Appunti di tecnologia meccanica

MACCHINE E LAVORAZIONI

Tornio e tornitura

La tornitura cilindrica è una lavorazione che consiste nel taglio superficiale di un

pezzo messo in rotazione attorno al suo asse di rivoluzione, ad esempio un albero.

Permette di realizzare:

- superfici di rivoluzione esterne ed interne

- filettature esterne ed interne

- superfici piane (di sfacciatura)

- superfici zigrinate

Esistono quattro tipi di moto:

- moto di taglio, in cui il pezzo ruota attorno al proprio asse, misurato in m/min

- moto di alimentazione, in cui l’utensile si muove in modo rettilineo o curvilineo in

un piano contenente l’asse di rotazione del pezzo, misurato in mm/giro

- moto di appostamento, in cui l’utensile si muove ortogonalmente all’asse di

rotazione e definisce la profondità di passata in mm

- moto di lavoro, di tipo elicoidale, dato dalla somma dei moti di taglio ed

alimentazione

Filettature

- il moto è parallelo all’asse di tornitura

- l’avanzamento è pari al passo della filettatura

- la profondità della passata dipende dalla profondità del filetto e dalla possibilità di

realizzarlo in una o più passate

- inserti a carburi sinterizzati per ottenere contemporaneamente filettatura e

finitura

Parametri di taglio

- riduzione fino al 50% della velocità di taglio per filettature, gole, troncature

- velocità di alimentazione da 0,05 a 0,15 mm/giro per gole e troncature

- profondità di passata da 1 a 10 mm per sgrossatura, da 0,1 a 1 mm per finitura

Fra i taglienti dell’utensile vi è un raggio di punta tale da:

- eliminare un pericoloso spigolo vivo

- dare robustezza all’utensile

- ridurre la rugosità del pezzo lavorato

- essere abbastanza piccolo per permettere l’incuneamento dell’utensile nel pezzo

Fresatrice e fresatura

La fresatura è una lavorazione che consiste nel taglio del metallo a opera utensili

pluritaglienti detti “frese”con taglienti posti su diverse superfici (cilindriche, piane,

coniche, …) muniti di denti elicoidali di diverso tipo.

Permette di ottenere:

- superfici piane

- scanalature di forma semplice e complessa

- smussi e sedi di linguette e chiavette

- taglio di ruote dentate

Il taglio può essere di due tipi:

- periferico se l’asse di rotazione della fresa è parallelo al pezzo

- frontale se l’asse di rotazione della fresa è ortogonale al pezzo

Per ogni dente della fresa si distinguono due superfici:

- petto, superficie “radiale” alla fresa

- fianco, superficie “tangenziale” alla fresa

Per entrambi i tipi di taglio (periferico e frontale) vi sono tre tipi di moto:

- moto di taglio, rotatorio e continuo dell’utensile, misurato in velocità di taglio

m/min

- moto di alimentazione, rettilineo o curvilineo continuo posseduto dal pezzo o

dall’utensile, misurato in mm/min o in mm/giro

- moto di appostamento, posseduto dal pezzo o dall’utensile, misurato in mm

determina la profondità della passata.

Altri parametri fondamentali sono il diametro della fresa ed il numero dei denti.

Trapano e trapanatura

La trapanatura consiste nella foratura del metallo.

Gli utensili utilizzati sono le punte, gli allargatori e gli alesatori:

- punta da centri (a centrare)

- punda doppia

- punta a gradini

- perforatore con inserti in carburi

- punta ad elica con canali per fluido da taglio

- allargatore per svasature cilindriche/coniche

- alesatore pluritagliente manuale/a macchina

Rettificatrice e rettifica

La rettifica è una lavorazione di finitura del metallo.

L’utensile della rettifica è la mola.

Estrusione

L’estrusione è un processo attraverso il quale il metallo, a caldo o a freddo, viene

spinto da un pistone attraverso una sagoma detta matrice generando una trave di

sezione uguale alla sagoma. (stesso processo usato per tirare la pasta).

Non vi è alcun collegamento fra la forma iniziale del metallo e quella finale, le

matrici possono essere anche complesse e generare pezzi cavi.

L’estrusione può essere di due tipi:

- estrusione diretta, in cui il pistone spinge il metallo in una matrice definita

- estrusione inversa, in cui il pistone stesso è la matrice

Considerando il lavoro ideale di deformazione plastica parallelepipeda ed il lavoro

reale dell’estrusione, è possibile definire il rendimento di estrusione:

=

Il flusso del metallo è difficile da prevedere e dipende da alcuni fattori:

- attrito con le pareti del contenitore

- differenza di temperatura fra periferia e centro

- angolo della matrice (vi è un angolo ottimale)

L’attrito è una delle principali differenze fra l’estrusione diretta e quella inversa.

Infatti, nell’estrusione inversa, il metallo non ha attrito con le pareti esterne ed il

lavoro di estrusione è minore.

Tipici rapporti di estrusione vanno da 10 a 100 e la velocità del pistone può arrivare

a 0,5 m/s.

Estrusione a caldo

- forze più basse

- raffreddamento superficiale che causa deformazione disomogenea

- ossidazione che causa difetti superficiali, difetti interni, aumento della rugosità

I rimedi a tali inconvenienti sono:

- riscaldamento del contenitore

- pistone di diametro minore

- lubrificazione

Estrusione a freddo:

- migliori proprietà meccaniche

- migliori tolleranze dimensionali

- miglior finitura superficiale

- assenza di ossidi

- forze più elevate

- usura delle matrici

- necessità di lubrificazione

- possibilità di aumento di temperatura e conseguente ricristallizzazione

Difetti nell’estrusione

- ossidazione

- fessurazioni da surriscaldamento

- proprietà meccaniche variabili secondo la lunghezza

- distorsioni dovute a tensioni residue

- difetti nella zona terminale

E’ possibile osservare l’andamento delle forze di estrusione in uno schema

sforzo-corsa del pistone.

Fucinatura e Stampaggio

La fucinatura e lo stampaggio sono processi attraverso i quali il metallo viene

pressato e sagomato, a caldo, in stampi aperti o chiusi attraverso magli e presse.

Il maglio è uno strumento che consiste in un elemento impattante, un’incudine

massiva che sostiene il pezzo ed un motore che solleva l’elemento impattante.

Può essere di tre tipologie:

- a semplice effetto

- a contraccolpo

- a doppio effetto

Caratteristiche di un maglio:

- macchina ad energia imposta (max 1200 kJ)

- adatto a pezzi piccoli

- elevata velocità di deformazione

- microdeformazione distribuita e struttura uniforme

- macrodeformazione disuniforme nella fucinatura

La pressa è uno strumento capace di pressare un lingotto metallico all’interno di

uno stampo.

Caratteristiche di una pressa:

- macchina a forza imposta (max 5000 MN)

- adatta a pezzi grandi

- velocità di deformazione lenta (compressione statica)

- microdeformazione concentrata e struttura disuniforme

- macrodeformazione controllabile

Formule empiriche per il calcolo della forza di fucinatura

=

= ∙ + → = 2 ∙

(1 )

ℎ

Soluzione dell’equazione differenziale:

2

= ∙ ℎ

Una difficoltà che si incontra lavorando a caldo ad alta velocità è che il materiale

incrudisce e l’incrudimento dipende dalla velocità di deformazione, che si ricava a

partire dal tempo di contatto.

Forze di stampaggio e canale di bava

Il canale di bava ha tre principali funzioni:

- attutire l’urto fra gli stampi

- accogliere il materiale in eccesso

- riempire gli stampi

La forza di stampaggio è data da:

=

è la resistenza del materiale alla deformazione plastica

è l’impronta del pezzo sul piano di bava

è una costante che aumenta all’aumentare della complessità dei pezzi

(3-5 pezzi semplici, 5-8 con scartabava, 8-12 forme complesse)

Il processo di progettazione del greggio e degli stampi avviene secondo le fasi:

- scelta del piano di bava

- calcolo del sovrametallo

- angoli di sformo

- raggi di raccordo

La scelta del piano di bava deve trovare la soluzione più economica, evitando

sottosquadri, spinte laterali e punti deboli.

Il sovrametallo deve consentire lavorazioni per asportazione di truciolo e la

compensazione di ossidazione, difetti superficiali, incompleto riempimento e ritiro.

Gli angoli di sformo garantiscono la sformabilità, facilitano il riempimento e

riducono l’usura degli stampi. (7°-12°)

I raggi di raccordo evitano concentrazioni di tensioni e facilitano il riempimento.

Dipendono dalle dimensioni dello stampo.

Laminazione

La laminazione è un processo attraverso il quale il metallo, a caldo o a freddo, è

trasformato in lamine o in barre a varie sezioni mediante il passaggio attraverso dei

rulli.

Fra i prodotti della laminazione vi sono:

- semilavorati di partenza (lingotti)

- semilavorati finali (blumi, bramme, billette)

- barre (tonde, quadre, esagonali ecc)

- vergelle

- profilati (I, H, U, T, L ecc)

- tubi e prodotti cavi

Meccanica del processo

Le condizioni di imbocco spontaneo sono quelle

che permettono al rullo di afferrare il pezzo e di

non slittarci sopra. ≥

Tale condizione è data da:

0 0

= sin

0

= cos

0

= ( = coeff attrito)

Si ottiene che:

≥ tan → ≥ ( piccolo)

L’angolo di contatto deve essere minore del

coefficiente di attrito.

Nota: con angolo piccolo si intende genericamente minore di 10 - 20 gradi.

Il coefficiente di attrito dipende dai materiali, dalla temperatura, dalla levigatezza e

da altri parametri. Valori tipici sono:

= 0,02 − 0,3

- a freddo = 0,2 − 0,7

- a caldo

∆ℎ

Sia la riduzione di spessore della lamina. Si avrà che:

∆ℎ 2 2

= − cos → ∆ℎ = 2(1 − cos ) ≅ → ∆ℎ =

2

Per ottenere riduzioni necessarie è quindi necessario un coefficiente d’attrito

maggiore o un raggio maggiore del rullo.

Affinchè si rispetti la costanza della portata, la lamina assottigliata dovrà accelerare.

Un tipico valore per l’accelerazione varia fra il 3 - 10% della velocità di ingresso.

Calcolo della forza di laminazione<