Appunti tecnologia meccanica, Sintesi del corso di Tecnologia Meccanica

Scarica Appunti tecnologia meccanica e più Sintesi del corso in PDF di Tecnologia Meccanica solo su Docsity! La prova di trazione La prova di trazione rientra nel macro-gruppo delle prove meccaniche e consiste nel sottoporre un provino ad uno sforzo. Per una corretta analisi è necessario che il provino sia rappresentativo del manufatto che si vuole fabbricare, durante la prova viene sottoposto ad uno sforzo assiale gradualmente crescente, questo causerà un allungamento ed una diminuzione del suo diametro fino ad un certo limite. Con questa prova è possibile ottenere informazioni circa: il carico di snervamento ovvero il limite oltre il quale si hanno deformazioni permanenti, il carico di rottura che rappresenta il rapporto tra il carico massimo raggiunto nella trazione e la sezione iniziale del provino e l’allungamento in percentuale che ha subito il pezzo dopo la rottura. Fp rappresenta il carico limite di proporzionalità, al di sopra di tale valore il materiale comincia a deformarsi in modo permanente. Per convenzione si definisce Fe è il carico limite di elasticità. In tale condizione si induce nel materiale un allungamento residuo dello 0,2%, ovvero una volta rimosso il carico il materiale avrà una deformazione residua dello 0,2%. Superato il carico Fs (carico di snervamento) si entra nel campo di deformazione plastica del materiale (si entra nella zona delle grandi deformazioni permanenti). Dopo lo snervamento inizia la fase di incrudimento del materiale (punto D). Si indica con FR il carico massimo raggiunto durante la prova (carico di rottura). Dopo aver raggiunto tale carico si verifica sul provino il fenomeno della strizione, ovvero una progressiva riduzione della sezione resistente fino alla rottura finale (punto F). Il modulo di elasticità o modulo di Young di un materiale è una grandezza che esprime il rapporto tra tensione e deformazione del materiale. A esempio nel caso delle prove di trazione è possibile misurare questa grandezza sottoponendo un provino a condizioni di carico crescenti così da poter valutare il rapporto tra la forza che viene applicata e la deformazione che ne deriva. È definito come il rapporto tra lo sforzo applicato e la deformazione che ne deriva. Rugosità Facendo una scansione di una superficie si può analizzare la sua rugosità. L’irregolarità si può analizzare tracciando un profilo di rugosità della sua superficie. Invece nella seconda figura è possibile analizzare l’andamento del valore Ra che ci dice quanto un profilo può essere più o meno rugoso. Quindi, se Ra è basso vuol dire che la superficie risulterà essere liscia e al contrario se Ra è alto vuol dire che la superficie risulta essere rugosa. Misura della rugosità mediante un rugosimetro con pattino di appoggio. Il pattino che scorre sulla superficie fa da riferimento orizzontale, mediando gli errori di forma, mentre la punta tastatrice rileva il profilo di rugosità. La progettazione dei modelli e delle anime Nei procedimenti di formatura in forma transitoria, la forma viene realizzata utilizzando un modello e una o più anime. Il modello serve per generare le superfici esterne del greggio, le anime si utilizzano per la generazione di cavità interne. La forma è realizzata con idoneo materiale di formatura, contenuto in apposite staffe. Le anime vengono realizzate attraverso altre forme. Sistema di colata: sistema attraverso il quale la lega fusa entra nella forma. Materozza: ha la funzione di compensare il ritiro del materiale durante il getto. Soprametallo. È una certa quantità aggiuntiva di materiale che successivamente verrà asportata con altre lavorazioni. Il soprametallo è utilizzato sia per ragioni economiche che per ragioni tecnologiche. Sottosquadri. Sono le parti del modello che durante l’estrazione potrebbero rovinare il modello stesso. Esistono diversi metodi per risolvere il problema dei sottosquadri, come la modifica del progetto, i Tasselli e il modello scomponibile. Cavità e Cono di ritiro. Durante il raffreddamento del metallo possono insorgere dei difetti. La perdita di volume dipende dalle modalità di smaltimento del calore. Se infatti il calore viene smaltito solo attraverso la base della forma si avrà un ritiro puramente volumetrico e quindi un ritiro uniforme. Se il calore viene smaltito anche dalle pareti laterali si formerà una cavità esterna detta cono di ritiro. Il calore dissipato in tutte le direzioni della forma determina la formazione di cavità di ritiro. Materozze e Baricentro termico. Le cavità di ritiro si formano nel baricentro termico del getto (non necessariamente coincide con il baricentro fisico). Il posizionamento delle materozze dovrà perturbare l’equilibrio termico e spostare il baricentro termico al proprio interno. Se la materozza si solidifica prima non sarà in grado di attirare a sé le cavità di ritiro all’interno del getto. il modulo termico della materozza per fare ciò deve essere maggiore rispetto agli altri moduli termici nel getto. La prima condizione è che il modulo di raffreddamento della materozza sia del 20% superiore rispetto a quello del getto, mentre la seconda condizione è che l’altezza del cono di ritiro non superi l’80% dell’altezza della materozza. Tutti gli oggetti intorno al getto sono materiali che verranno poi rimossi, quindi sono materiali di scarto che però potranno essere riutilizzati (quindi rifusi) per i successivi processi di colata. Colata per gravità in terra. È il tipo di colata più diffuso nella fonderia con forme transitorie. Il metallo proveniente dai forni fusori e trasportato all’interno delle siviere, viene versato nella forma attraverso Stampaggio. I processi di stampaggio obbligano il pezzo in lavorazione a deformarsi all’interno di cavità metalliche (stampi), realizzate attraverso lavorazioni con macchine utensili ad alta precisione. Poiché gli stampi hanno costi molto alti, il processo per essere sostenibile richiede elevati volumi di produzione. Ci sono tre fasi: Fase 1 preliminare riduzione dell’altezza del cilindro. Fase 2 la deformazione prosegue con maggiore flusso di materiale anche nelle zone laterali. Fase 3 completo riempimento della cavità. Si procede alla fine all’eliminazione delle bave. La camera scartabava non ha solo il compito di raccogliere il volume di materiale in eccesso, ma deve favorire con la sua geometria il completo riempimento dello stampo. In generale l’accesso a tale camera è regolato da una strizione che ostacola. Tale strizione fa sì che il materiale riempia preferenzialmente le cavità dello stampo prima di entrare nella camera scartabava. Coniatura. La forma dello stampato è ottenuta senza bave. Lo stampaggio senza bava richiede una valutazione molto accurata del volume di materiale semilavorato ed un controllo preciso del flusso plastico durante la lavorazione. Carico in un processo di stampaggio. La forza per causare la deformazione plastica risulta particolarmente bassa fino a che i dettagli più complessi dello stampo sono parzialmente riempiti ed il materiale raggiunge la camera scartabava P1. Nella fase successiva si ha un rapido incremento della forza di stampaggio fino al punto P2. In questa fase il materiale sta raggiungendo i pinti più complessi dello stampo e il materiale in eccesso entra con difficoltà all’interno della camera scartabava. Si applica infine un ulteriore sovraccarico per la completa chiusura degli stampi. Il carico massimo di stampaggio è determinato dalla formazione della bava e dipenderà pertanto dalla geometria della camera scartabava. Estrusione. L’estrusione è un processo di lavorazione per deformazione plastica attraverso il quale un materiale semilavorato, denominato billetta, è costretto dalla spinta di un pistone a fluire attraverso un foro con una geometria definita (matrice di estrusione). In genere l’estrusione viene utilizzata per produrre profili con geometrie complesse. A causa delle elevate forze in gioco, la maggior parte dei metalli viene estruso a caldo per rendere più bassa la resistenza del materiale. D’atro canto l’estrusione a freddo permette di ottenere un prodotto con maggiore precisione dimensionale e qualità superficiale. Principali tipologie dei processi di estrusione: Estrusione diretta, Estrusione inversa con spintone centrale ed Estrusione inversa. Zona morta. La zona di deformazione ha geometria tronco-conica, ciò è vero sia utilizzando una matrice con geometria di ingresso tronco-conica che una matrice a faccia piana. In quest’ultimo caso infatti il materiale crea un invito conico, detto ‘zona morta’ che di fatto non partecipa al processo di estrusione. Il materiale scorre deformandosi sul materiale intrappolato nella zona morta. Per cercare di evitare la zona morta si fa uno svaso della matrice, questo aiuta anche a diminuire i carichi di estrusione e quindi facilita il processo stesso. L’estrusione a freddo, tubi parthole si effettua quando si devono lavorare materiali particolarmente duttili e malleabili (ad esempio alcune leghe di alluminio o piombo). Nell’estrusione a freddo con geometria della matrice tronco-conica, a causa dei carichi eccessivi e dei forti attriti, possono insorgere fenomeni di rottura e di usura sulla matrice. Per diminuire l’attrito e quindi le possibilità di rottura si usano dei lubrificanti (ad esempio il disolfuro di molibdeno MoS2). I materiali utilizzati sono acciai fortemente legati con elevate durezze o eventualmente con inserti in carburo di tungsteno. Estrusione diretta ed estrusione indiretta. Nel caso dell’estrusione diretta il carico partendo dal punto zero cresce in maniera lineare fino ad A (valore massimo) e da questo punto in poi il materiale comincia a deformarsi e a defluire fino ad arrivare al punto B, l’andamento è decrescente perché sia la forza di attrito che il materiale diminuiscono all’aumentare della corsa. Dal punto B in poi il materiale comincia a fuoriuscire dalla matrice. Nel caso dell’estrusione indiretta l’andamento è differente perché in questo caso il materiale non ha moto relativo rispetto al contenitore quindi le forze di attrito tra contenitore e materiale non ci sono e rimangono soltanto le forze di attrito tra materiale e matrice che sono costanti. La zona B si definisci come zona morta. Al primo tratto OA della curva corrisponde un meccanismo preliminare di ricalcatura della billetta. Il tratto AB corrisponde all’estrusione vera e propria. Tal tratto è costante per l’estrusione inversa, diminuisce nel caso dell’estrusione diretta. Le forza di attrito infatti diminuiscono a causa della riduzione della superficie di contatto materiale estruso-camera di estrusione man mano che il materiale fuoriesce. L’ultimo tratto, dopo il punto B, corrisponde alla zona in cui lo spintore ha raggiunto la zona morta. L’attrito lo si può calcolare mettendo in relazione la forza necessaria da applicare allo spintone e la corsa dello spintone stesso. Estrusione idrostatica la billetta ha un diametro più piccolo rispetto a quello del contenitore. In questo caso, infatti, si deve permettere ad un fluido di interporsi tra la billetta e le pareti del contenitore dello spintore. Il fluido riveste la billetta e le trasferisce la pressione generata mediante un pistone che lo comprime. Diversamente dall’estrusione diretta, in questo caso l’attrito è molto minore poiché sia le pareti del contenitore che quelle dello spintone non sono a contatto con il materiale da estrudere. Trafilatura. La trafilatura è un processo per deformazione plastica in cui un semilavorato metalli è costretto attraverso una forza di trazione a passare in un foro calibrato detto filiera. Il semilavorato subisce pertanto una riduzione della dimensione della sezione trasversale assumendo la dimensione e la forma della filiera. Il meccanismo di deformazione che si instaura è risulta simile al processo di estrusione. Esistono tuttavia delle importanti differenze: Il materiale nella trafilatura è tirato mentre nell’estrusione viene spinto a passare attraverso la matrice; La trafilatura avviene quasi esclusivamente a freddo; L’attenzione alla lubrificazione deve essere massima; Le filiere sono caratterizzate da angoli di conicità molto più bassi. Laminazione. La laminazione è un processo di formatura che permette la riduzione della sezione trasversale di un solido, attraverso l’azione di compressione esercitata durante il passaggio attraverso due rulli ruotanti alla stessa velocità. Due tipologie principali: Flat rolling Le generatici dei rulli sono rettilinee. Il processo è finalizzato alla sola riduzione dello spessore. Shape rolling. Laminazione attraverso scanalature chiuse. Le generatrici dei rulli hanno un profilo definito e conferiscono una forma al laminato. I processi di laminazione possono essere effettuati a caldo e a freddo. I processi shape rolling sono quasi esclusivamente condotti a caldo. La laminazione a freddo è impiegata negli ultimi passaggi flat rolling poiché consente una buona finitura superficiale. In figura sono riportati i più comuni prodotti della laminazione. Grano cristallino-laminazione a caldo. Cambiamenti nella struttura del grano cristallino dei metalli durante la laminazione a caldo. La riduzione delle dimensioni di grano nei metalli determina un aumento della resistenza meccanica e della duttilità. Condizione d’imbocco. Si riferisce alla condizione geometrica e la relazione tra il materiale in laminazione e la zona di ingresso, è necessario che l’angolo di contatto sia minore del coefficiente d’attrito. Affinché i cilindri siano in grado di trascinare il materiale è necessario che la componente Ft (Forza di trascinamento) prevalga rispetto alla Fr (Forza radiale). µ > Tanα Utensile monotagliente. Le forze agenti sull’utensile in tornitura: Fc è la forza di taglio, Ft la forza di avanzamento ed Fr la forza di repulsione che tende a far allontanare l’utensile dal pezzo in direzione radiale. Fx = forza di resistenza all’avanzamento: Agisce in direzione longitudinale, parallelamente alla direzione di avanzamento; Fy = forza di repulsione: Agisce in senso radiale e tende a distaccare l’utensile dal pezzo; Fz = forza principale di taglio: Agisce sulla punta dell’utensile dall’alto in basso, provocandone la sua inflessione. Lo spessore del truciolo è legato all’avanzamento e la sua larghezza alla profondità di passata. Angoli tagliente. Lo scorrimento avviene lungo un piano ben definito denominato il piano di taglio (OA) inclinato di un angolo Φ Phi (angolo di taglio). Sotto il piano di taglio, il pezzo rimane indeformato; sopra di esso, il truciolo che si è già formato si muove lungo la faccia inclinata dell'utensile. da cui ne segue che la deformazione γ gamma è funzione dell’angolo di spoglia superiore γ gamma e dell’angolo di scorrimento Φ Phi: Le forze che agiscono nel taglio ortogonale. La forza di taglio, Fz agisce nella direzione della velocità di taglio, v, e fornisce l'energia necessaria per il taglio. La forza di spinta, Fx, agisce in direzione normale alla forza di taglio. Queste due forze producono la forza risultante, R. Si noti che la forza risultante può essere risolta in due componenti sulla superficie dell'utensile: una forza di attrito, T lungo l'interfaccia utensile-truciolo e una forza normale, N perpendicolare ad essa. Esse formano: per le forze di taglio un angolo Φ Phi e per le forze di attrito un angolo ρ Rho. Angolo di inclinazione del tagliente principale λ lambda Influenza la robustezza della punta (analogamente a γ gamma), è negativo nelle placchette ceramiche dove avviene una compressione. Influenza sul deflusso del truciolo continuo (con Ψ psi) può danneggiare la superficie lavorata, rompere organi della macchina e addirittura può essere pericoloso per l’operatore, mentre con Ψ = 0 abbiamo gli utensili a coltello: - λ > 0 (truciolo verso l’esterno); - λ < 0 (truciolo verso il pezzo). Un aumento dell’angolo λ di inclinazione del tagliente principale negativo genera un aumento della forza di repulsione Fy. Ciò può indurre vibrazioni nel sistema macchina-pezzo-utensile estremamente nocive in sistemi poco rigidi. Il truciolo a molla di orologio si ottiene in funzione di lambda con un angolo di 45° Angoli di registrazione del tagliente principale e secondario X e X’ chi L’angolo X definisce l’orientamento dell’asse dell’utensile rispetto alla generatrice della superficie lavorata. Essi sono anche funzione degli angoli del tagliente principale e secondario. Dipendenza dalla geometria della superficie lavorata e dagli angoli dei taglienti principale e secondario e determinano la finitura insieme all’avanzamento a e al raggio di raccordo r dell’utensile: L’angolo X definisce l’orientamento dell’asse dell’utensile rispetto alla generatrice della superficie lavorata. Essi variano in funzione del profilo lavorato: Materiali Materiali ceramici Alta resistenza a compressione e ad usura, altissima durezza, alta refrattarietà. Lavorazione di materiali molto duri e ad alta velocità per aumentare la temperatura di regime e ‘duttilizzare’ l’utensile in corrispondenza della punta; Estrema fragilità (fissaggio allo stelo per brasatura di superfici metallizzate o dispositivi meccanici su inserti di metallo duro); Geometria ottimizzata del tagliente (sollecitazione di compressione, assenza di vibrazioni, alte VT); Sinterizzazione (1600-1800°C dopo compressione a freddo, oppure sinterizzazione metrice ceramica e successivo inserimento di ossidi metallici successivo mediante tecnica ‘sotto-vuoto’); Diamanti Molto duri e molto fragili (macchine veloci, stabili, senza vibrazioni). Alta durata del tagliente, finitura paragonabile alla rettifica (micron, dovuta alla precisione del tagliente ed al basso coefficiente di attrito). Naturali, sintetici (riscaldamento della grafite in bagno di sale ad alta pressione con fusione della grafite e ricristallizzazione nella forma di diamante) o sinterizzati (dalla polvere a 2400°C e 7 GPa); Diamanti policristallini (strato di diamante e legante depositato su carburo); Non adatti a lavorare i materiali ferrosi (innesco di reazioni chimiche con ossigeno); Cermets Buona tenacità, refrattarietà e resistenza all’usura; Fenomeni di usura dell’utensile Indipendentemente dal materiale da cui è costituito, l’utensile non mantiene la geometria iniziale per un tempo infinito ma a causa delle sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche che subisce durante la lavorazione, presenta inevitabilmente fenomeni di usura. I meccanismi principali di usura sono i seguenti: Usura per abrasione: Presenza di particelle di elevata durezza (carburi , nitruri, ossidi); Usura per diffusione: Passaggio di atomi tra materiale ed utensile, Usura per ossidazione: Ossidi di W e Co; Usura per adesione: Formazione del tagliente di riporto; Usura per deformazione plastica: Compressione e scorrimento; Usura per fatica: Ripetute variazioni di forze e temperature. VB KT KM Il labro di usura è un deterioramento del profilo del tagliente causato delle sollecitazioni termiche e fisiche che avvengono durante il processo di lavorazione, mentre il cratere si forma sul petto dell’utensile a causa delle forze di attrito dovute allo scorrimento del materiale. VB: Larghezza del labbro di usura sul fianco principale. KT: Profondità del cratere sul petto dell’utensile. KM: Distanza del punto medio del cratere dal tagliente dallo spigolo tagliente originario. VS e KS: esprimono l’arretramento dello spigolo tagliente originario dovuto all’usura prodotta rispettivamente sul fianco e sul petto dell’utensile. Dipendono dal tempo VB, KT mentre KM dipende esclusivamente dalla velocità di taglio e dall’avanzamento. Facendo riferimento ad un utensile da tornio l’usura si manifesta nel modo seguente: Sul petto con la formazione del cratere di usura. Sul fianco con la formazione del labbro di usura. Si noti come l’usura varia le dimensioni e gli angoli caratteristici. La relazione di Taylor La relazione di Taylor permette la determinazione sperimentalmente della relazione esistente tra durata dell’utensile e velocità di taglio, considerando fissi tutti gli altri parametri (avanzamento e profondità di passata). Nella pratica si effettuano delle prove di durata T (criterio del VB max) a diverse fissate velocità. Si ottiene in questo modo la curva riportata in figura in scala logaritmica. La pendenza della retta è legata al coefficiente n e l’intercetta con le ascisse è legata a v1. Il valore della pendenza di queste curve coincide con l’inverso dell’esponente n dell’equazione di durata, cambiato di segno. Relazione tra la temperatura misurata durante la lavorazione e la durata del tagliente (labbro di usura). Si noti che temperature di lavorazione elevate comportano una drastica riduzione della durata del tagliente. La relazione generalizzata di Taylor lega la velocità di taglio con la durata dell’utensile, tenendo presente anche l’influenza dell’avanzamento a e della profondità di passata p. La capacità di resistere ai fenomeni di usura dei materiali ceramici ha una minore sensibilità alle variazioni di velocità. Lavorazioni a moto di taglio rettilineo (lavorazioni in disuso) Stozzatura è una lavorazione utilizzata nella produzione di serie per realizzare superfici interne ed esterne anche complesse e con elevate caratteristiche di qualità superficiale e dimensionale, si utilizza per la realizzazione di superfici interne partendo da fori pre-eseguiti. Limatura e piallatura sono lavorazioni che hanno in comune una bassa produttività e una scarsa finitura superficiale compensata dalla possibilità di utilizzare utensili monotaglienti di basso costo. Queste tecniche vengono utilizzate per la realizzazione di superfici esterne piane. Si impiegano utensili monotaglienti con geometria simile a quella impiegata negli utensili da tornio. Tali utensili sono costruiti in acciaio superrapido ma possono essere usati anche degli inserti di carburi sinterizzati purchè si adatti a resistere agli urti che l’utensile subisce in tali lavorazioni. Brocciatura In tale lavorazione un utensile pluritagliente detto broccia possiede il moto di taglio (rettilineo continuo). Il moto di alimentazione e definito dalla disposizione dei denti sulla broccia. La lavorazione si svolge in una corsa della broccia. La brocciatura può essere effettuata anche per la finitura dei fori in sostituzione dell’alesatura o della rettifica. La rettifica L’operazione di rettifica consiste nell’asportazione di soprametallo sotto forma di trucioli di piccolissime dimensioni mediante utensili chiamati mole. Tale lavorazione è destinata all’ottenimento di superfici di elevata finitura superficiale e di precisione dimensionale e di forma. Gli utensili destinati a tale tipo di lavorazione sono costituiti da un elevato numero di grani abrasivi amalgamate tramite un legante. Può essere un esempio un pezzo lavorato per tornitura il quale verrà realizzato attraverso utensili monotaglienti e avrà una certa rugosità, se tale rugosità non sarà possibile rifinirla con la tornitura per quanto siano corretti i parametri di taglio (ad esempio con avanzamenti molto ridotti), si dovrà effettuare una lavorazione successiva per ottenere il grado di rugosità atteso. Questa lavorazione successiva consiste proprio nella rettifica. Saldatura, Saldature per resistenza. Il riscaldamento del materiale avviene per effetto Joule, mentre la saldatura avviene applicando una pressione. Non vi è metallo di apporto. La tendenza che si è andata affermando vuole infatti la massima velocizzazione del processo, per accelerare i tempi di lavoro, ridurre il riscaldamento generale dei pezzi limitando i consumi di energia elettrica, la formazione di impronte e, per evitare la diminuzione della concentrazione termica nei punti di saldatura, il deterioramento delle punte degli elettrodi. Parametri di processo: • Pressione : va scelta accuratamente bassa (incollatura), alta (foratura). • Corrente e tempo : Si cerca di utilizzare t brevi per limitare la trasmissione del calore verso gli elettrodi. • Applicazioni : saldatura di lamiere. Utilizzando t brevi è possibile saldare acciaio inox. • A Rulli : Applicazioni su lamiere sottili. Due esempi di configurazioni di elettrodi impiegate per rendere accessibile la saldatura per punti su giunti di forma complessa. Nell’immagine qui sotto. (a) Illustrazione del processo di saldatura continua, con elettrodi a rullo; (b) punti di saldatura sovrapposti che generano un giunto ininterrotto a tenuta stagna; (c) sezione trasversale di una saldatura per punti spaziati ottenuta con elettrodi a rullo; (d) saldatura continua con deformazione plastica di due lamiere parzialmente sovrapposte. (a) Saldatura per resistenza Sequenza di operazioni nel processo di saldatura per attrito. (1) Il pezzo sulla sinistra viene posto in rotazione ad alta velocità. (2) Il pezzo sulla destra è spinto in contatto esercitando un carico assiale. (3) Il carico assiale viene aumentato e il pezzo sulla sinistra viene fermato; contemporaneamente inizia la formazione della bava. (4) Infine, dopo che è stata raggiunta una specifica lunghezza di ricalcatura, il processo è completato. La lunghezza di ricalcatura è la distanza di cui vengono avvicinati i pezzi dopo il loro primo contatto; pertanto la lunghezza totale dopo saldatura è inferiore alla somma delle lunghezze dei due singoli pezzi. Conformazioni della zona di saldatura in funzione della forza applicata e della velocità di rotazione, incide sulla formazione della bava: Illustrazione schematica del processo di friction stir welding. Con questo metodo sono state saldate piastre di alluminio di spessore fino a 75 mm: pochissimi secondi. La temperatura sviluppata d’arco è circa 3000°C e porta a fusione sia il materiale dell’elettrodo che il giunto da saldare formando il cordone di saldatura. Saldatura all’arco elettrico in atmosfera protettiva MIG – Metal Inert Gas. Questa tecnologia è caratterizzata dalla fusione di un metallo d’apporto, sotto forma di filo continuo, entro una atmosfera protettiva dovuta a un flusso di gas inerte. Materiale d’apporto e gas sono condotti da una torcia, che fornisce direttamente al filo l’energia elettrica, mentre l’arco che scocca tra l’estremità del filo e il pezzo da saldare permette il raggiungimento della temperatura di fusione. Un opportuno dispositivo provvede a far avanzare il filo in relazione al suo consumo con velocità costante e quindi il processo si presta ad essere automatizzato ed utilizzato sui robot di saldatura. I gas inerti tipicamente sono: Argon ed Elio. Il sistema MIG viene considerato il miglior procedimento attuale di saldatura, in quanto fornisce buona qualità delle saldature con costi non eccessivi e buone velocità di esecuzione. Saldatura all’arco elettrico in atmosfera attiva MAG – Metal Active Gas. Questa tecnologia è del tutto analoga alla precedente, differisce solo per la sostituzione del gas inerte con l’anidride carbonica CO2. Questo gas però non è inerte e alle alte temperature, partecipa al processo di saldature innescando una serie di reazioni chimiche. Il MAG non può essere usato quando si vuole mantenere sotto stretto controllo gli elementi di lega. Vantaggi tecnologici del processo MIG/MAG: (rispetto al processo conelettrodi rivestiti). - continuità del processo di saldatura; - assenza di scoria (produttività); - migliore visibilità del bagno di fusione rispetto all’arco sommerso; - elevate velocità di saldatura; - assenza di H2O nell’atmosfera (infragilimento da idrogeno). Limitazione del processo: - apparecchiatura complessa, più costosa e meno trasportabile; - la torcia è ingombrante; - occorre evitare che correnti d’aria investano la zona di saldatura. Applicazioni: Gas inerti: si saldano alluminio, rame, e in parte acciai inox CO2: si utilizza per saldare acciai dolci o basso legati. Saldatura all’arco elettrico con elettrodo infusibile in atmosfera protettiva TIG – TungstenInert Gas. Questa tecnologia utilizza un elettrodo di tungsteno infusibile in atmosfera protettiva di gas inerte (argon). L’elettrodo è infusibile. Il materiale d’apporto è fornito in bacchette e viene maneggiato a mano. L’arco elettrico scocca fra l’elettrodo di tungsteno e i pezzi da giuntare preventivamente preparati. L’elettrodo, la bacchetta di materiale di apporto, il bagno e l’arco sono protette dalla contaminazione dell’atmosfera da un flusso di gas inerte. La torcia è collegata al generatore, alla bombola del gas e, nel caso di elevate correnti (>200 A), ad un sistema di raffreddamento ad acqua. A prescindere che si può saldare qualsiasi materiale, questo processo è particolarmente indicato per la saldatura delle leghe leggere di alluminio e per la saldatura degli acciai inossidabili. Gas di protezione: - Argon: come per MIG/MAG - Elio: come per MIG/MAG - Miscele: tipiche Ar – He, Ar – H, (acciai inox austenitici) Ar – CO2 La saldatura in gas inerte risulta priva di ossidazioni, scorie e di porosità; i cordoni sono caratterizzati da una buona estetica e da una perfetta penetrazione. I giunti saldati presentano eccellenti qualità metallurgiche. Schiume metalliche Processo a stampo chiuso. Semisolido Andiamo ad analizzare il processo per la produzione di schiume in alluminio che hanno caratteristiche come la temperatura di fusione del materiale molto bassa e infatti il suo utilizzo è molto diffuso. Le polveri di alluminio vengono additivate con un agente schiumante che consiste in un elemento che in grado di rilasciare gas ad una certa temperatura (idruro di titanio), questo elemento ad una temperatura di circa 450 °C rilascia idrogeno in fase gassosa, poi eventualmente si aggiungono ulteriori additivi al fine di andare a stabilizzare la fase di schiumatura ovvero la fase di formazione di bolle. Questi tre elementi vengono miscelati per poi essere lavorati. Una polvere metallica (Al) e un agente schiumante (TiH2) vengono miscelati e successivamente compattati con l’obiettivo di ottenere un precursore destinato al trattamento termico. La miscelazione è necessaria per ottenere una buona dispersione, il carburo di silicio viene aggiunto perché aumenta la viscosità del materiale quando va in temperatura e quindi rende più stabile la formazione delle bolle e fa sì che la bolla abbia più difficoltà a collassare su sé stessa. Una volta miscelate le polveri si passa alla fase 2 ovvero alla compattazione che nell’immagine è rappresentato da uno stampo, il risultato si vede nella terza immagine successiva alla fase 2. Il dischetto è composto da alluminio e al suo interno ha sia l’agente schiumante che il carburo di silicio dispersi in modo omogeneo. Il precursore ottenuto viene riscaldato in forno fino alla temperatura di fusione, poi superati i 450 °C l’alluminio comincia ad andare in una fase semisolida, l’idruro di titanio comincia a dissociare l’idrogeno in fase gassosa e i precursori cominciano ad aumentare in volume fino ad assumere la forma desiderata nello stampo. Ottenuto il pieno riempimento si potrà raffreddare lo stampo e dopodiché si potrà estrarre l’oggetto.