Lavorazioni primarie e secondarie, Slide di Tecnologia Meccanica

Scarica Lavorazioni primarie e secondarie e più Slide in PDF di Tecnologia Meccanica solo su Docsity! 1.1- La tecnologia meccanica Le tecnologie di produzione (o tecnologie di lavorazione meccanica) costituiscono l'insieme dei processi (fisici e chimici) e dei metodi per modificare la geometria, le proprietà e l'aspetto di un materiale grezzo in ingresso al fine di realizzare un prodotto o delle parti di esso. Il sistema di produzione più vicino al processo sono le macchine e gli utensili, questi lavorano sfruttando energia meccanica o termica. Lo scopo è passare da un materiale grezzo preso da un fornitore e trasformarlo in un pezzo con una forma ben definita. Nella produzione ci saranno degli scarti (o sfridi) e dei rifiuti industriali (oli di lavorazione...) Materiale vtr Pezzo iniziale processato v Scanti e rifiuti Sottolineiamo che processo lavorazione e trasformazione sono sinonimi. In un processo dobbiamo introdurre sia materia che energia. Il materiale in ingresso viene detto grezzo o semilavorato a seconda del contesto. | processi di trasformazione sono generalmente molto lunghi e solo all'ultimo processo di una catena di produzione potremmo parlare di prodotto finito. In generale possiamo dire che da un processo all'altro entrano ed escono dei semilavorati. Come si vede dallo schema, all'uscita di ogni processo abbiamo, oltre al semilavorato, anche degli scarti di produzione, dell'energia che in parte può essere riutilizzata (ad esempio se nel processo usiamo del vapore, che durante il processo condensa in acqua ad alta temperatura, possiamo tramite scambiatori di calore recuperare energia da questa acqua) e altra che viene irreversibilmente persa, inoltre possiamo ottenere anche dei feedback sotto forma di dati statistici per migliorare il processo. Informazioni || Tecnologiche Gestionali Semilavorato / Semilavorato Altri Materiali Sfridi / Scarti GS Energia Meccanica recuperabile Elettrica Termica Chimica Energia persa alielguae rateali Macchine Feedback sul processo Utensili Attrezzature Risorse ] Inserite nell'oggetto Manodopera Da un punto di vista economico la produzione è la trasformazione di materie prime o semilavoratiin oggetti di maggior valore, quindi le trasformazioni aggiungono valore al semilavorato e quindi il valore aggiunto compensa il costo della lavorazione. Processi manifatturieri continui e discreti Produzione per processo: prodotti continui Il prodotto in uscita dal processo sono prodotti continui quando sono dei semilavorati, non possono essere scomposti andando a ritroso perché i componenti originari non sono più distinguibili tra loro a valle della trasformazione (ad esempio delle viti finita la trasformazione sono tutte uguali). Questi vengono detti continui perché non vengono venduti al dettaglio ma per unità di peso o di volume. Lezioni Pagina 1 Produzione per parti: prodotti discreti Non ci occuperemo molto delle lavorazioni di processo, ma principalmente tratteremo le lavorazioni discrete o per parti. Queste lavorazioni trattano semilavorati o prodotti finiti che si possono contare (discreti) e che sono composti da un numero finito di parti. Caratteristica delle lavorazioni per parti è che il prodotto finito sia un assieme, ovvero composto da molti singole parti assemblate insieme. L'assemblaggio inizia con dei sotto assiemi, che poi vengono assemblati tra di loro fino ad avere il prodotto finito. Una caratteristica della produzione moderna è avere dei fornitori, quindi a differenza delle aziende all'inizio del secolo, in cui tutto veniva prodotto dalla stessa azienda, ora le parti vengono acquistate da aziende specializzate. Questo fatto porta ad avere parti con una qualità maggiore, ma complica alle volte la fase di progettazione di un nuovo pezzo. La produzione per parti è composta dalle fasi di: - Fabbricazione: Insieme delle lavorazioni (trasformazioni) che modificano la forma, le dimensioni, lo stato superficiale di parti singole. - Assemblaggio: Insieme delle operazioni di giustapposizione di almeno due parti singole per formare un assieme. Tipicamente le aziende che vendono il prodotto finito (Bosch, Siemens...) non sono aziende di fabbricazione ma aziende di assemblaggio. Assemblaggio e complessità di produzione Dei fattori per misurare la complessità sono: - Il numero di parti che vanno assemblate; - volumi produttivi; - I tempi di setup | tre fattori ovviamente influenzano la complessità di produzione se il loro numero è alto, molte parti da assemblare, molti prodotti fabbricati durante l'anno. Un pezzo si dice prodotto in serie limitata se ne vengono prodotti da 1 a 100 all'anno, una produzione media di un pezzo implica una produzione dalle 100 alle 10.000 unità annue, mentre oltre si parla di produzione in grande serie. Questi limiti tra unità ovviamente sono arbitrari. Oltre non sempre produrre molti pezzi è un vantaggio, infatti una serie di prodotto limitata permette una maggior personalizzazione del prodotto finito, al fine di andare in contro al meglio alle specifiche richieste dal cliente. 4 Vi è generalmente una correlazione inversa tra varietà di prodotto e dimensione dei lotti di produzione in termini di operazioni industriali. Varietà di prodotto E 10° 10 Quantitativo di produzione Infine un altro che influenza la complessità del processo è il setup delle macchine di produzione. Con setup si intende l'operazione di preparazione della macchina per effettuare una lavorazione specifica, quindi comprende l'impostare la macchina correttamente sia da un punto di vista di programma (tornio o fresa automatizzati) che da un punto di vista degli utensili; far andare a regime la macchina, infatti i primi pezzi spesso sono di scarto etc.. Più setup vanno fatti a una stessa macchina durante il periodo di lavorazione del prodotto e più aumenta la complessità di produzione. L'operazione di setup può richiedere anche delle ore o addirittura dei giorni. Capacità di una fabbrica La capacità di una fabbrica indica quanti pezzi una fabbrica può produrre. Si riferisce ai limiti tecnici e fisici di un'impresa. La capacità tecnica coinvolge sia i processi fisici che le competenze professionali del personale; la capacità produttiva invece si riferisci specificamente alla quantità di pezzi producibili nel periodo di tempo Ritmo produttivo e tempo ciclo Il ritmo produttivo di un processo è il numero di parti prodotte inun determinato tempo e si misura in parti per ora(jobs/hour=JBH); il tempo ciclo è l'intervallo di tempo tra due uscite successive di pezzi (comprende anche i tempi di setup) ed è l'inverso del ritmo produttivo. Processi di produzione: - Colata: fusione in forma transitoria o in forma permanente Lezioni Pagina 2 prezzo del processo, la disponibilità di macchinari, la facilità di realizzazione (influenzata da materiale e dimensioni del pezzo). @ Fonderia Metallurgia delle Polveri 0 Prima Dopo Forgiatura o Ricalcatura () Estrusione (d [Asportazione di Truciolo @ Gollegamento Giunzione (es. saldatura) Lezioni Pagina 5 1.2 - La prova di trazione e traversa i Carico messimo I RL Punto di frattura Somme L r ab £ Regione plastica | Traversa = ; Mobile 7 È È Tool $ Regione elastica T I assente attori »ll«— scostamento 0.2% Detormazione, e Lo sforzo uniassiale in direzione di trazione è: F È dL L o=— s=|=In_- S iL Ed è lo sforzo reale, a differenza dello sforzo calcolato come forza su variazione di allungamento che è lo sforzo ingegneristico. Definisco lo sforzo reale poiché, visto che s a un certo punto diminuisce, creano un legame costitutivo: In campo elastico il legame tra sigma e epsilon è lineare, mentre in quello plastico sappiano che il legame è dato da: e=In(1+e) o=s(l+e) o=Ke" l'esponente n viene detto esponente di incrudimento ed è minore di uno. L'incrudimento è il fatto che la sigma da applicare deve aumentare nel campo plastico perché il materiale si indurisce. Differenziamo F, e la imponiamo uguale a zero per cercare il punto di stazionarietà: dF = 0 F=0S-+dF =0dS+Sdo o S Chiediamo che ci sia la costanza del volume (almeno nel campo plastico): d(SL)=0- LdS+SdL=0 dial Hide ; ci Pricha ds Quindi al ridursi della sezione aumenta la lunghezza. Quindi, poiché compare 7 con de Lezioni Pagina 6 _dS dl _ de SOL Quindi: di o=kKe" — =0 de do _ hke" de \panKe!=Ke">e=n : Spesso per calcolare n si riportano i punti della prova di trazione su di un diagramma in scala logaritmica, che rende rettilineo il tratto plastico della prova. Tensione reale, 0 (ksi) A Î 100| — Inizio stri a Pendenza n= b 1 | __ 0.001 0.01 0.1 alb 10 Detormazione reale, izione La duttilità è rappresentata dal punto finale della curva, più la curva è lunga e più il materiale è duttile; la tenacità di un materiale è rappresentata dall'area sottesa alla curva, infine la rigidezza è rappresentata dal primo tratto. 180 160 140 120 100 80 True stress (psi x 105) 60 40 20 0 304 Stainless steel _] 1200 Le curve di un ,materiale sottoposto a riscaldamento e successiva deformazione, evidenziano l'allungamento del campo plastico e l'abbassamento del punto di snervamento; quindi le curve risultano abbassate Ceramica e spostate verso destra; facendo aumentare la duttilità e riducendo la resistenza del materiale in esame. AI surriscaldamento i materiali reagiscono in modo diverso, ad esempio i materiali ceramici, hanno bisogno di alte temperature per poter apprezzare una riduzione di durezza al crescere della temperatura, mentre acciai basso legati diminuiscono velocemente la loro resistenza all'aumentare della temperatura. 70-30 Brass, as received 8650. Steel _l ro00 Vai Brass, annealed 1112 CR Stee/1130 Sb | - 800 i 7 seg 100 Steel s L (5 VO L-Topper, annealed -| 600 3 Od 3 400 1100-O Al 6061-O AI _ _T [pre AT î 1100-H14 AI L 1 0 002 0406 08 10 12 14 16 18° 20 Acciaio alto legato Durezza Acciaio basso legato _____r_ir , 0 250 500 Temperatura, °C Altri fattori che influiscono sul comportamento elastoplastico del materiale sono ad esempio la pressione media che il corpo subisce (tensione idrostatica), vedremo il modificarsi infatti della curva della prova a trazione, se un provino viene testato a pressione atmosferica, a pressione più alta o più bassa. Un caso in cui la tensione idrostatica Lezioni Pagina 7 La forma generale di queste deformazioni è: 4 de, = di (ci _ 11%) 0, + 0: de, = di (e: 24%) 4 de, = di (e. _ 132) Dove il termine dA tiene conto della storia deformativa pregressa del materiale. Questo termine, nel caso di comportamento rigido plastico è stato ricavato indipendentemente sia da Levy che da von Mises. Imponendo quidni la costanza del volume e esprimendo il modulo di plasticità: 326303 v33 Wp ; ta —-— = modulo di plasticità de; Si possono scrivere le deformazioni come: de 0, +0: cf 2 +03 dej=-|0,- ——è si vi (o. 3) de 0, +0: de, Fi (0.- 04%) % 2 de 07+0 deg = —£ 037 2 1 % 2 Da cui quindi ricaviamo: 1 1 i i sla 7 03) + (02 - 93) + (03 - 01) | 1 de; = Ye, - de) + (de, - des)? + (dez - de) Sforzo di flusso medio Si preferisce in virtù dello sforzo di flusso, poiché il materiale durante la deformazione incrudisce, quindi per evitare le complicazioni modellistiche viene calcolato come il valore medio nella curva di sforzo di deformazione dal valore iniziale a quello finale. Questo può anche essere letto come il rapporto tra il lavoro di deformazione e la deformazione stessa. _ 1 (€fin €rin hs ode -/ Ke"de Erin to o din La temperatura nelle lavorazioni di deformazione plastica La temperatura e la velocità di deformazione influenzano il tipo di lavorazione: - A freddo, temperatura ambiente - Atiepido, temperatura inferiore a quella di ricristallizzazione - Formatura a caldo, superiore alla temperatura di ricristallizzazione ma a bassa velocità - Isotermica dL v_dL de v=— =_—-=—-=#$ di L Ldt dt Valori tipici in diverse lavorazioni deformation rate Process True strain (1/8) Lavorazioni a freddo Forgiatura, laminazione 0.1-0.5 0.1-100 trafilatura x 0.05-0.5 0.1-100 Explosive forming 0.05-0.2 10-100 Lavorazioni in temperatura —ng Forgiatura, laminazione 0.1-0.5 0.1-30 estrusione AG 0.11 Machining 1-10 0.1-100 Sheet-metal forming 0.1-0.5 0.05-2 Superplastic forming 02-3 10%-10? Lavoro di deformazione Lezioni Pagina 10 Il lavoro di deformazione si suddivide in tre parti: - Lavoro ideale, prodotto da una deformazione senza deformazioni - Lavoro di attrito - Lavoro ridondante, dovuto alle distorsioni Conco iniziale di materiale, suddiviso in elementi a sezione quadrata. Deformazione ideale, senza distorsione Daformazione con distorsione La presenza di attrito nel materiale aggiunge delle problematiche nello studio del lavoro e nel deformare il materiale stesso: - Il flusso del metallo viene rallentato causando possibili difetti - Le forze e le potenze di lavorazioni aumentano - Gli utensili si usurano maggiormente - Si riduce la precisione dimensionale Nel valutare il lavoro totale quindi dobbiamo tenere conto delle altre componenti: _ Lia Ltot La relazione integrale per il calcolo del lavoro di deformazione plastica parte dal lavoro elementare di deformazione, ovvero quello che serve per deformare un volume elementare: er Lar -[ ade 0 Integrando poi il lavoro elementare su tutto il dominio spaziale otteniamo in lavoro di deformazione: Ly = [tuav Vv In particolare, per calcolare il lavoro nei casi pratici: Ltot = Lia +Latt+Lriai Lavorazioni a freddo E, 5, L i Holl - {[3.d5- e" .deé egge di Hollomon L,=|3-de=K[E -de F=R-E o o gnil sn = E Ke" _ 6. _ _ L,=K- = —— .g= -e=I,.€ n+1 n+l n+1 Sollecitazione ov Lavorazioni a caldo media di flusso v 7 [resi i E, E, SL L L,={0.de=0(de=0-z i 0 0 Tipologie ed effetti di attrito Un attrito troppo elevato, dovuto a temperature e pressioni, può portare all'aderenza, specie nel caso di formatura a caldo, che diventa strumento di trasporto completo della deformazione. Le forze di attrito dipendono da: - Pressione di contatto - Velocità relativa - Materiali - Rugosità - Lubrificanti - Temperatura - Cambiamento di forma delle superfici Gli effetti principali dell'attrito sono: Lezioni Pagina 11 - Limita il flusso di materiale nelle zone vicine al contatto - Ha un effetto distorcente fa fa at A 3 In7 A Questi sono solo stress apparenti poiché l’area di contatto reale è sempre molto inferiore all’area nominale, per via delle asperità delle superfici Modello coulombiano fa bfn3 Ta On Questo modello in realtà è limitato, infatti vale solo se le pressioni in gioco non sono molto elevate, inoltre l'andamento della t, nel modello coulombiano è crescente, mentre sappiamo dalla pratica che questa non può mai essere maggiore della resistenza massima di taglio del materiale più tenero. P=9n Modello dell'attrito di Tresca Questa modellazione tiene conto del massimo sforzo di taglio ammissibile, infatti secondo von Mises o Tmax 7 3 E quindi la relazione tiene conto del fattore di attrito m: Ta M'Tmax ce secondo Tresca Lezioni Pagina 12 - INiformaenmaNENtE, dove lo;stampo vienerriutilizzato più volte: (numero idealmente infinito). Ha una sua vita che dura tra le 1000 e le 10000 colate prima di dover subire un restauro. Lo stampo sarà di materiale metallico; con un punto di fusione più alto del materiale fuso che inseriremo e con una formatale per cui non si formino /sottosguagd (ovvero dei problemi di, estrazione del pezzo dalla forma). Il processo quindi è composto da: - Fabbricazione della forma (una tantum se permanente, ogni volta se transitoria), - Colata vera e propria, - Solidificazione del materiale, - Rottura della forma (se transitoria) e estrazione del pezzo. Il processo tipico di fonderia è lalealatalimisabbia, tuttavia altre lavorazioni moderne sono la | sottosquadri: (citati sopra) sî possono presentare sia in forme permanenti impedendo l'estrazione del pezzo dalla forma; che nelle forme transitorie, anche se in questo caso il. problema riguardalilestrazionerdelimodeliardalilanforma. È importante notare che una cavità nel pezzo sarà sempre in sottosquadro, quindi per creare nello stampo queste cavità vengono utilizzate le anime. Può essere usata per creare forme complesse sia esternamente al pezzo che internamente. Alcune. tecniche di fonderia sono in grado di produrre pezzimetishape, ovvero che non necessitano. tolleranza naturale dei processi di fonderia richiede lavorazioni di finitura successive (processi near net shape). Untaltrolvantaggiondellatcolata è la produzione di pezzi di grandi dimensioni (alberi di trasmissione navali...) tuttavia le grandi dimensioni dei pezzi comportano un maggior rischio di formazione di Idealmente la colata può essere fatta su qualsiasi metallo, tuttavia ci sono metalli che rendono questo processo più vantaggioso; infatti ai processi di fonderia, o A seconda della tecnica utilizzata, si possono ottenere tolleranze dimensionali e rugosità superficiali piccole. tolleranza (mm) Lezioni Pagina 15 - Problematiche ambientali ed energetiche. Bacino di colata Metallo colato n Materozza in Anima Metallo fuso Stalta superore Canale di colata Unse di separazione Canale distributore Contenitore Staffa inforiore Stampo ® Schema del processo di colata della fonderia in terra: - Staffe (superiore e inferiore) separate da un piano di separazione - Contenitori, contengono la terra di fonderia - Dentro la forma abbiamo/lalsemilcavitàmdellalstaffalsuperiore e quella della Stafifalinferione che formano: © Bacimordircolata, imbocco del canale di colata. o Ilîcanalerdircolata, punto di iniezione del metallo o ®analetdistributare, posto normalmente sul piano di distribuzione delle staffe e per anime sono sempre in sottosquadro, quindi non possono essere create con il modello, altrimenti verrebbero distrutte nell'estrazione. Supponendo che il calore specifico non vari al variare della temperatura, che la temperatura di fusione sia unica (quindi risulta un modello non applicabile alle leghe) e che durante il riscaldamento non venga scambiato calore con l'ambiente: 1 3 _——— LZ __—-- H = pV |Cs(Tu — To) +Hp + Ci(Tp— Ty) H: calore totale [J] p: densità metallo [g/cm3] H;: calore latente di fusione [J/g] V: volume metallo da riscaldare [cm®] Tn: temperatura di fusione del metallo [°C] lore specifico metallo solido imperatura iniziale [" C] [4/g* C) : temperatura di colata [" C] G;; calore specifico metallo liquido [y/g*® €) ll tempo di colata deve essere inferiore al tempo di solidificazione del pezzo, per permettere al metallo di riempire completamente la forma di fonderia, questo tempo è influenzato da: Lezioni Pagina 16 Il sistema di colata In generalelè composto: La velocità di colata viene impressa dal Ah del canale di colata. Vogliamo ora analizzare come determinare l'area della sezione trasversale del canale di colata. Q=vA=cost Q: portata volumetrica [cm?/s]. v: velocità del metallo [cm/s]. A: area della sezione trasversale del canale attraversato dal liquido [cm?]. Applicando la legge di continuità a due sezioni qualunque del canale: vA=VA h: altezza del liquido [cm] p: pressione sul liquido [N/cm?] p: densità metallo [g/cm®] g: costante di accelerazione gravitazionale — 981 [cm/s?]. Applicando la legge di Bernoulli a due sezioni qualunque del canale: Non considero in prima approssimazione gli attriti e le variazioni di pressione dovute al materiale colato. Lezioni Pagina 17 Lrs — Lra m Lrs In tutti i processi a caldo, il ritiro in fase solida da delle problematiche nella pianificazione del processo. Quindi dobbiamo utilizzare i coefficienti di contrazione lineare per decidere quanto più grande deve essere la forma per ottenere un pezzo della dimensione desiderata. 21% Stagno 21% Zinco 16% Leghe di alluminio 13% Ottone giallo 19%-16% Ghisa grigia 08%-19% Ghisa bianca 21% Magnesio 21% Leghe di magnesio 1.6% duerapporti, che verranno utilizzatilsuglirassirdelidiagrammardircaine: atm g_ Ma x= > wallora:y= "= 5 My Allo stesso modo si ricava materozza solidifichino con la stessa velocità di raffreddamento e x tenda a c, allora il volume della materozza tenderà all'infinito Lezioni Pagina 20 Mm _ Vin x=+--c allora y=— > 0 9g Per migliorare il modulo termico della materozza, senza aumentarne il volume possiamo ricorrere a materozza coivettate, ovvero le isoliamo termicamente affinché disperda meno calore. Esistono tipi di materozze diverse, ad esempio le abbiamo a cielo aperto e'cieche, tendenzialmente quelle cieche disperdono meno calore; e di forme anche diverse dalla forma cilindrica. Le materozze cieche hanno una cupola, non finiscono piatte. Le materozze cilindriche sono quelle più efficienti, infatti fissato un valore di X sono quelle con modulo termico più alto. Dimostrazione: H Rapporto di forma d=—- Mln gala D M V p p Tn? —D°H NunZ 4 __DH__Dd p=884 Mo ma M=xM S, 4H+D 4641 È di n xDH +D° Z6 T5 3 3 3 pala 4° pid (4641) Mme EM (4041) VA, y=f)=k-x° Non c'è il 2 nella formula della superficie di scambio, perché una delle superfici di scambio è a contatto con il pezzo, quindi non scambia calore. Anche la superficie di base superiore scambia. Studiando quindi l'andamento di Y in funzione dell'unica variabile libera, il \delta; vediamo che: Studiamo la dipendenza da delta: ot 3 3 _2Mp (45+1) d 04 4V, è r 009 ovvero x ; 008 = =k- y=SO=k-x co con 4 3 006 427 M} (46+1) 03 045f 06 075 09 105 12 135 15 AV, delta 3 2 dk _7M} (46+1) 25-1 Minimo in 0.5 dd 2, dò dò Si osserva pertanto che la materozza con delta 0.5 è più efficiente Le curve a isodelta, disegnate sul diagramma di Caine ci fanno vedere che per un delta di 0.5 avremo sempre la soluzione più vantaggiosa Lezioni Pagina 21 Curve ISODELTA 3 Una volta: * scelto il rapporto è a? \ 77 * fissato x = x* z 15 = = si ricava y = y* =Vm/Vg 10 12 14 16 18 20 SERI renna —— delta 0.5 ——delta 1 ——delta 1.5 Una materozza coivettata consente di avere rese maggiori: 27) 2.5ST Le spinte metallostatiche È una pressione esercitata dal metallo liquido sulla parete superiore, che tende a far sollevare la staffa superiore, quindi per contrastare la spinta nel caso in cui questa sia sufficiente da contrastare. la staffa superiore, si applicano[dei contrappesi essi fissano le staffe superiore e inferiore: Tensioni termiche Durante il raffreddamento allo stato solido, si possono generare quelle che sono tensioni di ritiro (in fonderia come per qualsiasi lavorazione a caldo). Prendendo una piastra piana con due asole e supponendo trascurabile lo sforzo sull'asse dello spessore, vogliamo capire la direzione di o 1 in direzione assiale. In generale lo stato di sforzo dovuto. alle tensioni non sarà piano ma tridimensionale. Dividiamo quindi la nostra piastra in 5 corpi, 2 corpi sottili a, du corpi massicci c e uno intermedio b Lezioni Pagina 22 2.2 - Processi di colata | metodi di fonderia sono in numero molto elevati, sia in forma transitoria che in forma permanente. Il processo tradizionale èlililsabbialotternfatdalfondenia; dettallallimerde perché è un processo in cui si lavora con polveri non essiccate. Colata in sabbia È un processo che consiste nel colare metallo fuso in una forma costruita in sabbia, una volta che il getto solidifica la forma viene rotta e il grezzo estratto. Idealmente tutte le leghe metalliche possono essere impiegate in questo processo, (inoltre anche il'processo stesso è molto versatile poiché permette di ottenere pezzi di un vasto range di dimensioni e di produrre dal singolo pezzo alle grandi serie di pezzi. Il processo di formatura consiste in tutte quelle fasi che ci servono per creare la forma. 1. Inizia con il progetto del pezzo che ci arriva dal progettista, progetto su cui dobbiamo. (sovradimensionare il pezzo per le finiture, creare gli angoli di sformo)[e le problematiche che) comporta il processo di fonderia (raccordare o smussare gli spigoli vivi per evitare formazioni di cricche). o % Ri o 3 ® + E sd sono gli angoli di sformo, ovverolche le pareti perfettamente verticali del progetto, siano in realtà angolate verso l'esterno, per evitare che la parete perfettamente verticale eroda la forma durante la sformatura. D formal l'anima come abbiamo detto va prodotta separatamente [perchélercavità re inforimeli . Quindi creazione del modello in legnolsi deve. Riempimento della prima stoffa Progetto Modello (2) Finitura dello prima ura, esecuzione del Buen dialto sarnada «ta fia dol Lezioni Pagina 25 Finilura dello prima staffa pigia lura, esecuzione dell tirate daria. Sp pae A LA Posa della seconda staffa, del canale di colata e del montante. A Riempimento della seconda staffa. Apertura delle due stoffe no della anima, C+ casse d'anima Gun, Fiompsiione dea fera po oa Blonde fra ela na 'Realizzazion A [Preparazione Realizzazioni Sabbia + lla sabbia della a Rimozione Metallo — sl LI Soliificazione Ge) ro crudo pone Goleta CAIO dellaformain[|—»|_ |> pozz Come detto llimodello puòressere; oltre che imlegno,limiplastica o metallo, a seconda della vita che il modello. Lezioni Pagina 26 (quindi ilimodello) in3:staffel dinutilizzare deirtasselli. Se abbiamo una porzione di forma in sottosquadro, posso produrre separatamente quella porzione della forma, come si fa per la produzione delle anime. Vediamo quindi che non solo i fori o le cavità del pezzo vengono prodotti con parti aggiuntive, ma anche altre superfici geometriche. Quindi l'anima è un tipo di tassello. Una regola empirica è che il baricentro sia nella portata d'anima, per evitare che l'anima fletta sotto le spinte metallostatiche. Anima Perni di supporto Materozza Canale di colata Linea di divisione - 1.9 @ © @ Lezioni Pagina 27 Vantaggi: *Buona finitura superficiale e un ottimo controllo dimensionale, «La solidificazione più rapida permessa dagli stampi in metallo consente di ottenere una struttura a grana fine, che corrisponde a una maggior robustezza del pezzo. Svantaggi: «Il processo si applica generalmente solo a metalli con basso punto di fusione. *Le limitazioni rispetto alle forme in sabbia sono il poter creare geometrie meno complesse (a causa della necessità di aprire lo stampo ed estrarre il pezzo) e il costo dello stampo più elevato. *Non si possono colare acciai. Gampi di applicazione: «I processi a stampi permanenti sono di solito usati per alti volumi di produzione, \e quindi consentono una forte automazione. «Esempi di grezzi realizzati con questo processo sono i pistoni delle automobili, i corpi delle pompe e alcuni parti di aerei e missi Queste tecniche sono qualitativamente simili alla colata in terra. I Lezioni Pagina 30 Vantaggi: “Alto tasso di produzione raggiungibile e quindi processo economico per grandi quantitativi di produzione. «Tolleranze dimensionali molto strette, dell'ordine di + 0.076 mm per parti di piccole dimensioni. *Buona finitura superficiale. *Spessori molto sottili, fino a circa 0,5 mm. «Raffreddamento rapido, che conferisce una granulometria fine e buone proprietà meccaniche al pezzo. Svantaggi: eLimitazioni nella geometria del componente, che deve essere estratto con facilità dallo stampo. Campi di applicazione: el processi a stampi permanenti sono di solito usati per alti volumi di produzione, che quindi consentono una forte automazione. «Esempi di grezzi realizzati con questo processo sono componenti del sistema frenante auto, cerniere per arredamento, componenti per motori elettrici e pompe. Forza gravità, WIN: W=mg Dove il raggio è espresso in metri, per la lunghezza dei pezzi. Il processo è apprezzato nell'industria 2a:RN \° è _\_60 R gR Il G-factor si calcola come: cp=-t. W o Lezioni Pagina 31 Un elevato valore di GF permette di lavorare in sicurezza, inoltre permette di ottenere una buona compattezza del materiale intorno alla parete. Vantaggi: *Le colate centrifughe sono caratterizzate da alte densità, in particolare in corrispondenza della superficie dove la forza centrifuga è massima. *La contrazione esterna dovuta alla solidificazione non è importante, poichè la forza centrifuga rialloca continuamente il metallo fuso verso la parete dello stampo durante la solidificazione. Le eventuali impurità tendono a concentrarsi sulla parete interna e se necessario possono essere facilmente rimosse mediante asportazione di truciolo. Svantaggi: «Controllo del diametro interni indiretto. Campi di applicazione: *Configurazione orizzontale: produzione di tubi non saldati di lunghezza elevata. *Configurazione verticale: piccoli pezzi di lunghezza non superiore al due volte il diametro (la forza di gravità spinge il materiale verso il basso, contribuendo a spessori non omogenei). Il carico, costituito da ferro, coke, flussante ed eventuali elementi leganti, viene inserito attraverso la bocca di carico posizionata a meno della metà dell'altezza del cubilotto. Memo Estero * L'aria necessaria alla combustione del coke viene introdotta attraverso delle aperture nella parte inferiore _ della parete. Lamina dccio * Il fondente reagisce con il coke per formare le scorie. Le scorie servono Camera a vento a coprire il metallo fuso, Mesi -—’Proteggendolo dalle reazioni con Topo l’ambiente interno al cubilotto e Conrar Dato riducendo la perdita di calore. Fondo gi sabbia —— Fer o . Usati peri metalli , esistono di diverse tipologie. LoL] - coponra —— Copertura Canale Sal ata ae e ‘Crogiolo estraibile in acciaio Fome a ago = Carburante Sitia Combustibile sd fidi rta Crogiolo estraibile Crogiolo fisso Crogiolo ribaltabile Lezioni Pagina 32 3.1 - Asportazione di truciolo l'analisi dei processi per asportazione di truciolo si basa sull'analisi del taglio libero ortogonale, un processo semplice da descrivere sotto i punti di vista dinamico e cinematico, che consente di capire il meccanismo elementare di formazione del truciolo, tuttavia poco usato nell'ambito industriale, per passare poi all'analisi di veri processi industriali complessi quali la tornitura, la foratura, la fresatura e la rettifica. Come vediamo dall'immagine, possiamo identificare nell'utensile da taglio due angoli di spoglia, superiore può essere Sia/positivo (più utilizzato) ma per alcuni casi viene utilizzato un angolo di spoglia negativo. L'angolo di spoglia superiore è detto Yo mentre quello inferiore è p. L'anoglo. Movimento del ruciolo Movimento dell'utenaile (relativo al pezzo) È Utensile Superficie di partenza da taglio a Superficie Angolo. levcesta de pera Detormazione superiore oe sense “negano ET _orogonale Tagienedell'itonele Taglonte Angolo di spoglia superiore —Angolo di spoglia superiore positivo negativo (monotagliente nel ‘ome o multitagliente come fresatura), che per il tipo di moto di taglio utilizzato e ovviamente anche per il risultato del processo. Movimento di taglio (utensile) Tornitura Superficie lavorata Movimento di taglio Movimento (pezzo) di avanza» pe; Î | Punta del trapano mento du (utensile) Foratura Movimento di avanzamento Utensile da taglio (‘tensile) N fre Fresatura Periferica da Movimento di taglio Rotazione a Superficie Superficie lavorata lavorata Movimento di avanza-. Movimento __| mento di avanzamento "| Fresatura (pezzo) (pezzo) Frontale NelllRomiEura abbiamo ET II lungo il pezzo affondando per lavorare il grezzo, L'operazione di tornitura si distingue in tornitura esterna, quando eseguita sul diametro esterno e tonitura interna SBinvece viene fatta. La fresatura è il processo in cui il taglio viene eseguito dalla rotazione della fresa, che relativamente al pezzo ha una direzione di avanzamento propria) La fresatura può essere periferica, quando la. velocità di avanzamento e dî rotazione hanno assi paralleli, mentre è frontale quando la fresatura. Lezioni Pagina 35 Le macchine, ovvero i sistemi che realizzano il processo sono: tornio, trapano e fresatrice. Nello specifico, sull'utensile, possiamo riconoscere, oltre agli angoli di spoglia, anche il bordo del tagliente, il petto, la punta dell'utensile e il fianco dello stesso. {_ socorgione \ \ \ r Patto. se { Direzione Bordo tagliente Le Punta dell'utensile — Fianco (raggio di punta) Utensile monotagliente Utensile a taglienti multipli ! parametri di taglio tasso di asportazione del. materiale: o materialiremoval rate. Questo parametro viene calcolato a partire da dei parametri empirici che sono la velocità deltaglio (1); lo-spessore della profondità di taglio (Hp) e l'avanzamento dell'utensie (f). Qmr = vefHn Rifacendoci al caso di taglio ortogonale libero, abbiamo un moto orizzontale dell'utensile nella direzione di taglio, relativamente al pezzo. l'Utensilettrasla'affondando nel materiale; asportando! [RE e Esp Erli e frimo cuindiOSpesoreela Possiamo sie inserire anche quello che è|l‘'angolo di spoglia, prendendo l'asse ortogonale alla velocità di taglio, e calcolando rispetto ad esso l'angolo Yo. infatti l'utensile affonda nella superficie deformando il truciolo e spingendolo contro il suo stesso petto, dando così la direzione al truciolo stesso. Le ipotesi.che dobbiamo considerare sono: Sull'utensile, nella trattazione 2-D riconosciamolil'petto, linea contro cui striscia il truciolo; il Fegliente) PuNtolchetrealitrucioo] torso] to suis faccia lla sUperige lavorata | parametri da considerare sono: Lezioni Pagina 36 [Tagiinte Gli'angolidi taglio caratteristici vanno dai 15° ai 30% tipicamente positivo; per l'angolodi spoglia] superiore Yo; angolo tra il petto e la normale alla velocità di taglio; l'angolo di spoglia inferiore, tipicamente tra i 2° ei 15°, co angolo tra il dorso e la direzione della velocità di taglio; l'angolo solido dell'utensile, Nello studio del taglio ortogonale libero, vogliamo|ilfattore diricalcamentor;. darcui poi potremmo] ricavare il valore dell'angolo dell'angolo di scorrimento. Dato che/ftg > ij} abbiamo cher; sarà minore di 1, quindi è una misura dello stato i deformazione Ron Pochi il olume e a massa del truciolo sono costanti; anche se con una considerevole incertezza sperimentale, possiamo ricavare il fattore di ricalcamento sperimentalmente, ricavando. fattore di ricalcamento: Noto r, si può ottenere il valore dell’angolo di _h t3 h Cl scorrimento dro h I, send seng h, Ico(6-r) ( -%) = MEI Ra r,-C0S7, Deformazione di taglio Come abbiamo detto truciolo viene ottenuto deformando il sovrametallo, quindi possiamo vedere. il truciolo come una serie di piastre parallele al piano di scorrimento e sovrapposte. Lezioni Pagina 37 temperatura, deformazione angolare, velocità di deformazione angolare - Piano di scorrimento posto per minimizzare l'energia del taglio. n= Fa - Fcosg_F;sing : F.-singcos($+8-7,) »"A/sing hyb/sing Oppure “a h,bcos(8-7,) Da cui otteniamo che: T_Yo b = yi è 4 2 2 Dove il fattore costante î introduce un errore, infatti è stato supposto costante tuttavia è specifico per ogni materiale. In azienda viene utilizzato un approccio più pratico per calcolare lo sforzo di taglio. Si parte ragionando sulla potenza assorbita nel taglio, dove il secondo termine sarà trascurabile. E=fovtf% / \ ; Potenza di Potenza di taglio avanzamento Quindi la potenza assorbita dalla macchina durante il processo, tiene conto di un rendimento! elettro-meccanico e vale: pz fc NEU Grove = g T efficienza meccanica Dove k; rappresenta la pressione di taglio per definizione della UNI ISO 3002/4 In prima approssimazione possiamo ritenere che il k. sia unico per il materiale, tuttavia nella pratica | valori così adottati per ricavare k; sono validi solo se ripetiamo il taglio nelle stesse condizioni in cui abbiamo ricavato il coefficiente. - Kes è la pressione di taglio specifica per asportare una sezione di truciolo di Imm?, con hip = Lezioni Pagina 40 Basati su utensile non usurato e spessore del truciolo indeformato hp = 0,25mm Acciaio al carbonio 150-200 1600 201-250 2200 251-900 2800 Leghe di acciaio 200-250 2200 251-300 2800 301-350 3600 351-400 4400 Ghise 125-175 1100 175-250 1600 Acciaio inossidabile 150-250 2800 Alluminio 50-100 700 Leghe di alluminio 100-150 800 Ottone 100-150 2200 Bronzo 100-150 zu Leghe di magnesio 50-100 Viene inoditt un attore di erezione per Ta pressione di agio el caso in culo spessore di truciolo sia diverso da 0,25mm ignorando le dipendenze da altr fattori, quali l'angolo spoglia frontale. e È 8 ì 8 s ° 2 È Tempe Ri ar 18} 14h 124 10 08 08 04h 02- iii did L 0.125 0.25 038 050 0.63 075 088 N! 125 Spessore del truciolo indeformato lp (mm) Dove Tè la temperatura di contatto,v; la velocità di taglio e i parametri K e m dipendono da tutti gli. altriparametrildirtaglio, velocitàlesclusa; e|dalimateriale[dallavorare. Le due formule sono la stessa cosa, a meno delle costanti impiegate. Inoltre la formula di Cook tiene conto dell'influenza di f grazie alla presenza di hp Lezioni Pagina 41 Titanio RC-1308 (T= 479v"®) 1200 800 Temperatura ditaglo *F ‘Acciaio ad alta lavorabilità 81113 (T:= 80.2v1>) 400 200 400 600 800 1000 Velocità di taglio (ft/min) | grafici in figura mostrano l'andamento della temperatura in funzione della velocità di taglio per diversi materiali lavorati, ottenuto usando l'equazione di Trigger. Lezioni Pagina 42 inoltre se la cavatura arriva al centro del pezzo pezzo. - L'operazione di tornitura interna a un foro è la barenatura - Al tornio possiamo anche eseguire la foratura. - La godronatura invece serve per aggiungere una zona rugosa sul pezzo. lene fatta tramite un utensile speciale. Testa motrice Mandrino Controllo della velocità Avanzamento ci Portautensili Contropunta Controllo dell'avanzamento Slitta trasversale Carro Guide Vite madre (filettata) Basamento Può essere usata anche per installare utensili per effettuare lavorazioni assiali (barenatura, foratura). La velocità di avanzamento è definita in mm al giro perché il carro sfrutta la rotazione del mandrino! ll sistema di bloccaggio tradizionale è quello/altrergriffe autocentranti, che stringendosi contemporaneamente dai 3 assi obbligano il pezzo a porsi in posizione assiale. llserraggio sul mandrino è essenziale, la coppia di serraggio deve essere calcolata a priori eil mandrino deve poterla sopportare. Infatti non vogliamo che il pezzo non ruoti liberamente e che il Lezioni Pagina 45 Pinza elastica con tre fessure yi per stringersi al pezzo } omecrresona _ per fissare il pezzo = rear Barra da lavorare S Ghiera (si sposta per stringere 0 allargare la pinza) (©) Pinza elastica (b) Pinza a tre griffe autocentranti Solitamente Slitta trasversale Colonna laterale Testa portautensile- Pezzo Piano di lavoro Da | portantenalle Standardizzati ISO 3002-1 Lezioni Pagina 46 Angoli della sezione normale: nf ® % angolodi spoglia superiore ortog. * di * @ angolo di spoglia inferiore ortog. e ay’ angolo di spoglia inferiore sec. e f angoloditaglio Angoli del profilo: visus ® %, angolo di direzione complementare del tagliente ® & angolo della punta dell'utensile e A, angolodi inclinazione tagliente princ. y Angoli di registrazione: ua *e x, angolodidirezione del tagliente principale e x,’ angolo di direzione del tagliente (Nomenclatura ISO 3002-1) secondario L a © - Ss n da di cui fino ad ora abbiamo discusso, ma vogliamo anche che durante il processo, l'utensile stesso fratturi il truciolo, evitando per materiali Distanza del © rompitruciolo Tagliente /} "YA- Profondità della gola @ Infine abbiamo gli utensili composti dallo stelo porta inserti e dallinserto coi taglienti fissato meccanicamente. ll grande vantaggio dî questa soluzione è che bisogna sostituire solo l'inserto, Lezioni Pagina 47 n Sl Nu AI È pes n = G = F:v+F-vp+Fp-vp e poiché vpi & ve Fr< Fe Pi = Fo-Ve= kcfapv = kcQ Lezioni Pagina 50 2, numero di grif fe D, pressione di contatto grif fa — pezzo Aarea di contatto F forza applicata dalla griffa 0.15, griffe liscie in acciaio dolce coefficiente di attrito statico = 0.25 griffe con profilo ondulato 0.35 + 0.8 griffe rigate, acciaio temprato D diametro in corrispondenza dell'utensile D* diametro in corrispondenza delle griffe Quindi per fare questo confronto è necessario conoscere la forza applicata da ognuna griffa sul 2 2 3 l'alforzalapplicata dalla griffa, che è direttamente conoscibile rispetto alla pressione di contatto. | dispositivi di bloccaggio, possono essere azionati da attuatori oleodinamici, sono più stabili nel un fattore di sicurezza più alto, per evitare che all'aumentare del numero di giri le griffe si allentino. Affinché la lavorazione sia eseguibile, quindi: Mc < Mr Inflessioni del pezzo Come abbiamo già introdotto, progettando una lavorazione per tornitura, dobbiamo considerare inflessioni che rovinerebbero la finitura superficiale del anche le inflessioni che il pezzo può subire, i pezzo. Distinguiamo quindi 3 casi, due dei quali vanno assolutamente analizzati, mentre generalmente para tOmItUra fatta con aUtoCentTantE E CONITOPUNIA) supporremo sempre che L 3° EJ i, lia Le N Te 1 EL I I Pu} rete d- css Lezioni Pagina 51 __ — — Superficie Superficie lavorata lavorata a na Supérticie o lavorata lavorata (a) (b) (o) Consideriamo ora un utensile, con raggio di punta nullo, che rifinisce un pezzo di cui sono trascurabili Îritorni elastici. Il risultato della tornitura sulla superficie è visibile in figura, in cui vediamo un profilo. Rugosità Teorica: utensile con raggio di punta nullo calcoliamo f: Fi = AD+ DC /=DB(cotank, +cotanx,,') poiché: DB=R=R,x, si ottiene: R.,. -__ So (um) R i cotanx_, +cotanx_' fe fe Lezioni Pagina 52 cl fl 8) esa 9) Mascia (©) tamara St da (0) Sis riconosciamo il codolo, Foratura a gradini Cilindrica Svasatura Alesatura Centratura Foratura con punta a cannone Svasatura conica se e 5 î 5 E È 2 vara (0 Stresa rana lFormATEIiMAriEa, in cui quindi 3° La Lunghezza . Lo == 4 Spigoi ci guida Vieta laterale Vista frontale d diametro d, diametro nocciolo centrale A angolo di spoglia del bordino di guida l g scarico bordino di guida y angolo dello spigolo centrale € è p ‘angolo dei taglienti ‘angolo di inclinazione dell'elica ‘angolo di inclinazione laterale notiamo che questo punto. descriverà [Matraletonaelicoldale]propra, con diametrolche dipende dalla sua|posizione nel! - Il punto compie quindi un Avanzamento]lungollalsualelica, avanzandolinimodo/proporzionalealmumeroldi giri. [RopolunImezzo] Biro quindi, 0, Lezioni Pagina 55 infatti, preso il entro della punta, notiamo come $ = 90°, quindi la sua tangente diverge a infinito, I "€ * > « condizione di tallonamento fi fn tan dò = 337 n 9 Td dn Elica giacente sul solco elicoidale € passante per È Î punto P ad z nd ì Trattoria seguita pi dal punto P durante il taglio | parametri di lavorazione sono gli stessi della tornitura: | i | | Le forze che sono presenti nell'operazione di foratura, che rappresenteremo come esercitate dal WNE Lezioni Pagina 56 F = Forza di taglio F; = Forza di avanzamento F, 3 Forza di repulsione (bilanciata dall’analoga componente dell’altro tagliente) F,3 F}+Fo Forza di taglio complessiva F;® F+ Fg + Fs Forza di avanzamento complessiva (carico di punta) EF = kcAp [N] Quindi l'alcoppia diltaglio è data da: EF. -D Mi = F12 vm = È 21000 Possiamo quindi esprimere i cAa Dn [kW] [Nm] Lezioni Pagina 57 tar P di e dl (a) Fresatura frontale (b) Fresatura frontale (c) Fresatura a candela ‘convenzionale parziale (e) Fresatura di tasche (@) Contornatura di Fresatura di contomatura ‘dia superfici Esistono varie tipologie di fresatrice, tuttavia Piano di lavoro Moto di taglio Moti della tavola Fresatrice ginocchio e colonna orizzontale e verticale Regolazione del canotto Fresatrice universale Fresatrice a cannotto Lezioni Pagina 60 Velocità di rotazione, n| Testa del mandrino Piano di lavoro | Basamento Fresatrice a banco fisso simplex con mandrino orizzontale e fresatura, Senza dover'spostare!il pezzo dalla macchina; In queste macchine, pezzo viene fissato a Utensile da tornitura —, Utensile — da troncatura (A O @ ® “ © Lezioni Pagina 61 ancorde alla direzione di avanzamento alla direzione di moto (V) Fay 7 ente il pezzo ft 950. v n velocità di rotazione (giri/min) n=—© v: velocità di taglio (m/min) aD D diametro della fresa (mm) L'avanzamento al dente f, (mm/(giro*dente)) può essere convertito in v;=NZf, velocità di avanzamento v;(mm/min) tenendo conto della velocità del mandrino e del numero di taglienti della fresa Z Q tasso di asportazione del materiale (mm?/min) profondità di passata assiale a, profondità di passata radiale (O) a = a = Posizione della fresa alla fine -— Posizione della fresa all'inizio deltaglio del aglio { Tm tempo di lavorazione (min) L+A lunghezza del pezzo (mm) extracorsa in ingresso au Avanzamento (relativo al pezzo) ) 1. A e Vista laterale Posizione della fresa all'inizio del taglio d di Posizione della fresa all'inizio del taglio Vista dall'alto Vista dall'alto (a) (b) 4=0.5(p-Jb'-a?) A=a,(D Geometrie fondamentali Negli utensili di taglio, andremo sempre a definire gli angoli che caratterizzano il tagliente e la sua posizione spaziale. Come nel caso della foratura, per la particolare geometria della testa della fresa e del tagliente, non conviene individuare un piano di sezione lungo il tagliente , invece è più conveniente analizzare la testa da una sezione ortogonale al suo asse e una parallela ad esso, potendo così individuare gli angoli di spoglia e gli angoli di registrazione. In particolare individuiamo: Lezioni Pagina 62 Traiettoria del dente in fresatura in discordanza anche lo spessore di truciolo è variabile. In generale possiamo definire lo spessore istantaneo di truciolo, che dipende unicamente dalla posizione del dente lungo il truciolo. In generale possiamo Conoscendo anche l'avanzamentOle ConoScendolalbase del triangolo che così si crea) possiamo! A Considerando l'i-esimo tagliente in presa: Fa = ks A =kxj ly 4 cono k,=kx hp sa F = hp ha, = kh a D M, 5 ampi MM, (r-3) e po 7 7 n Tuttavia notiamo che essa varia in funzione del tempo, quindi, Lezioni Pagina 65 z: numero medio di taglienti in presa z= E io 08-5-a, Dose o cosp=1l- 24, #0 |a Se BE | Far de A ra n; Li dio (li) ti n S. o spessore medio (li) 1, =—[h,-d0=—ff..sen040=*(1-cosg) del truciolo vale: "Pi Pu p D D 2a, Dato che 0B=—-a, =—cos si ha cosp=1l-— ato che 7 a, 2 P D NB: n = Bb Spessore di truciolo medio . n NON dipende dal tempo " @D * pin radianti 2f.a,a, Sezione di truciolo media — An =/m'@= > @D A h K,=90° = ba, | _2f,a, 2h pa 10% Melli AnlebeE 2an 12.25 = ® 27 60 Considerando la forza media esercitata da un tagliente: Faba4 Ah, cn E SO Mann D 9 MEM nm pM® ‘om ke V.-8, 2) O È e Jende dal (60-1000<77 }situcioioe| tempo quindi as è la dimensione della barra che. Lezioni Pagina 66 Anche in questo caso dobbiamo esprimere la posizione angolare del singolo dente in funzione dell'angolo istantaneo 0} che indica la posizione dell'iesimo dente. Diciamo che teta è nullo sull'asse L'arco di contatto dipenderà ancora dell'uimero/didenti, dall'affondamentoaze dal diametro della? lungo l'asse di mezzeria della fresa stessa, notando che per le condizioni imposte, avremo un arco più corto e uno più lungo. h, = HH'= f. -cos@ K,=90° mm b=a, 0=-t Per:ilialcolo dello spessore di trucialo istantaneo, ci rifacciamo esattamente a quanto visto nel caso di fresatura periferica, mentre per l'approccio allo spessore medio di truciolo abbiamo: lim i hg 0-3 Î L. ‘005040 = (sen —sen(-9.)] La (eng +seng,) Se 20, _ 2/0, g D @D Quindi, possiamo esprimere in funzione dello spessore medio la forza media esercitata da un tagliente: (fresatura frontale) a K_#90° n) b= ma: 4-5 (eng, +seng, ) mò ’, Sena, h,= HH"=HH".senx, = f -cos@-senk, h = 2A con NB: 4 CAMBIA con x, °D e h,=f.senk, Spessore massimo di truciol HE a, 2faa, MA Shb= 2A sone IA non ©D " sen 9D NB: A,, NON cambia con x, Considerando la forza media esercitata da un tagliente: Fon = Ron An = anch d con kg = RM e Lezioni Pagina 67 moto di taglio . Si usa quando abbiamo elevate profondità di passata complessive da rimuovere, quindi ottenendo un lavoro sequenziale da parte degli n taglienti. Ciascun dente della broccia si fa carico di asportare una porzione i della profondità di passata complessiva da asportare. quindi usata per ampliare, sagomare e modificare. , tuttavi: Nella progettazione della broccia, vanno definiti il numero di denti, la loro profondità, il passo dei denti, il valore dell'affondamento per dente. Quindi noti il perimetro del dente, la dimensione di i e il passo, si può calcolare il volume contenuto nel dente, che deve essere molto più grande della quantità di truciolo che asporta il singolo dente, infatti non abbiamo un metodo per espellere il truciolo prima che il dente abbia finito di asportare la quantità i di materiale. - primi denti che ingaggiano il pezzo sono i denti sgrossatori, L'utensile è un utensile integrale: con due codoli, che si attaccano nella macchina che esegue la lavorazione. Lezioni Pagina 70 ti semifinitor denti dolo La la codolo | ttacc attacci attacco prbio ale Pitch Land Bal } Backoffor clearance ang Tooth depth . \ tric “Root radius Parametri: Vs Velocità di taglio b perimetro del tagliente i Incremento radiale per dente t altezza del dente p Passo lun del foro! Elementi di progettazione - esempio di brocciatura di un foro Supponiamo di voler allargare un foro passante da un diametro di 94mm a uno di 100mm. La lunghezza del foro passante è di 200mm. Per progettare la nostra broccia dobbiamo fissare un mm parametro da cui poi calcolare gli altri, quindi supponiamo che i = 0.08 e che sia costante. dente La quantità di materiale da asportare sul raggio vale: d AD 3: =-- = 3mm 2 Quindi il numero di denti della broccia è: Z= a 3 37.5= 38 “i 008 Poiché abbiamo dovuto arrotondare il numero di denti, dobbiamo ricalcolare il valore di i: ._d_3- [ mm ] i Z38 dente Determiniamo ora quale sarà il passo della nostra broccia, sapendo che Vano = KVtrucioto € che da progetto abbiamo preso k = 13 e che valgono le seguenti relazioni: ptb vano 7 3° Verucigio = ilb mar € [2,3] Il rapporto di forma m è verificato per via sperimentale che è efficace quando è compreso nell'intervallo [2,3]. Quindi il passo vale: p=vV2mkil > p= v2-3-13-0.079 - 200 = 35mm Calcoliamo quindi il numero di denti in presa sapendo che anche esso dovrà appartenere a un intervallo ben definito: 1200, —=6 3,9 D7 35 = 6€BA Lezioni Pagina 71 Quindi definiamo la lunghezza della parte dentata e la lunghezza totale dell'utensile Laent = Zp = 38 - 35 = 1330mm — Lyoy = 1500mm E calcoliamo infine la potenza di lavoro e il tempo alla velocità di lavoro. Velocità che deve essere nota deterministicamente. k = 0.025 =3-5 ce cm / 0 VeT ° min min _zkoib- ve L : l _ Lia ++ tm = ve Fig 158- — Schema di una brocciatrice e relativo azionamento idraulico. Po > pezza, CI > cdlindro comando lavoro, B -hroccia. P_ > pompa, B banco, M motore, T mandrino di trazione, gs serhatota. Cr cilindro comando ritorno, Schema di brocciatrice orizzontale (ee della sega Sega ne i avanzamento a di taglio = Gorsa di ritorno |Avanzamento a Corsi Potenza —= motrice ] Lezioni Pagina 72 [TT Usura iniziale (zona di rodaggio) £ dell'utenaile È Lalla Fiagione di usura stazionaria —+@ Rasa 2 | finale | s | Tasso d'ueura 2 Ì crescente È $ | 8/1 80 ? i e e | 3 ì Usura iniziale veloce % Tempo di taglio (min) Si può notare facilmente che, fissato il criterio di fine usura dell'utensile basato sull'usura del fianco? = 100 mimi VE 100 mmin Usura sui fianco dell'utansie (VB) 30 Tempo di taglio (min) Relazione di vita dell'utensile, Relazione di Taylor Mediante questa relazione esponenziale, possiamo correlare il prodotto tra a velocità di taglio, la vo :T"=C vP=C log v, +nlog7 = logC ° nlog7 = -log v, + logC log7 = (-log v, + logC)/n 8 (me 160, 7=5 @IVz 190. T= 12 Velocità di taglio (mémin) #88 @Va 100. 7=41 10 2 3 e 10 20 30 50 100 Vita dell'utensile (min) Grafico della velocità di taglio in relazione alla vita dell’utensile in coordinate logaritmiche (naturale) La relazione di Taylor può essere riscritta anche nella versione generalizzata, semplificata, in cui. consideriamo anche Je fm= xk Lezioni Pagina 75 inoltre notfamo che i coefficienti me p, determinati sperimentalmente, hanno sempre un valore Lezioni Pagina 76 3.7 - Materiali per utensili Nella progettazione di un utensile, bisogna valutare le sua principali caratteristiche tecnologiche affinché siano sufficienti allo scopo, in particolare noi vogliamo valutare: Diamond, cubic boron nitride Aluminum oxide (HIP) Aluminum oxide + 30% titanium carbide Silicon nitride Cermets Coated carbides Carbides Hss Hot hardness and wear resistance Strength and toughness + Materiali Penne vec a niagiioe UsUr » Acciai rapidi (High Speed Steel, HSS) » Leghe fuse (stelliti) * leghe di cobalto (50%), cromo (30%) e tungsteno (20%) Carburi metallici sinterizzati + * WC, eventualmente rivestiti (a parità di usura) » Ceramici e AI,O; Cermet (ceramic metal) CBN: nitruro cubico di boro » Diamante: naturale, artificiale Sono particolarmente indicati per la realizzazione di geometri complesse, quali le frese; i bareni e le brocce, inoltre possono essere rivestiti in carburo dititanio, spesso le punte a forare, per. Sono caratterizzati da un alta resistenza alla compressione e un elevata durezza, sebbene sia questo materiale è a resistenza alla trazione che va da bassa a moderata. Poiché questi materiali no sinterizzati, abbiamo che carburi metallici che li uniscono hanno una’ lorogranulometria. Inoltre tipicamente contengono cobalto. Questi due fattori sono di nostro interesse|perché la combinazione giusta di contenuto di cobalto e dimensione dei grani ci può dare Lezioni Pagina 77 + Tempo totale per pezzo ‘Tempo di cambio dell'utensile Tempo al pezzo Tempo di spostamento del pezzo Tempo di lavorazione 1 Ì & Via receifizoo Anche il costo di produzione è somma di tre contributi, uno fisso, legato all'attivazione della macchina stessa, un costo orario della macchina, in cui sono raccolti tutti i costi dovuti all'impiego della macchina e del tecnico che la deve seguire e infine l'ultimo costo legato ai taglienti che la macchina deve impiegare. Il primo costo non può essere ottimizzato, infatti è una costante ed è specifico della macchina a disposizione dell'azienda. Il costo orario della macchina, viene moltiplicato per iltempo di produzione calcolato sopra, infatti più ci metto a produrre e più il processo mi viene a costare, quindi supponendo che i costi orari della macchina siano già ottimizzati, per ottimizzare ulteriormente questo costo deve essere ottimizzato anche il tempo di produzione. Infine nel costo del tagliente, dobbiamo prendere in considerazione quanti taglienti della singola placca potranno essere utilizzati, dividere quindi il costo della placchetta per il numero di taglienti utilizzabili nel nostro processo e moltiplicarlo per il termine che ci indica quante volte dovremo girare il tagliente. G,;=GitG,1 +0,-=0,+0,: nei(10t) + ° **o.T Q\ T OT G -gug,} 1l+ 14 - p Q € m T C,: costi fissi [€] C,,: costo orario macchina utensile [€ / min] C,,: costo medio del tagliente [E /tagliente] Il passaggio intermedio delle relazioni scritte sopra è il seguente: CV CnV. 1 CnoCu1 + ul teurt Q QST Q CmT Cui vogliamo isolare quelli che sono le costanti e isolare un rapporto fisso che è: C, Cp = (Co + Cmto) + v mg Lezioni Pagina 80 C) TASSO DI PROFITTO P.. p=-_P R= Ricavo V bi t,=th+—|1+4-® C, ita P 1+/&, gn Q m T Supponendo di conoscere il ricavo che possiamo avere dal pezzo e che esso sia costante, il tasso di profitto lo calcoliamo sottraendo al ricavo totale il costo di produzione del pezzo, per vedere quale sia l'utile prodotto e dividendolo per il tempo di produzione, per sapere appunto a quanto ammonti il profitto rispetto al tempo che impiego per produrre. Anche se nella nostra trattazione non considereremo l'imposizione di dei vincoli, spesso questi vengono naturalmente imposti dalle condizioni di lavoro che abbiamo, infatti abbiamo la macchina che è vincolata dalla massima potenza che viene a generare, l'utensile che influenza i parametri del processo con le sue proprietà meccaniche e i vincoli sulle tolleranze dimensionali e sulla finitura che ci richiede il progettista. Spesso imponendo dei vincoli alle nostre funzioni, abbiamo che il minimo funzionale viene escluso proprio dall'imposizione dei vincoli, quindi dobbiamo scegliere, anzi che il minimo funzionale, prendiamo come valore di lavoro il vincolo stesso. F- Ve <K, E Potenza massima Deformazione massima pezzo /pezo(F., geometria, materiale) < £,, Deformazione massima utensile . . utensile (F; geometria, materiale) < £,, Smin SS SÎuax Vemin È Ve £ Vemar Avanzamento e velocità Rugosità 7 SR Le relazioni utili al calcolo dei vincoli sono: Vi, «FP DIC * Relazioni di vita utensile e * Relazioni per il calcolo delle forze FP, = k, Ap Pirimizzazione non vincolata VI pa rametto Tempo pronione Lezioni Pagina 81 Vogliamo dimostrare per via analitica l'esistenza di un minimo di queste due funzioni. Per farlo prima vogliamo ricondurre le stesse a una funzione che sia analiticamente uguale, in cui poi dovremmo sostituire adeguatamente dei parametri per ricondurci alla funzione di nostro interesse. Le nostre funzioni obbiettivo quindi sono: t,=F _ (teu to=Fo p_r (1,9 tw t+g(1+2)- leo e=r+z(1+4) teu P Cy=F = F; CV Cu 1 0° 0 a Cy= + |1+(ty+2%)-]- i Ca >F=F+5(1+2) Q Gm) T c Q\'T ta += 2 Cm Quindi abbiamo costruito due funzioni F identiche, sostituendo i parametri che nella funzione tempo e in quella costo hanno lo stesso carattere. Visto che abbiamo detto che la nostra variabile decisionale è la velocità di taglio, vogliamo esplicitarla all'interno della nostra funzione obbiettivo: = a' a fr Tv), F=Fo+— 14-90) cone = Q= Apv; DA T(v) Ap Dove T(ve) è la relazione di Taylor per l'usura. Calcoliamo quindi la derivata e cerchiamo il minimo imponendo che la stessa sia uguale a zero: Poiché la relazione di Taylor è essa stessa una funzione, andrà derivata anch'essa. Quindi usando la relazione di Taylor - nin! =InC-Inv, Relazione di Taylor m"= c int=Linc-Lin v, Ti n n dinT_ 1 142/10 dinv. n T\ n r.= (3-1) v_=£ Lezioni Pagina 82 3.9 - Rettifica , nel processo potremmo comunquelavere una passata di rettifica di una seconda Ad esempio infatti abbiamo tolleranze dimensionali del centesimo di millimetro e rugosità dell'ordine di 0,5um mentre il legante ha il compito di tenere insieme i grani abrasivi ed è il costituente della mola che distacco dei grani usurati. Il legante infatti deve rompersi mano a mano che i grani si usurano, così facendo può portare in superficie dei grani vergini. La mola viene caratterizzata da: L'ultima caratteristica sottolinea come tralililegantere ilpori,si formino dei vuotid'aria) che possono costituire dal 20% al 30% del volume totale della mola. Si evidenzia il fatto che la mola sia porosa: -Porosità Materiale (vuoti d'aria) Vror=Vagrasivo*VLecantE+VpoROSITA' (30-40%) (30-40%) (20-30%) Nella mola ogni grano si comporta come”se fosse Un tagliente) quindi abbiamo che su una mola ci è importante notare/the Sono sempre negativi Lezioni Pagina 85 , in cui ilprimo è opzionale. Tradizionali: Simbolo del produttore della mola (opzionale). Tipo di legante: B = in resinoide, BF = in resina rinforzata, E = in gommalacca, R = in gomma, RF = in gomma rinforzata, S = silicato, V = vetrificato. Struttura: La scala varia da 1 a 15: 1 = struttura molto chiusa, 15 = struttura molto aperta. Grado: La scala va da A a Z: A = molto morbida, M = media M, Z = dura. Dimensione dei grani: Grossa = grani da 8 a 24, Media = grani da 30 a 60, Fine = grani da 70 a 180, Molto fine rani da 220 a 600. Tipo di abrasivo: A = ossido di alluminio, C = carburo di silicio. Prefisso: Simbolo del costruttore per l'abrasivo (opzionale). CBN e diamantate: Profondità abrasiva = profondità della regione abrasiva in mm, come mostrato in Figura 16.2 (0). Modifica di legante = notazione del costruttore sul tipo di legante speciale o sua modifica. Tipo di legante: B = resinoide, M = metallo, V = vetrificato. Goncentrazione: Notazione del costruzione. Può essere un numero o un simbolo. Grado: La scala va da A a Z: A = morbida, M = media M, Z = dura. Dimensione dei grani: Grossa = grani da 8 a 24, Media = grani da 30 a 60, Fine = grani da 70 a 180, Molto fine = grani da 220 a 600. Tipo di abrasivo: D = diamante, B = nitruro di boro cubico. Prefisso: Simbolo del costruttore per l'abrasivo (opzionale). Variando le proprietà della mola, possiamo notare la Variazione delle proprietà meccaniche! in generale, perscegliere unalbuonamola: Lezioni Pagina 86 Rettifica e ghise Rettifica di metalli non ferrosi Rettifica di acciaio per utensili induriti e alcune leghe aero- spaziali Rettifica di materiali duri abrasivi come ceramiche, carburi ‘cementati e vetro Rettifica di materiali morbidi acci Rettifica di materiali duri Ottimizzazione della finitura superficiale Massimizzazione della velocità di rimozione del materiale Minimizzazione delle problematiche legate alle alte tempe- rature, delle cricche e della deformazione della superficie del pezzo Se la mola si impasta e si brucia Se la mola si frattura troppo rapidamente Usare l'ossido di alluminio come abrasivo Usare il carburo di silicio come abrasivo Usare il nitruro di boro cubico come abrasivo Usare il diamante come abrasivo Usare dei grani di dimensione più grossa e un grado della mola più duro Usare dei grani di mola più morbido Usare dei grani di dimensione più piccola e una struttura del- la mola più chiusa, delle velocità della mola (v) maggiori e delle velocità del pezzo (vw) minori Usare dei grani di dimensione più grossa, una struttura della mola più aperta e un legante vetrificato Mantenere la mola affilata e ravvivarla frequentemente, utilizza- re delle profondità di taglio (d) più piccole, delle velocità della mola (v) più basse e delle velocità dei pezzi (vw) più alte Usare una mola con un grado più morbido e una struttura più aperta Usare una mola con un grado più duro e una struttura più chiusa limensione più piccola e un grado della Come per la fresatura possiamo avere un'operazione dilrettifica sia in tangenziale (simile alla che fresatura periferica) che frontale; Nella Fettificartangenziale abbiamo che il pezzo Viene messo in moto relativo piano rispetto alla Velocità della mola v Profondità di passata della mola ‘Avanzamento Vel del pezzo u, (a Velocità della mola v Profondità di passata trasversale W della mola di an Avanzamento trasversale w Pi... del pezzo 4, fb) Nel caso di FEttifica1ronitale abbiamo che l'asse di rotazione è entrante nel pezzo stesso) quindi la Velocità della mola v Profondità »I di passata della mola d' del pezzo V, Profondità | di passata (IS della mola d' Velocità del pazzo Velocità della mola v Lezioni Pagina 87 Faccia che esegue la rettifica Spessore | dboadi della faccia Faccia che esegue la "7 che esegue Faccia la rettifica che esegue la rettifica ò @ a coppa diritta a coppa svasata Parametri di lavoro D = diametro della mola [mm] { d = profondità di passata/taglio [mm] E v,= velocità del pezzo [mm/min] v = velocità della mola [m/min] n= numero di giri mandrino [rpm] w = avanzamento trasversale [mm] {oross-feed) Avanzamento trasversale —»| le Lezioni Pagina 90 , w' =larghezza del truciolo [mm] t, = spessore del truciolo [mm] F3 = rapporto di forma del truciolo I, = lunghezza arco di contatto e lunghezza media del truciolo [mm] l:= vVDd velocità periferica della mola: v=7:D°-n tasso di rimozione del materiale: * Rwmr = vywd tipo di operazione; materiale in lavorazione. velocità angolare massima indicata sulla mola dal costruttore. da massimizzare produttività Ne = numero di trucioli generati nell’unità di tempo (grani/min) n 1000 - v-w- Cy Cg = numero di grani per unità di superficie sulla mola [grani/mm?] N = numero di grani mola in presa totali N=C,l -W Lezioni Pagina 91 * F', = forza di taglio singolo grano [N/grano] 2K (tate) s/d 0.25 VG, D =» F, = forza di taglio totale [N] F=N: Fo = U, = energia specifica [J/mm8] F.v U = v vywd L'energia specifica come vediamo anche in questo caso ha una forma simile a quella delle altre | Ù s Lezioni Pagina 92 4.2 - Processi di deformazione plastica massiva Nei processi industriali di deformazione massiva, i componenti realizzati hanno un rapporto limitato tra superficie e volume. rapportata con la temperatura di fusione, ci dice se un processo si definisce: - Afreddo:T < 0.37; - Atiepido.0.37; < T < 0.57; - Acaldo 0.57; <T < 0.757; Inoltre possiamo'classificare le lavorazioni come: - Primarie, quando permettono di ottenere dei semilavorati sbozzati in varie forme; - Secondarie, che permettono di ottenere un prodotto finito o semifinito a partire dai pezzi effettordi'attrito ridotto; tuttavia non è sempre realizzabile, fad'esempiosse ill materiale da lavorare] Nel:casodi'compressione quasi-statica, si utilizzano|pressey idraulichero meccaniche; in cui nelle prime possiamo controllare con maggior precisione la pressione di contatto, mentre nelle seconde tra i due. Quindi a seconda che il processo avviene con stampi piani e aperti o piani e chiusi, il flusso di Quando lo stampaggio è chiuso, quindi la geometria è vincolata completamente degli stampi, Forgiatura a freddo e senza bava spesso si cerca di attuarle insieme. Libera l F Senza bava ‘Stampo superiore mobile F Pezzo — Punzone Stampo inferiore (stazionario) @ z (CT Pezzo Con Bava Matrice Stampo (stazionaria) superiore (o) Sbavatura — Stampo inferiore (stazionario) (b) Forgiatura in stampi aperti. La forza Mettiamoci in un'caso ideale, quindirinicui non'cisiarattritore di voler deformare un provino} cilindrico di altezza inziale ho; diametro Do) pressa che si muove con velocità vo eforza F, fino ad. Lezioni Pagina 95 Tuttaviagli effetti dell'attrito nel caso reale non sono trascurabili, infatti causano delle zone a sforzo più alto e altre a sforzo nullo (zone morte). Quindi ipotizziamo di prendere un provino di materiale rigido-plastico isotropo, sottoposto a un carico di compressione quasi-statico, con deformazione omogenea (quindi senza distorsione) e in presenza di attrito coulombiano. Per analizzare questa condizione utilizziamo il metodo del concio. ZA Vo | AI |, | en — urne Come prima cosa si noti che Py e A, non sono in perfetto equilibrio, quindi generano uno sforzo radiale tridimensionale. Imponiamo ora l'equilibrio in direzione radiale: p,hrd0-(p,+dp,)h(r+dr)d0+2p,hdr sin()- 2rrd@dr=0 — p,hdr — hrdp, + pyhdr — 2rrdr = 0 Considerando la simmetria assiale, le direzioni principali sono: r, z e 8, quindi geometricamente possiamo dire che: de, = deg Applicando l'equazione di Mises otteniamo: pr = pg, quindi sostituendo nell'equazione di equilibrio radiale: dpr T hrdp, + 2trdr = 0 > +2x70 La condizione di von Mises assume quindi la forma: p, — pz = +Y; Notiamo che le condizioni al contorno del nostro sistema sono che p, si annulla sul bordo esterno, Pz è positiva e quindi la condizione di von Mises diventa p, — p, = +Y; che può essere integrata come: dp, = dp, Lezioni Pagina 96 Tenendo poi conto della definizione di attrito secondo coulomb, t = up, otteniamo quindi: dpr Pz +2u=0 dr 4h Che può essere integrato: Pz di r f dp. _ J lar ve Pz 'R h H(p_r p. = Yjeh@ o) Quindi più R aumenta più scendiamo dalla collina degli attriti perché dobbiamo arrivare a zero. pA Da cui otteniamo: LA Potremmo quindi integrare sull'area la relazione appena ricavata per ottenere la forza di contatto necessaria per portare il provino a una determinata altezza h e quindi ricavare anche la pressione media da applicare. Bolo hs 2u: 2 cR Va d = f pedrdo = 225 ple #% -1|-2uR,|® o do 2u h 7, ruolo hi 1 sl _1|- LA LE i Ì 2uR, h _ Yi , sy dia Pe CO E TT he —1|-24R, hi In conclusione, in merito allo stampaggio con stampi aperti, abbiamo che il provino per effetto degli attriti si deforma inarcando verso gli esterni i suoi bordi, inoltre abbiamo che, sempre per la presenza di attriti, abbiamo Queste zone vengono dette zonelmorte! Lezioni Pagina 97