Tecnologia Meccanica 1, Appunti di Tecnologia Meccanica

Scarica Tecnologia Meccanica 1 e più Appunti in PDF di Tecnologia Meccanica solo su Docsity! Complementi sul comportamento in campo plastico dei materiali Sfridi: quantità di materiale che non può essere utilizzato in modo utile (riciclati) Scarti: pezzi difettosi (buttati o riciclati) Processi continui: i prodotti continuano a fluire al di fuori del processo produttivo (solitamente semilavorati, barre, lamiere) Processi discreti o per parti: i prodotti finali risultano composti da un numero finito di componenti (parti) distinguibili tra loro. La fabbricazione delle parti è un processo di per sé continuo. Capacità di una fabbrica: tecnica (capacità di realizzare un prodotto avendo tempo illimitato), produttiva (capacità di rispondere alle richieste del mercato nei tempi richiesti). Scelta del processo produttivo: secondo Fattibilità tecnica (riferito alle specifiche) e Fattibilità economica (riferito ai costi). Tolleranza naturale del processo deve stare dento la tolleranza del prodotto. Prova di trazione: le quantità ingegneristiche sono adatte a descrivere il materiale nella zona di comportamento elastico; le quantità reali sono adatte a descrivere il materiale nella zona di comportamento plastico (dato che la sezione cambia). Stati di sollecitazioni puramente monoassiali. Prova di compressione: stati di sollecitazione multiassiali (si usa von mises), comportamenti non simmetrici del materiale. Aumentando la temperatura: aumenta la duttilità e la tenacità, diminuiscono il carico di snervamento e il modulo elastico. *Tenacità: capacità del materiale di assorbire energia deformandosi, senza rompersi. Materiale in stato di tensione idrostatica: quando la tensione applicata al corpo è la stessa in tutte le direzioni; stato che aumenta la resistenza meccanica del materiale. Aumentando la velocità di deformazione: aumenta la forza necessaria ad ottenere una deformazione, perché il materiale non ha tempo di riorganizzare la propria struttura cristallina (incrudimento). Velocità di deformazioni elevate + Temperature elevate = incrudimento (i due effetti sono correlati). FONDERIA Lavorazioni grezze per produrre semilavorati. Superfici scadenti e trattamenti termici incontrollati sul getto (dilatazioni/contrazioni termiche incontrollate, che provocano difetti geometrici). *Getto o grezzo: pezzo estratto da questa lavorazione. - Fonderia in forma transitoria: poco costosa, per pezzi particolarmente complessi e in volumi piccoli o medi. o Colata in sabbia o Shell molding o Colata in poliestere espanso o Microfusione o Colata in gesso e in ceramica - Fonderia in forma permanente (conchiglie in acciaio da utensili): stampo molto costoso, per pezzi con geometria molto semplice e grossi volumi produttivi, limita i tipi di materiali o Colata in conchiglia o Colata a bassa pressione o Colata sottovuoto o Pressofusione (Net Shape) o Squeeze casting o Colata centrifuga *Pezzi Net Shape: pezzi che non richiedono nessun’altra lavorazione successiva (di finitura) *Pezzi Near Net Shape: pezzi che richiedono poche lavorazioni Vantaggi fonderia: forme complesse, net shape, near net shape, pezzi di grandi dimensioni, produzione di massa. Svantaggi fonderia: basse proprietà meccaniche dei getti, tensioni termiche di ritiro e residue, porosità dei getti, scarsa precisione dimensionale, scarsa finitura superficiale, sicurezza operatore durante la lavorazione dei metalli ad alte temperature, problematiche ambientali ed energetiche. Forme aperte e chiuse: si preferisce chiuse per evitare l’ossidazione del getto. Aperte quanto il getto è di grandi dimensioni. Le forme chiuse hanno un sistema di colata. Le anime si utilizzano per geometrie complesse. Sistema di colata: - Bacino di colata: coppa, serve per evitare l’impatto erosivo tra canale e metallo fuso - Canale di colata: verticale, di forma generalmente conica, accelera il metallo fuso - Canale distributore: orizzontale, permette di raggiungere i vari punti del getto - Attacchi di colata: solitamente semicircolari o triangolari - Filtri: a monte del canale di colata o nel canale distributore Il sistema di colata contiene anche un sistema di sfiati che permette all’aria di uscire man mano che il fluido riempie la forma. Inoltre, la sabbia è traspirante e permette l’uscita di aria. Sistema di alimentazione contiene le materozze (cieche o a cielo aperto, preferibili quella a cielo aperto per motivi di pressione costante) *Surriscaldo: differenza tra temperatura di fusione e temperatura di colata. *Conducibilità termica: fattore che influenza la diffusione del calore all’interno del materiale. Più è grande, più è facile la colata e avere un materiale con temperatura omogenea. Per riempire più velocemente la forma ed evitare solidificazioni precoci, si agisce sulla velocità di colata (non troppo alta, non troppo bassa). Colata di gravità: non esiste un vero e proprio canale di distribuzione, per forme semplici, probabilità di erosione della forma. Hg parametro fisso e reale!! (es: colata a pioggia) Colata in sorgente: no erosione della forma, per geometrie semplici (es: colata dal basso a stella)  MICROFUSIONE O A CERA PERSA Modello in cera ottenuto per formatura e avente una forma a grappolo. Modello + canale centrale di colata. Modello rivestito da miscela di leganti e refrattario (ceramici e gesso), un impasto. Vantaggi: oggetti complessi e precisi, buona finitura superficiale, buona tolleranza, recupero della cera, adatto per tutti i tipi di metalli. Svantaggi: processo costoso e manuale, per pezzi di piccole dimensioni.  COLATA IN GESSO E IN CERAMICA Operazioni uguale a quella in sabbia. Forma liquida e poi indurita, non c’è il problema di compattare la sabbia. Colata in ceramica permette di resistere a temperature più elevate. Il gesso si secca a temperatura ambiente, la ceramica deve essere cotta. Vantaggi: consistenza fluida riproduce i dettagli superficiali, buona finitura superficiale, accuratezza dimensionale, temperature elevate per la ceramica. Svantaggi: indurimento del gesso e della ceramica, non permeabilità della forma, no temperature elevate per il gesso, problemi di estraibilità del pezzo. Per il gesso si hanno problemi di temperature e umidità. Applicazioni: geometria complessa e pezzi di grandi dimensioni. Processi in forma permanente:  COLATA IN CONCHIGLIA Stampo metallico costituito da due semistampi in acciaio o ghisa. Si applica un distaccante per raffreddare (non troppo) la superficie e distaccare il getto. Si possono usare delle anime a perdere. Vantaggi: buona finitura superficiale e tolleranza dimensionale, solidificazione rapida (grani piccoli) Svantaggi: solo metalli con basso punto di fusione, geometrie non complesse, stampo molto costoso, tempi lunghi perchè ci sono pochi stampi (perché costano). Applicazione: alti volumi di produzione e forte automazione.  COLATA IN BASSA PRESSIONE Metallo iniettato nella forma a una pressione di circa 0.1MPa direttamente dal crogiolo. No impurità del metallo perché viene pescato dal fondo e non viene esposto all’aria (no porosità e difetti di ossidazione).  COLATA PRESSOFUSIONE (top) Metallo iniettato nella forma a pressioni molto alte (7 a 350MPa), velocità molto elevate. Processo fortemente automatizzato. Tempi di riempimento delle forme minimi, oggetti con pareti molto sottili, proprietà meccaniche elevate (grani fini). Può essere fatta in camera calda o in camera fredda. Camera calda: sistema di colata immerso nel crogiolo. Tempi di produzione molto veloci, solo leghe metalliche e metalli con bassi punti di fusione. Sistema di iniezione molto sollecitato. Rischio di contaminazione del metallo con elementi del sistema di iniezione. Camera fredda: crogiolo-siviera-pistone che inietta il metallo nello stampo. Tempi di produzione più lunghi, leghe metalliche e metalli con temperature di fusione più elevate perché organi di macchine a contatto per breve tempo. Stampi in acciaio, tungsteno o molibdeno. Presentano una parte mobile e una fissa. Presentano delle prese d’aria e di ventilazione lungo l’apertura perché sono stampi senza porosità. Macchina: sistema di iniezione + sistema di chiusura dello stampo. No getti di grandi dimensioni. Vantaggi: alto tasso di produzione, forte automazione, buona finitura superficiale e dimensionale, spessori molto sottili, raffreddamento rapido, resistenza meccanica elevata. Svantaggi: pezzi piccoli/medi con geometrie medio complesse.  COLATA CENTRIFUGA Lo stampo (conchiglia metallica cilindrica rotante) viene ruotato ad alte velocità. 200-500 giri/min. la velocità angolare deve essere opportunamente dimensionata con il gravity factor (Forza Centrifuga / Forza Peso): 60 < GF < 80. Vantaggi: caratterizzate da alte densità, no sistema di alimentazione (che viene sostituito dalla parte interna del tubo), le impurità si depositano nel diametro interno e possono essere rimosse (asportazione truciolo) Svantaggio: controllo indiretto e poco preciso del diametro interno. Due configurazioni: orizzontale e verticale (se l’altezza è minore del diametro) *siviera: serbatoio che serve per trasportare il metallo fuso *scorie: metallo fuso ossidato. Fa uno strato superficiale che protegge il metallo a ulteriori scorie. Per eliminarle si usano filtri o dei diossidanti. *punte di spillo: nella colata in sabbia se la sabbia è troppo umida, l’acqua evapora creando delle punte dei piccoli fori sulla superficie del getto. Si diminuisce l’acqua della sabbia. *penetrazione: il metallo fuso penetra tra grani di sabbia. Si usano grani più piccoli *inclusioni: sabbia all’interno del getto *incrinatura della forma: la forma si incrina e il metallo entra nella fessura. *rottura della forma *giunto freddo *gocce fredde DEFORMAZIONE PLASTICA Nelle lavorazioni di deformazione plastica la quantità di materiale che viene lavorato rimane costante nel tempo. Il materiale è soggetto a un sistema di forze dovuto a utensili di forma. Due tipologie di lavorazioni di deformazione plastica in base al grezzo di partenza e il volume di materiale interessato alla deformazione: - Lavorazioni per deformazione massiva: grezzo di partenza detto *massello, quasi tutto il volume viene lavorato - Lavorazioni per deformazione delle lamiere: grezzo di partenza detto *lamiera, porzione ridotto di volume lavorato. Le lamiere sono ottenute per deformazione massiva. Principali lavorazioni della deformazione massima: laminazione, forgiatura (es. stampaggio), estrusione, trafilatura FELT Principali lavorazioni della deformazione di lamiere: piegatura, imbutitura, tranciatura (tranciatura, punzonatura, cesoiatura). Puntone e matrice sempre presenti. PIT La deformazione plastica non dipende solo dalla forza applicata ma anche dalla storia di deformazioni. Si usano sforzi reali. Il volume rimane costante a differenza delle deformazioni elastiche. Durante la deformazione plastica lo stato tensionale del materiale non è uniassiale, la legge di Hooke generalizzata non è utilizzabile perché non considera la storia delle deformazioni, E non è costante ma varia. Si usa la formulazione di Levy-Mises per legare sforzi a deformazioni All’aumentare della temperatura la curva sforzo deformazione si abbassa: aumenta la duttilità e tenacità del materiale, diminuiscono lo sforzo di snervamento e il modulo elastico. La duttilità è il vero vincolo di alcune lavorazioni. All’aumentare della velocità di deformazione si ha un comportamento rigido anziché plastico. Quattro tipologie di lavorazioni secondo la temperatura: a freddo, a tiepido, a caldo, isotermica. Reticolo cristallino distorto: durante le lavorazioni il reticolo cristallino viene deformato in maniera disomogenea per via dell’attrito con gli utensili. Questa distorsione rappresenta una dissipazione di energia. Lavoro totale: lavoro d’attrito + lavoro di deformazione Lavoro di deformazione: lavoro di deformazione utile + lavoro di deformazione ridondante (del reticolo). Si parla quindi di efficienza. Il materiale si imbarina: il materiale è impedito di scivolare lungo i fianchi a contatto con l’utensile. Curvatura degli angoli quando il materiale viene schiacciato. Per ridurre l’attrito si utilizzano dei lubrificanti. L’attrito dipende da molti parametri.  LAMINAZIONE *laminando: materiale che viene costretto attraverso i cilindri di laminazione *luce di passaggio: spazio tra i due cilindri di laminazione La laminazione è definita da una direzione di laminazione. Effettuata a caldo (maggior duttilità e sforzo di snervamento più basso, i grani ricristallizzano, ossidazione) o a freddo (migliori proprietà meccaniche, incrudimento, maggior precisione, struttura dei grani allungata) Difetti estrusione: cavità interna (per via della velocità), cricche esterne (attrito), cavità centrale posteriore (per via delle velocità, risolvibile con pistone concavo), distorsione dei pezzi post estrusione (geometrie complesse e non omogenee nel raffreddamento).  TRAFILATURA Costringe il materiale a passare attraverso una matrice detta filiera, grazie a uno sforzo di trazione. Si ottengono solo geometrie semplici, medie e sottili. Lavorazione fatta a freddo Lo stato tensione residuo è di trazione, migliore dello stato tensionale di compressione. Incrudimento, migliori caratteristiche meccaniche. Si possono ottenere fili, barre (piccole), tubi *filiera: matrice attraverso la quale passa il materiale Quasi tutti i materiali possono essere trafilati. La forza non supera mai la tensione di snervamento, altrimenti si avrebbe deformazione plastica anche a valle della filiera. Difetti: frattura (forze o angoli d’imbocco troppo elevati), cricche centrali (il materiale al centro scorre più velocemente), pelatura (“a banana”, il materiale non imbocca bene la filiera, angoli troppo elevati). *Banchi di trafilatura: macchinari per trafilatura (pistone idraulico aziona un carro che tira il materiale) *sistemi multistadio: più passate successive  FORGIATURA Processo non continuo (il materiale non continua a scorrere), ma è discreto. Lavorazione a caldo o a tiepido, non a freddo. Macchinari: Magli (deformazione per impatto violento), Presse (deformazione quasi-statica). Sforzo prevalente di compressione. Due tipologie di forgiature: forgiatura libera detta FUCINATURA, e forgiatura chiusa (con bava o senza bava) detta STAMPAGGIO. Nella fucinatura il materiale assume la geometria delle superfici di contatto, nello stampaggio il materiale assume la geometria dell’intera forma. *Forgiatura incrementale: quasi tutti i tipi di forgiatura richiedono più passaggi di compressione. Più attrito c’è più la pressione necessaria per la lavorazione cresce. Forze fortemente variabili perché la lavorazione è discreta. Forza massima a stampo chiuso perché il contatto tra materiale e superficie è massimo. *incudine e mazza: elementi dei magli. Incudine ferma, mazza applica la forza impulsiva. Nella forgiatura ad impatto l’attrito non ha alcun effetto, la deformazione del materiale si propaga in maniera disomogenea (prima si deforma la parte a contatto con la mazza e l’incudine). Stampaggio con bava è più utilizzato rispetto a quello senza, ma richiede forze maggiori perché il materiale deve entrare nella camera di bava (pressioni molto alte). La bava si raffredda molto velocemente, ed incrudisce. Tre tipologie di presse: a corsa limitata (cinematismi, pressa biella-manovella), ad energia limitata (pressa a vite), a forza limitata (idrauliche). Corsa limitata e forza limitata per produzione di serie perché richiedono una sola compressione per ottenere il pezzo; ad energia limitata richiedono più passate. Tre tipologie di magli: singolo effetto (gravità), doppio effetto (gravità + accelerazione), contraccolpo (mazza ed incudine entrambi mobili, evita problemi strutturali). Magli sono più adatti a lavorare pezzi grossi (deformazione istantanea, tempi brevi, non si raffreddano). Possono causare danni strutturali e il pezzo deve essere ben allineato. Gli stampi della forgiatura presentano la stessa progettazione delle forme della fonderia, insieme alle complicazioni. Non si possono ottenere fori completi. I pezzi ottenuti non sono mai prodotti finali (c’è sovrametallo da asportare con asportazione di truciolo). Progettazione del canale di bava e camera scartabava importanti. Si preferisce uno sviluppo orizzontale del pezzo e il piano di bava orizzontale. Posizionamento sbagliato del piano di bava indebolisce il pezzo per come le fibre vengono orientate nello scorrimento. Angoli di sformo molto ampi (9-15°). L’altezza del canale di bava è il parametro importante nel dimensionamento. Il canale circonda tutto il perimetro del pezzo. Difetti dei pezzi forgiati: eccessivi raffreddamenti che causano incrudimento e rottura del pezzo quando avviene la deformazione. La forgiatura è molto costosa in termini di stampi: alti volumi produttivi, manodopera qualificata. Tutti i pezzi per forgiatura possono essere fatti per fonderia, ma non viceversa. *Ricalcatura: lavorazione di aumento diametro da una parte di una barra. Per realizzare chiodi o viti *Coniatura: stampo chiuso, altissima qualità data da pressioni molto elevate (pressioni più elevate rispetto alle altre forgiature). *Conifica o forgiatura radiale o martellatura: si fa ruotare il pezzo tra un’incudine e viene battuto da un martello in modo tale da ridurre il diametro. Forze impulsive. *forgiatura isoterma: stampi riscaldati per materiali con alta conducibilità termica, se no si raffredderebbero troppo velocemente. Lavorazione delle lamiere: Vendute in lamiere singole o nastri per occupare meno spazio. Si effettuano principalmente lavorazioni a freddo. Produzione in serie medio-grandi. Si usano utensili di forma. Principali lavorazioni: taglio di lamiera (tranciatura, punzonatura, cesoiatura), piegatura, curvatura, imbutitura, stampaggio. Tutte le lamiere presentano un certo grado di anisotropia: se sono state ottenute a freddo tanta anisotropia, se sono state ottenute a caldo poca anisotropia. Lavorazioni a caldo delle lamiere solo per materiali molto duri o lamiere molto spesse.  TAGLIO DELLE LAMIERE Il taglio avviene per deformazione plastica portata fino a rottura. Si usano sempre una matrice e un punzone (c’è sempre un certo gioco tra i due per evitare sfregamento). Non c’è distinzione tra i due pezzi tagliati, possono essere utilizzati entrambi. Lavorazione molto diversa dall’asportazione di truciolo!!! 4 zone caratteristiche del taglio: zona arrotondata (deformazione plastica), zona brunita (per elevate temperature), zona di frattura, bava finale. Pezzo abbastanza scadente. Lavorazioni principali: cesoiatura (tagli lunghi e rettilinei), tranciatura, punzonatura. Punzonatura e tranciatura stessa cosa, cambia solamente il pezzo finale considerato. Punzone e matrice generano due cricche diverse e la loro direzione dipende anche dal gioco tra essi: possono anche non incontrarsi mai e non tagliare il materiale. Gioco è molto importante: grandi per materiali spessi, piccoli per materiali sottili. Diametro del pezzo tranciato è diverso dal diametro del foro sulla matrice (per via del gioco): per la tranciatura il diametro nominale ce l’ha la matrice, per la punzonatura il diametro nominale ce l’ha il punzone. La forza necessaria alla lavorazione non è costante, massima nella zona di distacco, costante poi per attrito tra pezzo e punzone. Se si usano punzoni inclinati la forza necessaria al taglio diminuisce, ma l’energia complessiva della lavorazione rimane costante (perché questa dipende solo dalla deformazione del materiale). Punzone inclinato solo per punzonatura, non per tranciatura. Due macchinari per tranciatura e punzonatura: Presse con stampi dedicati (presse analoghe a quelle della forgiatura), sistemi automatizzati, grandi scale produttive, scarsa flessibilità; Centro di lavoro a CN (controllo numerico), punzoni semplici che possono ottenere forme complesse. *roditura: con lavorazione a controllo numerico si ottengono forme complicate attraverso tranci o punzonature in serie, con punzoni e matrici circolari. *nesting: incastrare le diverse geometrie per avere pochi sfridi (come per i biscotti). Tranciatura fine: diversa da quella tradizionale perché è più precisa. Caratterizzata da un premi-lamiera, che indenta la lamiera e non permette il suo movimento dalla matrice, due punzoni (uno superiore e uno inferiore). Il punzone inferiore accompagna quello superiore durante il taglio. Velocità molto basse, gioco molto inferiore a quella tradizionale. Possibile solo per la tranciatura, no punzonatura!!! ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO Si asporta materiale dalla superficie. Si effettuano alla fine del processo di produzione del pezzo, alte precisioni e finiture superficiali, costi elevati. L’utensile è un solido massiccio. *Petto dell’utensile: parte superiore *Dorso, o fianco: parte inferiore *Tagliente: intersezione tra petto e dorso Per l’asportazione di truciolo si utilizza il criterio di Tresca, deformazione plastica quando si supera la tensione di shear. *Piano di scorrimento: piano sul quale si sviluppano le tensioni sulla superficie, lungo il quale il truciolo scorre sul materiale inalterato. Tipologie di asportazioni di truciolo: semplici (taglio ortogonale) e complesse Processi semplici - Taglio ortogonale: tutte le grandezze dinamiche e cinematiche si trovano in un piano che contiene anche la velocità di taglio, perpendicolare al tagliente. Quantità contenute in un unico piano. Processi complessi: le forze hanno una distribuzione più complessa, taglio obliquo. Tornitura, foratura, Fresatura, Rettifica. Tornitura: due moti, moto di taglio del pezzo e moto di avanzamento dell’utensile. Traiettoria ad elica cilindrica. Foratura: sempre due moti, entrambi dell’utensile. Punta elicoidale che asporta materiale, i taglienti dell’elica allargano il foro e allontanano il truciolo Fresatura: utensile multitagliente, moto di taglio dell’utensile, moto di avanzamento del pezzo. Le periferie dei taglienti asportano materiale, mai le punte. Fresatura periferica (asse della fresa parallela al pezzo), Fresatura frontale (asse della fresa ortogonale al pezzo). Rettifica: lavorazione di abrasione, estremamente precisa, costi elevati. *tasso di asportazione del materiale: parametro che descrive la quantità di materiale asportato nell’unità di tempo. Più alto è, più produttiva la lavorazione e meno costosa.  TAGLIO ORTOGONALE Grandezze cinematiche (velocità di taglio) e dinamiche (forze e sforzi) sullo stesso piano. Hp: Tagliente rettilineo ed ortogonale alla direzione di taglio; utensile più largo del pezzo, spessore del truciolo indeformato minore della larghezza del truciolo (cioè della larghezza del pezzo). Angoli caratteristici: - Angolo di spoglia superiore , GAMMA_0: tra la verticale e il petto dell’utensile. Indice di come si distacca il truciolo dal pezzo, può essere sia positivo che negativo. [-15°; 30°] - Angolo di spoglia inferiore , ALPHA_0: tra la velocità di taglio e il dorso/fianco dell’utensile. Sempre positivo e strettamente maggiore di zero, per evitare strisciamento. [2°; 15°] - Angolo solido del tagliente , BETA_0: tra petto e dorso. Rappresenta la robustezza dell’utensile. - Angolo di scorrimento , PHI: tra piano di scorrimento e velocità di taglio. Tre zone di deformazione: - Zona di deformazione primaria: coinvolge il piano di scorrimento dove il truciolo si stacca dal pezzo - Zona di deformazione secondaria: il truciolo striscia contro il petto dell’utensile, deformazione per attrito radente - Zona di deformazione terziaria: il dorso striscia sulla superficie lavorata a causa del ritorno elastico (trascurabile perché piccolissima). Risultante delle forze scomponibile rispetto al petto dell’utensile, al piano di scorrimento, alla direzione di taglio. Tipologie di truciolo: - discontinuo: frammenti di materiale (polvere), tipico dei materiali fragili, non si tagliano ma si spezzano. Superficie molto scadente - continuo: materiali duttili, buona finitura superficiale - continuo con tagliente di riporto: una quantità di materiale si scalda e si salda all’utensile e alla superficie. Pessima finitura, usura dell’utensile. Si risolve accelerando la lavorazione - truciolo segmentato: truciolo a parti continuo e a parti discontinuo. Tipico di materiali molto resistenti, si forma ad alte velocità, forma una serie di difetti superficiali. Si preferisce accelerare la lavorazione ottenendo il truciolo segmentato piuttosto che il tagliente di riporto. Lo spessore del truciolo deformato dipende dallo spessore del truciolo indeformato (che dipende dall’angolo di scorrimento) e dalla larghezza del piano. Si può determinare l’angolo di scorrimento con: - la misura del fattore di ricalcamento (metodo sperimentale, poco usato perché poco preciso) - metodo di Pjspanen: minima deformazione di scorrimento (analitico). Non è accurato perché considera solo la zona di deformazione primaria, non secondaria né terziaria - metodo di Hernst-Merchant: riprende il modello di Pjspanen aggiungendo il contributo della zona di deformazione secondaria (analitico), ma non quella terziaria, considerando sempre la minima deformazione di scorrimento. Non è sempre accurato: valido per materiali duttili (truciolo continuo), basse velocità e temperature omogenee. Non è utilizzato nella pratica. Serve solo per capire la relazione potenza-energia durante la lavorazione, non si può usare per calcolare la potenza di taglio. *fattore di ricalcamento Rc: rapporto tra lo spessore del truciolo indeformato e quello deformato, oppure il rapporto inverso delle loro lunghezze. L’angolo del piano di separazione aumenta con l’aumentare dell’angolo di spoglia superiore ortogonale. Angolo del piano grande  superficie di scorrimento piccola  sforzo grande  forza grande necessaria *pressione di taglio Kc: rapporto tra la forza di taglio e l’area del truciolo indeformato. Serve per calcolare la potenza di taglio della lavorazione. Parametri di dipendenza: spessore truciolo indeformato, larghezza truciolo indeformato (quindi area truciolo indeformato) e proprietà del materiale lavorato: Modello di Kronenberg. *equazione di Cook: modello analitico per calcolare l’aumento di temperatura sulla superficie di contatto. Dipende da velocità di taglio, pressione di taglio, spessore truciolo indeformato, calore specifico materiale. *equazione di Trigger: modello sperimentale per calcolare l’aumento di temperatura. Tiene conto solo della velocità di taglio. Le due equazioni sono la stessa identica cosa. Tipologie di pezzi: rotazionali o assialsimmetrici, non rotazionali o prismatici, pezzi misti *lavorazioni di formatura: si usano degli utensili di forma che hanno gia la geometria che si vuole generare.  TORNITURA Si usa un utensile monotalgiente. La velocità di taglio non sarebbe costante (differenza sostanziale con il taglio ortogonale), ma la si assume costante per semplicità. Parametri fondamentali: avanzamento, velocità di taglio e profondità di passata. *extracorsa: distanza tra utensile e pezzo, che impedisce al pezzo di urtare violentemente con il pezzo all’inizio della lavorazione. Percorsa dal moto di avanzamento. *tornitura di forma: fatta con un utensile di forma *sfacciatura: l’utensile si muove in direzione perpendicolare all’asse di rotazione, per fare superfici piane *smussatura: effettuata con utensili di forma *troncatura: per separare una certa porzione di materiale, con il troncatore. Lavorazione finale *filettatura: effettuata con utensili di forma. *barenatura: per allargare un foro (grande), ottenere diametri molto precisi, con il bareno *godronatura o zigrinatura: ottenuta per deformazione plastica, la superficie viene impressa dalla superficie dell’utensile *carro: per il moto di avanzamento del portautensili con l’utensile *carrino o slitta trasversale: profondità di passata *mandrino: asse della macchina sul quale è montato il pezzo. I torni di oggi presentano più mandrini per aumentare la produttività (più lavorazioni contemporaneamente). Tornio multimandrino. Esistono anche torni verticali. Metodi di bloccaggio: - Brida-menabrida: per pezzi snelli (con contropunta) - Sistema autocentrante: tre griffe dipendenti - Piattaforma a griffe indipendenti: per pezzi non cilindrici a geometria mista - Pinza elastica: afferraggio a molla con ghiera a vite Il piano di riferimento e l’asse dello stelo servono per definire un sistema di riferimento per gli angoli. Sistema di riferimento tool-in-hand: usato da chi produce l’utensile, piano perpendicolare alla velocità di taglio Sistema di riferimento tool-in-use: usato da chi usa l’utensile. Piano di riferimento perpendicolare al moto della composizione del moto di taglio e del moto di avanzamento, asse dello stelo perpendicolare alla direzione di avanzamento e contenuto nell’utensile. Tre tipologie di angoli: SNiPeR - Angoli della sezione normale: o Angolo di spoglia superiore ortogonale, g_0 o Angolo di spoglia inferiore ortogonale, α_0 o Angolo solido o di taglio, b_0 o Angolo di spoglia inferiore secondario, α_0’ - Angoli del profilo: o Angolo di direzione complementare del tagliente y o Angolo di punta Ԑ o Angolo di inclinazione del tagliente principale l *condizione di taglio interrotto: quando l’utensile continua ad uscire ed entrare nella zona di taglio. *affinità chimica tra carbonio e ferro: non si possono usare utensili in carbonio puro (diamante) per pezzi ferrosi. Affinità anche con l’ossigeno (ossidazione). Diamante e Nitruro di Boro cubico: materiali più duri al mondo Quasi tutti i taglienti sono rivestiti da un film di materiali che migliora le proprietà meccaniche. Fuori durezza e dentro tenacità, il film li rende anche inerti chimicamente, abbassa il coefficiente di attrito (minori temperature) e funge da scudo termico. Danneggiamento utensili: - Frattura o scheggiatura: tipico degli utensili fragili (istantaneo) - Deformazione plastica: tipico degli utensili tenaci (istantanea o progressiva) - Usura graduale: abrasione e adesione (tagliente di riporto), affinità chimica, fatica meccanica e termica *labbro d’usura: danneggiamento del fianco, vicino al tagliente. Zona molto ristretta. *cratere d’usura: danneggiamento del petto, dove il truciolo scorre. Molto più netto è importante del labbro Per capire l’usura dell’utensile si misura il labbro perché più facile da calcolare. L’usura non è un fenomeno costante ma dipende principalmente dalla durezza/tenacità e dalla temperatura (o velocità di taglio, sono correlate). Tre zone di usura: rodaggio (iniziale crescita rapida, dovuta all’area piccola/elevati sforzi), usura uniforme, brusca crescita (si cambia utensile prima di questa). All’aumentare della velocità di taglio il labbro d’usura cresce. *Relazione di Taylor: per calcolare la vita utile dell’utensile (legge esponenziale). Considera solo due coefficienti n e C, che dipendo dal materiale e dall’utensile (più C e n elevati, vite elevate, tipici dei materiali duri) *Relazione di Taylor generalizzata: tiene conto di altri fattori come l’avanzamento, la profondità di passata e la durezza del materiale lavorato. Velocità di taglio sempre come fattore preponderante. Si utilizza Taylor solo per velocità di taglio alte. Per velocità di taglio basse si forma il tagliente di riporto, effetto non presente nell’andamento esponenziale di taylor. Durata media: 15min OTTIMIZZAZIONE CONDIZIONI DI TAGLIO Lo scopo è quello di ottimizzare gli indici di prestazione (produttività, costo e tasso di profitto), andando ad agire sui parametri di taglio. Input: parametri modificabili, costanti, relazioni, vincoli della lavorazione Output: set di parametri Indice di prestazione: quello che si vuole ottimizzare (produttività, costo o tasso di profitto). 1. Produttività Si cerca di minimizzare il tempo di produzione, dato dalla somma di tempi fissi, tempo di lavorazione e tempo di cambio utensile. Quindi massimizzare la produttività 2. Costo Si cerca di minimizzare il costo della lavorazione, dato dai costi fissi complessivi (dato dalla somma dei costi fissi e i costi macchina legati dal tempo di lavorazione) e dal costo degli utensili di ricambio. 3. Tasso di profitto Si cerca di massimizzare il tasso di profitto della lavorazione, dato dal rapporto tra il guadagno e il tempo necessario per generarlo. L’ottimizzazione deve rispettare i vincoli della lavorazione (tipo la rugosità del pezzo). Si fanno delle minimizzazioni/massimizzazioni non vincolate, si trovano le soluzioni e poi si confrontano con i vincoli che devono essere rispettati. L’ottimizzazione si esegue su 3 parametri variabili: la velocità di taglio, l’avanzamento e la profondità di passata. La condizione che prevale è l’ottimizzazione del tasso di profitto. Ricavato un intervallo di velocità, avanzamento e profondità di passata, si sceglie la combinazione ottimane guardando il tasso di profitto, non i costi e né la produttività.  FORATURA Solitamente ultima lavorazione, perché elemento di riferimento del pezzo. È una lavorazione di formatura!! Moto di taglio rotatorio e moto di avanzamento assiale (caratteristica fondamentale della foratura). Lavorazione di foratura: barenatura, maschiatura. Le lavorazioni vengono classificate in base alle caratteristiche dei loro moti di taglio e di avanzamento. Due tipologie di fori: ciechi o passanti. L’utensile ha 2 taglienti con un angolo di 120 circa. Minore l’angolo maggiore la precisione e minore la robustezza! Parametri importanti: - Velocità di taglio: non più costante, varia con la distanza dall’asse. Si considera quella massima (piccole velocità di taglio generano il tagliente di riporto, per questo sull’asse non si taglia) perché per Taylor l’usura si verifica a velocità elevate. - Avanzamento: due tipologie, avanzamento complessivo o avanzamento al dente - Velocità di avanzamento La profondità di passata non è un parametro (non ha senso) *tagliente di nocciolo: parte in mezzo alla punta, non taglia materiale ma lo spinge verso i taglienti esterni Nel calcolo del tempo di lavorazione, per il foro cieco si considera una extracorsa, per il foro passante due. *Alesatura: per realizzare fori di elevata precisione dimensionale e geometrica da un foro esistente, per piccoli fori. Per fori grandi su usa la barenatura. *Maschiatura: per creare una madrevite, utensile con 3 taglienti a forma di cono, foratura progressiva, elevata precisione. *Centrinatura: per assicurare una posizione corretta del foro, si effettua un foro molto piccolo che funge da guida. Utensile chiamato centrino, angolo di punta molto piccolo. *Lamatura: serve per fare un foro multi-diametro, allarga un foro pre-esistente fino ad un certo punto *Svasatura conica: per creare smussi ed eliminare gli spigoli vivi del foro, usato per le viti *Sfacciatura: per fare una superficie piana *Barenatura: effettuata al tornio ma viene comunque considerata una lavorazione di foratura, per fori di grande dimensione e grande precisione. Fatto da un utensile tozzo a due taglienti o un tagliente e pattino. Utensile chiamato Bareno. Il bareno con singolo tagliente e pattino può essere usato nella alesatura di piccoli fori. *Punta a cannone: punta non elicoidale con dei fori che portano fluido ad alta pressione *Problema dell’evacuazione del truciolo: si eseguono step successivi per eliminarlo tra uno step e l’altro Esistono due tipologie di utensili: utensili integrali (più usati, acciaio rapido) e utensili con inserti (poco usati). Utensili molto costosi, si cerca di riaffilarli. Gli utensili in metallo duro (carburo di tungsteno) vengono utilizzati per applicazioni particolari/microforature, con canali dove far scorrere il liquido. Si fanno più passate di foratura: centrinatura, foratura classica (con punta elicoidale conica), allargatura (con punta elicoidale piatta), alesatura o barenatura Angoli e dimensioni caratteristiche: - Diametro d - Diametro di nocciolo centrale d_0 - Angolo di spoglia del bordino di guida LAMBDA - Larghezza del bordino guida l_0 - Scarico bordino guida g - Angolo dello spigolo centrale PSI: angolo del tagliente di nocciolo rispetto ai taglienti - Angolo dei taglienti EPSILON - Angolo di inclinazione dell’elica DELTA - Angolo di inclinazione laterale RHO A differenza della tornitura, i sistemi tool in hand e in use cambiano perché nella foratura la velocità di avanzamento non è trascurabile e quindi i due piani di riferimento considerati sono diversi. Due taglienti: ogni tagliente vede metà avanzamento al giro, e agisce metà della forza totale Insieme alle forze di taglio agiscono anche due forze di attrito: una sul fianco sopra il tagliente e una al centro del tagliente di nocciolo. Le forze vengono scomposte in componenti di taglio Fc, componenti di avanzamento Ff e componenti di repulsione Fp. Le forze di repulsione dalle due parti sono uguali e si compensano. Per il calcolo della potenza la velocità di avanzamento è trascurabile e si considera solo la velocità di taglio. Macchine: trapano a colonna, trapano a bandiera, fresatrici (più usate e moderne).  FRESATURA Consente di ottenere geometrie diverse. Moto di taglio rotatorio dell’utensile, moto di avanzamento perpendicolare all’asse di rotazione solitamente dato al pezzo. Utensile multitagliente che taglia sulla periferia, non con la punta: numero di taglienti dispari per diminuire le vibrazioni. *Spianatura: lavorazione molto usata.