Appunti corso Tecnologia meccanica e qualità (parte 2/4)

Processi di deformazione plastica

Sono una modifica della geometria di un corpo solido mediante l'applicazione di un sistema di forze che causa una deformazione permanente.

PROCESSI DI DEFORMAZIONE MASSIVA

Nei processi industriali di deformazione massiva i componenti realizzati hanno tipicamente un rapporto limitato fra superficie e volume.

I principali processi industriali sono:

• laminazione (a)
• forgiatura (b)
• estrusione (c)
• trafilaura (d)

In base alla temperatura T_l di lavoro, i processi di formatura per deformazione plastica si distinguono in processi a:

• freddo

^T/_Tfusione< 0,3

• tiepido → 0,3 < _T⁄_Tfusione < 0,6
• caldo → _T⁄_Tfusione ≥ 0,6

In riferimento al risultato, si possono classificare le lavorazioni in:

• primarie: permettono di ottenere dei semilavorati sbozzati in varie forme (a caldo)
• secondarie: a partire dalle preforme ottenute nelle lavorazioni primarie permettono di ottenere un prodotto semilavorato o finito (a freddo)

Rulli di laminazione

Nel caso più semplice la laminazione viene eseguita tramite rulli cilindrici non sagomati (laminere).

In altri casi i rulli sono sagomati, in modo da imprimere una particolare geometria alla sezione in uscita: i rulli sono detti calibri.

Forma laminati intermedi

• Blumi
• Bramme
• Billetta

Forma arrotolata finale

• Forme strutturali
• Piastre, lamiere
• Barre
• Nastri
• Rotai

Alcuni tipi di prodotti in acciaio realizzati per laminazione

Slittamento

La posizione angolare della sezione di inversione consente di calcolare la velocità in ingresso e in uscita del laminando.

Per conservazione del volume si ha:

v_n h_n = v_e h_e = v_u h_u

da cui:

v_e = ^h_n⁄_he v_n  v_u = ^h_n⁄_hu v_n

Si definisce slittamento: ^{v_u - v_c}⁄_vc

→ velocità dello strisciamento

Dal punto di vista della dinamica possiamo iniziare a descrivere la forza che si sviluppa durante la lavorazione in maniera molto semplice: la forza F che il singolo rullo esercita sul laminando la scomponiamo in una componente orizzontale F_o e una verticale F_v.

Sperimentalmente è possibile ricavare che:

F_o << F_v

cioè la forza orizzontale di trascinamento del laminando è molto più piccola della forza verticale di compressione dello stesso. La forza di lavorazione può quindi essere approssimata con la sola forza verticale.

Tensioni di compressione

Per una valutazione più precisa, considerando l'attrito, abbiamo bisogno di determinare la pressione lungo l'arco in presa, cioè p(a) che è rappresentabile con la “collina delle pressioni” (in figura vista come funzione delle grandezze in gioco) e quindi la conseguente pressione media:

P_av = ¹⁄_ao ∫₀^ao P(a) da

ATTRITO

RIDUZIONE

Gli andamenti cambiano se si aggiunge un tiro a monte o a valle

• aumentando µ aumenta la pressione.
• aumentando µ la sezione neutra si sposta verso la sezione di immissione.
• aumentando Δh aumenta la pressione

Laminatoio Multicilindro

• Noto anche come Laminatoio Sendzimir
• La sollecitazione viene distribuita su cilindri di diametro crescente
• I cilindri motorizzati sono quelli intermedi
• Usato tipicamente nella laminazione delle lamiere a freddo

Treni di laminazione

Spesso gli impianti di laminazione prevedono più gabbie in sequenza che operano sulla stessa lamiera.

Si parla allora di “treni di laminazione”.

E’ la soluzione comunemente adottata per la produzione di nastri:

Camera scarta bava

Spazio in cui si raccoglie il materiale in eccesso (lo scarto).

Vantaggi:

• non mi serve essere preciso nel posizionare il pezzo
• la temperatura della bava si abbassa e si incrudisce e quindi sarà più difficile da deformare rispetto al materiale in lavorazione. Inoltre funge da tappo e questo permette al corpo più caldo di aderire meglio allo stampo.

Estrusione

Consiste nell'obbligare uno spezzone di barra a sezione generalmente circolare (massello) a fuoriuscire attraverso una matrice, mediante l'azione di una forza di compressione.

Tipi di estrusione:

• Estrusione diretta
• Estrusione inversa

Si ha movimento relativo (e quindi attrito) fra le pareti del contenitore ed il materiale

verso di avanzamento dell'estruso opposto a quello della billetta

Dall'osservazione della distorsione della griglia si ricava che le sezioni trasversali originariamente piane vengono profondamente deformate durante l'estrusione. Ciò è dovuto al fatto che il materiale più esterno subisce l'azione dell'attrito, mentre il materia nella zona centrale è libero di fluire.

Se α = 90° mi aspetterei un movimento ancora maggiore

non accade perché si forma un accumulo di materiale che si incrudisce e, generando un angolo α_s, funge da matrice.

Zona morta

si presenta ogni volta che α > α_s

Per trovare l'angolo di conicità ottimo, si fa riferimento alle 3 aliquote energetiche: