Teoria Tecnologia meccanica

CLASSIFICAZIONE DI PROCESSI IN BASE ALLO SCOPO DELLA DEFORMAZIONE

1. Processi primari

Obie�vo: distruzione della strutura otenuta con la solidificazione del geto. I prodo� sono

des�na� ad ulteriori lavorazioni. Le operazioni sono condote generalmente a caldo e su larga

scala.

2. Processi secondari

Obie�vo: atuazione di trasformazioni sui prodo� dei processi primari per realizzare

componen� fini� o semilavora�.

CLASSIFICAZIONE DI PROCESSI IN BASE ALLA MODALITA’ DELLA DEFORMAZIONE

1. Processi stazionari

Tute le regioni del pezzo sono soggete alla stessa modalità di deformazione.

2. Processi non stazionari

La geometria del pezzo cambia con�nuamente nel tempo e l’analisi delle deformazioni e delle

sollecitazioni deve essere ripetuta per ogni geometria (da quella iniziale a quella finale).

PROCESSI DI FORGIATURA

I processi di forgiatura qui esamina� sono la fucinatura e lo stampaggio. Il materiale è deformato

plas�camente mediante applicazione di forze esterne di compressione su apposite macchine

dete presse e magli. In tali macchine un organo mobile è in grado di esercitare sul pezzo, disposto

sulla parte fissa, la forza necessaria alla sua deformazione. I magli si usano per produrre pezzi di

piccole dimensioni. Comportano una deformazione ad alta velocità con incrudimento che

interessa tuto il pezzo. Le presse si u�lizzano per produrre pezzi di grandi dimensioni.

Comportano lente deformazioni plas�che, quasi in assenza di incrudimento.

CARATTERISTICA DEI MAGLI E DELLE PRESSE

Energia disponibile (in Nm o J): energia fornita dalla macchina, durante la corsa dell’organo

mobile, per svolgere il lavoro di deformazione.

Forza disponibile (in N o t): forza che l’organo mobile può esercitare sul materiale in

deformazione.

Rendimento: rapporto tra energia disponibile e quella fornita alla macchina.

Numero di colpi al minuto (o potenzialità): produ�vità della macchina

Tempo di contato soto carico: importante per la trasmissione del calore nelle lavorazioni a caldo.

Se questo parametro aumenta, si incrementa l’usura dello stampo e il conseguente maggior

raffreddamento del pezzo fa aumentare la forza richiesta per la deformazione.

Velocità soto carico: velocità dell’organo mobile durante l’applicazione del carico di

deformazione

I MAGLI

I magli sono cos�tui� da una parte mobile (mazza) e una parte fissa (incudine), oltre che da

un’incastellatura che include gli organi di sostegno, la guida

per la mazza e l’apparato motore. La deformazione è

otenuta u�lizzando l’energia cine�ca della mazza acquisita

per caduta libera della stessa (maglio a semplice effeto) o

per ulteriore accelerazione impressa da un fluido in

pressione (maglio a doppio effeto). La massa dell’incudine

deve essere molto maggiore di quella della mazza per

otenere un buon rendimento. Per il maglio a contraccolpo,

in cui l’incudine si muove in direzione opposta alla mazza

grazie a un collegamento meccanico o idraulico, le masse

devono essere dello stesso ordine di grandezza.

LE PRESSE

Le presse sono macchine nelle quali si realizza un moto alterna�vo di un organo mobile (slita),

che durante la sua corsa esercita una

forza sul materiale da deformare.

- Presse meccaniche: il movimento

della slita è otenuto con cinema�smi;

- Presse idrauliche: il movimento della

slita è otenuto con olio idraulico in

pressione.

FUCINATURA

Processo adato alla realizzazione di pochi pezzi di grande e grandissima dimensione per i quali non sia

richiesta grande precisione. Sugli organi fissi e mobili delle macchine vengono monta� semplici utensili per

effetuare operazioni di schiacciamento, arrotondamento, taglio, piegatura, ecc., mentre il pezzo viene

manipolato, con opportuni atrezzi, dall’operatore.

LO STAMPAGGIO Procedimento che si usa per produzioni di grandi serie, si effetua solitamente a

caldo e consiste nell’obbligare un massello di lega metallica a occupare

stabilmente una cavità ricavata in due stampi che vengono premu� l’uno contro

l’altro tramite presse o magli. Il massello subisce uno schiacciamento e un

allungamento, andando a riempire tute le par� dello stampo: quando tuto lo

stampo è riempito, il materiale in eccesso fuoriesce in un serbatoio periferico,

deto canale di bava, che verrà poi asportato.

-vantaggi: I pezzi otenu� tramite stampaggio presentano un’elevata resistenza

meccanica dovuta alla strutura cristallina assunta dal materiale.

Il pezzo stampato, infa�, man�ene la strutura fibrosa del laminato da cui deriva

e tali fibre tendono a ricopiare la forma del pezzo stesso.

Le fibre non sono altro che una schema�zzazione dei cristalli, allunga� nella direzione della

laminazione.

Inoltre, la compressione prodota durante il processo provoca una maggior compatezza e

l’eliminazione di gran parte dei dife� interni

-svantaggi: L’andamento delle fibre si discosta tanto più dalla direzione originale quanto maggiore è

la deformazione locale nello stampato.

L’en�tà della deformazione non è mai costante nelle varie zone del pezzo stampato e i fenomeni di

atrito tendono a creare delle vere e proprie zone morte.

Per evitarle si cerca di progetare opportunamente la forma degli sbozza� intermedi o di collocare la

zona morta in un punto che subirà lavorazioni alle macchine utensili.

I PROCESSI DI ESTRUSIONE E TRAFILATURA

L’estrusione è un processo di deformazione plas�ca, a caldo o a freddo, che permete di otenere

principalmente dei semilavora� di sezione anche complessa o pezzi singoli.

In questo processo uno spezzone di barra generalmente circolare (massello), introdoto in un contenitore,

viene sotoposto a forze di compressione atraverso una pressa orizzontale e obbligato a fuoriuscire da una

matrice la cui sezione corrisponde, in forma e dimensioni, al prodoto desiderato.

CARATTERISTICHE DEL PROCESSO

- Si effetua sia su materiali ad elevata deformabilità (leghe di otone e alluminio) sia su acciai.

- Elevata produ�vità ed elevate riduzioni di sezione

- Si lavora a caldo e, solo in alcuni casi, a freddo

ESTRUSIONE A CALDO

L’estrusione a caldo comporta minori forze a parità di deformazione ma occorre risolvere problemi di

ossidazione e lubrificazione dovu� alla temperatura elevata. Il primo problema, che può provocare

deformazioni non omogenee, data la differenza tra i coefficien� d’atrito del metallo e del suo ossido, viene

risolto usando un pistone dal diametro inferiore rispeto al suo contenitore, così lo strato di ossido rimane

aderente alle pare� come una seconda pelle. Estrusione a caldo Il secondo problema viene risolto usando

vetro fuso come lubrificante, che man�ene una buona viscosità anche alle alte temperature fungendo inoltre

da buon coibente termico rallentando il raffreddamento del materiale.

ESTRUSIONE A FREDDO

Questo processo è finalizzato prevalentemente alla produzione di pezzi fini�. L’estrusione a freddo,

nonostante richieda forze più elevate, presenta diversi vantaggi:

- migliori proprietà meccaniche per effeto dell'incrudimento (nell'ipotesi che il calore generato per

deformazione plas�ca non ricristallizzi il metallo);

- ristrete tolleranze di lavorazione;

- migliore finitura superficiale per l'assenza degli ossidi superficiali (nell'ipotesi di una buona

lubrificazione);

- eliminazione della fase di riscaldamento della billeta;

Il più importante svantaggio dell'estrusione a freddo è la maggiore sollecitazione a cui vengono sotoposte le

atrezzature, specialmente quando si estrude l'acciaio.

FORZA DI ESTRUSIONE

La forza totale di estrusione è la risultante della componente necessaria a provocare la deformazione plas�ca

del materiale e della componente necessaria per vincere gli atri�.

La forza totale di estrusione durante il processo segue un andamento che può essere suddiviso in tre fasi:

1. la forza cresce fino al completo riempimento della camera di estrusione;

2. la forza decresce nel caso di estrusione direta (la superficie a contato col contenitore diminuisce) o rimane

costante nel caso di estrusione inversa;

3. la forza aumenta rapidamente perché la deformazione plas�ca diventa più difficile, vis� i mo� radiali che

deve compiere il materiale (l’ul�mo trato solitamente non si estrude, viene tagliato)

Nell’estrusione direta, la

velocità di efflusso del metallo al

centro della sezione è maggiore

rispeto ai bordi, zona dove è

presente l’atrito con le pare� del

contenitore. Questo effeto può

provocare dei dife� nella parte

centrale del prodoto estruso

(central burs�ng).

Tale difeto è amplificato, nel

processo effetuato a caldo, dalla

presenza di ossido sulla

superficie dello spezzone, che

non riesce a saldarsi in

corrispondenza delle cavità centrali. Un metodo per ovviare a questo inconveniente è quello, già citato, di

usare un pistone con diametro inferiore al contenitore in modo che lo strato di ossido rimanga aderente alle

pare� e le eventuali cavità che si formano si possano facilmente richiudere. L’estrusione inversa non presenta

questo fenomeno ed è caraterizzata da forze minori, quindi richiede presse con minori prestazioni; purtroppo

però il costo del pistone cavo è generalmente maggiore.

MATRICI DI ESTRUSIONE

La matrice è la parte più importante dell’atrezzatura necessaria all’estrusione ed è realizzata in acciai ad alta

resistenza a caldo o in carburi sinterizza�. La

matrice può essere piana, quando il metallo

forma una zona morta generando un

proprio angolo di imbocco, o con ingresso

conico (con angolo tra 45° e 60°) usate

nell’estrusione con buona lubrificazione. La

zona cilindrica svolge la funzione di calibrare

le dimensioni del prodoto.

La lunghezza di tale zona (a) influenza l’en�tà delle forze di atrito che agiscono sul prodoto estruso in uscita.

I prodo� caraterizza� da sezioni con par� so�li e par� massicce, a causa della differente resistenza offerta

al flusso di materiale, tendono a

incurvarsi o presentare ondulazioni. Per

evitare ques� fenomeni si progeta la

lunghezza della zona calibratrice in modo

tale da compensare la maggiore facilità di

uscita con una maggiore resistenza a

scorrimento.

ESTRUSIONE PER URTO (O ALLA PRESSA) Processo u�lizzato per produrre pezzi singoli come

bossoli, capsule, contenitori con pare� so�li, ecc. Il

pezzo da estrudere viene posto entro una matrice,

dove subisce l’azione di un punzone collegato alla slita

di una pressa.