Appunti di Tecnologie e studi di fabbricazione (2° parziale)

Formattazione del testo

µ∗D=Yp 1+media f 3 hn=k∗ℇY f ∗AF=k∗Y f

Il rapporto nella parentesi è generalmente compreso tra 0,2 e 1.

Y è la tensione di snervamento.

fK è il coefficiente di complessità dell’oggetto.

Per oggetti assialsimmetrici, la forza necessaria alla deformazione è legata all’area del componente (trascurabile), alla tensione disnervamento calcolato con y medio e ad altri parametri, quali coefficiente di attrito, altezza del componente e variazione del raggio sempre del componente.

F=K Y Af f

La tensione di flusso plastico può essere media o massima, a seconda dei casi.

Prova dell’anello: si prende un anello di dimensioni standard e lo si schiaccia: in funzione della riduzione del diametro interno mi posso calcolare l’attrito.

NB: la formula della forza è la stessa che vale anche per la forgiatura, dove K è il coefficiente di complessità dello stampo e può variare in un intervallo

compreso tra 3 e 12, mentre nel caso dellaricalcatura varia da 1,2 fino ad un massimo di 2 -> nella forgiaturasono in gioco forze più elevate a parità di area e di tensione disnervamento (vedi grafico su quaderno lezione 29/04).

LAMINAZIONE

Gli oggetti lavorati tramite laminazione sono caratterizzati da una sezione costante (a differenza dei processi di forgiatura ericalcatura che prevedevano oggetti più complessi). Il prodotto che si verrà a creare sarà caratterizzato da un’elevata lunghezza (si raggiungono anche le centinaia di metri con la laminazione continua).

La laminazione classica è quella che serve a creare le lamiere (sono tra i semilavorati più usati in ambito industriale in quanto è possibile, con le tecniche di creare scatolati e forme più complesse semplicemente tranciandole e piegandole).

Il processo di lavorazione ha una durata variabile: per ottenere lamiere più sottili sarà necessario

far passare la lamiera sotto dei rulli per più volte. La laminazione permette anche di lavorare dei semilavorati di profilo quadrato per ottenere dei tubi senza saldatura (è un processo particolare che sfrutta tre rulli conici leggermente inclinati piegatura e fuori asse inclinati a 120° l'uno rispetto all'altro) [vedi dei tubi a fine riassunto].

Laminazione conformale: per ottenere oggetti più complessi (ad esempio una rotaia) si usano dei rulli che hanno una geometria ben specifica; la lavorazione, inoltre, viene effettuata in più passaggi da una serie di rulli messi in sequenza, ognuno dei quali aggiunge una piccola deformazione allo stato precedente.

Non è possibile ottenere il profilo finale in un unico passaggio a causa delle forze in gioco (ho un'energia erogata dalle macchine limitata -> non sarebbe sufficiente a fornire la deformazione desiderata).

Il pezzo entra nella zona di laminazione solo se la differenza di altezza tra stato

iniziale e stato finale è sotto certi limiti; questo perché il pezzo viene trascinato grazie alla forza d'attrito, quindi se la deformazione è troppa la forza non è sufficiente a far entrare il componente nei cilindri di laminazione (questo è un altro motivo per cui si preferisce "spezzare" il processo in più fasi). Le formule che entrano in gioco sono simili a quelle della prova di trazione: la deformazione si calcola: fℇ=ln ( )h 0 Nella maggior parte dei casi si assume che non ci sia una variazione di larghezza della lamiera in quanto l'attrito che agisce lungo la direzione dello scorrimento del rullo è molto minore di quello che agisce lungo la larghezza - si considera la lamiera come se fosse sottoposta ad uno stato di deformazione piana. Quindi, in fase di laminazione i cilindri schiacciano il materiale e, essendo controrotanti, applicano la pressione lungo l'arco di contatto (VEDI DISEGNO SUL QUADERNO) chesi trasforma in una forza e, a sua volta, può essere trasformata in coppia; il materiale è trascinato dentro grazie alle forze d'attrito (che nella prima fase tendono a trascinare il materiale all'interno, mentre nella seconda tendono ad impedirgli di uscire in quanto la velocità del materiale tende a cambiare continuamente: all'inizio è più bassa rispetto a quella periferica del cilindro, ma aumenta fino a superarla via via che viene schiacciato). [i modelli analitici sulle slide che servono per calcolare le forze in gioco sono per i meccanici, a noi serve solo la formula della risultante] Formule: - nk*ℇmedio=Y medio n+1 14h media - ℇ =ln ( )⁡medio h 0 Prima formula: tensione di flusso plastico media. Si usa questa formula media perché nello stesso istante coesistono stati del materiale a inizio deformazione ed altri a fine deformazione. h la trovo facendo la media pesata (h*A).media NB: quando ho processi continui si usa sempre latensione di flussoplastico media, mentre quando ho, allo stesso istante, il materiale tutto allo stesso livello di deformazione uso il valore istantaneo di (come ad esempio nei processi di forgiatura e ricalcatura). ^ℇ[+ spiegazione del disegno coi rulli sulle pressioni] La pressione di uscita è un po' più alta di quella d'ingresso perché in ingresso il materiale non è incrudito -> lungo l'arco di contatto ho delle pressioni che aumentano e che raggiungono il massimo circa nella zona centrale (*) (dipende dal coefficiente d'attrito e dal rapporto di riduzione). (*) posso assumerla come approssimazione negli esercizi. Nella laminazione NON si usa la lubrificazione (andrei ad eliminare l'effetto delle forze d'attrito che sono quelle che permettono la deformazione). Il punto di applicazione della risultante delle forze è importante per poter calcolare la coppia (mi serve per conoscere il braccio). [riferendosi al disegno] In generale,

Il coefficiente di attrito deve essere pari o superiore alla tangente dell'angolo alpha (= angolo di abbracciamento del rullo rispetto alla lamiera). Rielaborando questa formula è possibile scoprire che esiste un'altezza minima ed una differenza di altezza finale-iniziale minima che posso andare a lavorare.

Più è alto il coefficiente d'attrito, maggiore è la differenza di altezza che posso dare al laminato, mentre più grande è il cilindro, maggiore è la differenza di altezza che posso dare al laminato (??? minuto 1:05:00). [vedi formula con coefficiente al quadrato per il raggio]

Il coefficiente d'attrito gioca un ruolo fondamentale - non avrebbe senso eliminarlo con la lubrificazione.

Altra formula importante è quella del valore minimo che posso andare a laminare: via via che diminuisco l'altezza della lamiera le forze in gioco diventano sempre maggiori (più è bassa la lamiera, minore è la differenza di altezza che posso dare al laminato).

sarà l'arco di abbracciamento con il cilindro di laminazione-> è più difficile laminarla). L'altezza minima dipende dal coefficiente d'attrito, dal raggio del cilindro, dalla tensione di snervamento media del materiale e dal modulo di Young.

Durante la laminazione si va incontro ad un processo di incrudimento del materiale: si parte da grani equispaziati di forma quasi sferica che vengono "stretchati" quando passano sotto ai rulli-> si passa da un materiale isotropo in partenza e si ottiene un materiale leggermente anisotropo in uscita.

NB: l'incrudimento si verifica prevalentemente lungo la direzione in cui vengono stretchati i grani.

Gli alberi di laminazione non solo sono fatti di materiali estremamente duri per resistere all'usura, ma devono essere dimensionati in modo da essere rigidi e, in generale, devono essere pensati in modo tale da compensare le deformazioni (facendo una stima delle forze in gioco e creando dei cilindri

bombati – più spessial centro e più sottili sulle pareti).
In generale, la laminazione è un processo che viene fatto a caldo perché le forze in gioco sono più basse, ma anche perché di solito viene effettuata subito dopo il processo di colata -> ottimizzazione dei tempi (non aspetto che si raffreddi).
Slitting: lavorazione che viene effettuata alla fine della linea di laminazione; in pratica, ci sono due coltelli rotanti che tagliano la lamiera in porzioni che possono poi essere facilmente rivendute. 16
I problemi principali che si possono verificare in laminazione sono legati alle fratture che si possono verificare sul bordo laterale o sulla parte centrale della lamiera stessa. In generale, può succedere che ci siano delle zone a velocità differenti rispetto ad altre (a causa delle forze d'attrito che agiscono in maniera più massiccia su alcune zone).
Teoricamente la velocità centrale è maggiore rispetto a

quellelaterali -> si ha uno scollamento della lamiera. L'unico modo per limitarli è cercare di correggere la flessione del cilindro con una serie di cilindri di laminazione che vanno ad mulino di laminazione”) aumentare la rigidezza del sistema (“oppure andando ad agire direttamente sulla geometria del cilindro tenendo conto della sua deflessione.

Ring rolling: tipologia di laminazione che non si svolge più su un piano, ma ha un’asse di rotazione principale. Si parte da un oggetto già tubolare (i laminatoi, in questo caso, non sono dei coni, ma dei cilindri) [ha fatto vedere un filmato]. Partendo da un oggetto massivo (un cilindro di materiale pieno) si riesce ad ottenere un anello -> si ha un oggetto assialsimmetrico.

Il coefficiente d’attrito richiesto in questo caso è abbastanza basso -> si preferisce lavorare in un ambiente lubrificato per aumentare la durata della vita dei rulli (tanto l’attrito gioca un ruolo minore).

zione plastica del materiale attraverso una matrice. Il materiale viene spinto attraverso un'apertura della matrice, creando così la forma desiderata. La trafilatura, invece, è un processo simile all'estrusione, ma viene utilizzato per la produzione di fili e tubi di piccolo diametro. In questo caso, il materiale viene tirato attraverso una matrice con un foro di dimensioni ridotte, ottenendo così il filo o il tubo desiderato. Entrambi i processi di estrusione e trafilatura sono molto versatili e permettono di ottenere una vasta gamma di forme e dimensioni. Inoltre, sono processi che richiedono costi fissi relativamente bassi rispetto ad altri processi di deformazione massiva come la laminazione. Quindi, se hai bisogno di produrre un profilo a T di 1,5m e desideri utilizzare un processo con costi fissi molto bassi, la soluzione potrebbe essere la saldatura. La saldatura è un processo di unione di due o più pezzi di materiale mediante l'applicazione di calore e/o pressione. È un processo molto flessibile e può essere utilizzato per creare una vasta gamma di forme e dimensioni, compreso il profilo a T desiderato. In conclusione, se hai bisogno di produrre oggetti in piccola serie con costi fissi bassi, l'estrusione e la trafilatura sono due processi da considerare. Se invece hai bisogno di produrre un profilo a T di 1,5m con costi fissi molto bassi, la saldatura potrebbe essere la soluzione ideale.