monolite della testa

Figura 44 Monolite

3.6.1 Introduzione Il monolite in assoluto il pezzo pi complesso, in quanto sostiene e

connette tutti i componenti finora citati (v. Figura 44). La progettazione di

questo elemento andata di pari passo, e spesso ha anche influenzato,

lideazione dei diversi assiemi, ma stata portata a termine solo quando

tutti gli altri componenti erano stati ben definiti. Rispetto alla versione

utilizzata nella precedente macchina stato possibile ridurre laltezza e la

larghezza, mentre la profondit rimasta invariata.

Il pezzo viene chiuso da un coperchio di lamiera di alluminio (v. Figura 45),

la cui posizione costituisce una differenza sostanziale dal modello tuttora

in uso: avendo scelto di inserire delle pompe peristaltiche, per effettuarne

la necessaria manutenzione si deciso di renderle pi accessibili

43

chiudendo la parte anteriore (in precedenza, un unico pezzo con il resto

della testa) con il coperchio svitabile (che prima chiudeva, invece, la parte

posteriore).

Tra gli aspetti in comune troviamo la forma ad L e la procedura di

fabbricazione del pezzo. Infatti anche nella nuova versione della testa

continua ad essere economicamente vantaggioso realizzare un

componente pi complesso, ma unico, anzich assemblare tante parti pi

semplici. Il monolite, ottenuto per asportazione di materiale dal pieno,

quasi completamente cavo, e il suo profilo interno segue quello esterno

ad eccezione di pochi tratti, ad esempio dove sono presenti sporgenze

interne, che verranno analizzate in seguito (v. Figura 44).

A questo proposito, opportuno evidenziare anche la presenza nel

monolite di varie aperture; della loro funzione si avr modo di parlare

approfonditamente nel seguito, fatta eccezione per lasola nella parte

superiore, che per il suo ruolo pi generale descriviamo qui. Essa

permette il passaggio, e quindi il suo collegamento a una sorgente

esterna, dello spinotto in cui convergono tutti i cavi elettrici provenienti

dai vari componenti interni alimentati dalla corrente.

Figura 45 Montaggio del coperchio

44

3.6.2 Posizionamento dellassieme della

punta di tintura

Figura 46 Esploso e assemblaggio dellassieme della punta di tintura

Per ovvie ragioni la punta tingitrice deve poter sporgere fuori dalla testa,

quindi lassieme della punta deve trovarsi sulla parte inferiore del

monolite. Per questo motivo il monolite presenta unestrusione, simile ad

una mensola, su cui ricavato un foro. Coassialmente a questa apertura,

sulla base inferiore del monolite, stato realizzato un altro foro di

diametro maggiore (v. Figura 46). Si rende cos possibile il montaggio

dellassieme della punta di tintura, che, separatamente assemblato, viene

inserito allinterno del monolite attraverso il foro inferiore, facendolo

successivamente passare per il foro pi piccolo. A questo punto lassieme

viene bloccato in posizione grazie ad una ghiera che si avvita sul corpo

centrale, portando la bronzina a battere contro la mensola estrusa.

45

3.6.3 Posizionamento del motore e delle

pompe Come descritto nel paragrafo 3.5, prevista la presenza di un motore

allo scopo di far ruotare il filo frangi-colore. Questo viene fissato

allinterno del monolite (v. Figura 47), dove sono presenti due fori filettati,

posizionati ad unaltezza tale da garantire il corretto collegamento delle

due pulegge tramite una cinghia (v. Figura 15). Le asole presenti sulla

lamiera di supporto del motore permettono di avere la cinghia sempre

ben in tiro (v. Figura 48).

Figura 47 Ancoraggio del motore al monolite

Figura 48 Supporto del motore

46

Anche le pompe sono ancorate al monolite mediante lutilizzo di supporti

in lamiera. In questo caso, per, si scelto di realizzarli in acciaio anzich

in lega di alluminio, perch la ridotta estensione del supporto rischiava di

comportarne una scarsa rigidit (v. Figura 49).

Figura 49 Supporto per la pompa

Tramite la realizzazione di 4 fori filettati, si scelto di collocare le pompe

in alto a destra per ottimizzare gli spazi e ridurre il pi possibile gli

ingombri del monolite (v. Figura 50). Per permettere la manutenzione dei

tubi della pompa, la sua unica faccia apribile (quindi lunica che d accesso

ai tubi stessi) stata realizzata in modo da essere direttamente

raggiungibile una volta smontato il coperchio. stato dunque impossibile

ridurre la profondit del monolite, dovendosi disporre proprio lungo tale

dimensione il lato pi esteso della pompa.

Figura 50 Ancoraggio delle pompe al monolite

47

3.6.4 Posizionamento dellassieme

serbatoio Nella parte superiore sinistra del monolite stato ricavato un foro dotato

di uno spallamento interno, affinch il serbatoio (v. 3.3) fosse

posizionato in modo da garantire allo stesso tempo stabilit e possibilit di

smontaggio; incastrandosi con accoppiamento di forma, impedito a

cadere grazie al restringimento del foro (v. Figura 51). Per lestrazione

daltra parte sufficiente sfilarlo dalla sede.

Figura 51 Alloggiamento per lassieme serbatoio

3.6.5 Posizionamento dellinterfaccia per

la guida Come gi accennato nel paragrafo 3.5, il monolite viene collegato alle

guide del pantografo tramite dei componenti gi utilizzati nella versione

precedente della macchina. Per rendere compatibile la nuova struttura

con la vecchia interfaccia, stato necessario ricavare degli inspessimenti

(v. Figura 52) che rinforzassero la struttura in corrispondenza dei fori

necessari per collegare i pezzi al monolite (v. Figure 53 e 54).

48

Figura 52 Due sezioni del monolite che mostrano gli inspessimenti

Figura 53 Monolite con i fori posteriori in evidenza

49

Figura 54 Esploso del montaggio dellinterfaccia per la guida al monolite

50

Conclusioni Lobiettivo di questa tesi, ovvero la progettazione di un nuovo

meccanismo di erogazione del colore per una macchina per la tintura delle

pelli, stato portato a termine come descritto nelle pagine precedenti.

La realizzazione di questo oggetto deve ancora iniziare, dato che i pezzi

necessari sono ancora in corso dacquisto o di produzione. In ogni caso,

anche una volta ultimata questa fase, sar necessaria unopportuna

sperimentazione per capire se il prototipo ottenuto soddisfa le specifiche

richieste. In particolare, sono rimaste ancora aperte alcune questioni

critiche.

La principale di esse la verifica delleffettiva capacit del filo frangi-

colore di distribuire uniformemente il colore sulla punta, cancellando il

rischio, altrimenti presente, di sbavature e parti non colorate.

In secondo luogo, fondamentale losservazione sperimentale del

processo di disseccamento del colore nei tubi, al fine di modulare la

necessaria manutenzione e di comprendere le modalit di formazione di

eventuali tappi che otturino i condotti.

Inoltre, ancora da stabilire dove e come posizionare una valvola di sfiato

nel serbatoio che compensi la sovrappressione al suo interno, dovuta alla

significativa differenza tra portata di aspirazione e di mandata.

Eccettuate le problematiche sopra citate, la strada descritta continua a

presentarsi come unopzione da tenere in alta considerazione per

risolvere alla radice il problema dellautomazione della tintura del bordo

delle pelli.

51

Bibliografia [1] Andreini P., Manuale dellingegnere meccanico, 2a edizione, Milano,

Hoepli, 2005

[2] Baldassini L., Vademecum per disegnatori e tecnici, 19a edizione,

Milano, Hoepli, 2002

[3] Nerli G., Costruzione di macchine, Firenze, Noccioli Editore, 2005

[4] Pieraccini S., Il top della moda mondiale alla corte della pelle

toscana, il Sole 24 Ore, 2012

[5] Tickoo S., Solidworks 2012: a tutorial approach, CADCIM

Technologies, Schererville, USA, 2011

[6] Zomp A., & Levi R., Tecnologia Meccanica, Torino, Utet libreria, 2001

52

Allegato A

53

54

Allegato B

55

56

Allegato C

57

Allegato D

58

Ringraziamenti:

Ringrazio innanzitutto la Prof.ssa Monica Carfagni per essersi dimostrata

disponibile nel coinvolgermi allinterno dei progetti realizzati in

collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Industriale dellUniversit

di Firenze.

Un ringraziamento particolare va al Dott. Ing. Maurizio Toccafondi per

avermi costantemente seguito e guidato durante la realizzazione di questa

tesi, per avermi accolto negli spazi del PIN di Prato, per aver, senza

stancarsi mai e con pazienza, risposto a tutte le mie domande e, non

ultimo, per linfinita disponibilit mostrata nei miei confronti.

Ringrazio inoltre tutti i componenti della mia famiglia, soprattutto i miei

fratelli per essersene andati per qualche mese e avermi reso figlia unica,

condizione essenziale per poter finire in tranquillit la mia tesi.

Un altro particolare ringraziamento va all Arch. Alberto Raimondi per i

preziosi consigli e il costante interesse mostrato per il mio percorso di

crescita professionale.

In ultimo, ma non certo per importanza, ringrazio il mio ragazzo per

avermi supportato durante tutte le fasi del lavoro e per essermi stato

accanto sempre.