Appunti tecnologia meccanica - asportazione di truciolo

Taglio ortofonale

Schema lavorazione

Taglio ortofonale: fianco e dorso dell'utensile sono la stessa parte?!

• α₀ ➔ Angolo di spoglia superiore, fa evacuare il truciolo
• α_u ➔ Angolo di spoglia inferiore
• β₀ ➔ Angolo solido / angolo di taglio

Petto ➔ superficie su cui fluisce il truciolo.

Dorso ➔ superficie che si affaccia su quella appena lavorata.

Tagliente ➔ linea di intersezione tra petto e dorso.

h_o ≡ a_p ➔ spessore di truciolo indeformato.

h_ch ➔ spessore di truciolo deformato.

Rapporto di calettatura r_c = h_o / h_ch.

b ➔ larghezza di taglio.

A_b = b ⋅ h_o ➔ sezione di truciolo.

l_SH = lunghezza passo di scorrimento.

Taglio ortogonale

Schemi lavorazione

Taglio ortogonale: fianco e dorso dell'utensile sono la stessa parte?!

• α_o → Angolo di spoglia superiore, fa evacuare il truciolo
• α_o → Angolo di spoglia inferiore
• β_o → Angolo stilo / angolo di taglio

Petto → superficie su cui fluisce il truciolo.

Dorso → superficie che si affaccia su quella appena lavorata.

Tagliente → linea di intersezione tra petto e dorso.

h_o ≡ a_p → spessore di truciolo indeformato.

h_ch → spessore di truciolo deformato.

r_c ≜ h_o / h_ch.

r_c ≜ fattore di acceleramento = h_o / h_ch.

b = larghezza di taglio.

Δ_b = b ⋅ h_o → sezione di truciolo.

Parametri di processo

Parametri di processo su cui si può intervenire.

v_c = velocità di taglio, settiline, può avere o l'utensile (il più delle volte) o il pezzo.

h₁ = spessore di taglio/profondità di portata/spessore truciolo indeformato, eventualmente b = larghezza di taglio.

Da r_c (fattore di scorrimento) si può risalire all'angolo di scorrimento φ, angolo del piano di taglio.

r_c = R_b / h₁ = F_SN · sin φ / cos (φ - δ_s).

tan φ = r_c · cos δ_s / (1 - r_c · sin δ_s).

• Forza tangente al petto dell'utensile
• β_s → Angolo solido
• β → Angolo di attrito
• Forza normale al petto dell'utensile
• Forza sul piano di scorrimento
• Forza normale al piano di scorrimento
• Forza di taglio
• Forza di avanzamento

Equazione di Merchant

Equazione di Merchant: Φ = π / 4 + δ_o / 2 - β / 2.

Viene ricavato da delle deduzioni sulle componenti in cui può essere divisa la forza risultante applicata R'.

Φ maggiore → area piano di scorrimento minore.

Φ minore → area piano di scorrimento maggiore.

Dell'equazione di Merchant si può notare come all'aumentare dell'angolo di spoglia superiore δ_o, anche Φ aumenta.

Per valutare forza e potenza meccanica, in alternativa ai modelli del piano di scorrimento si possono adottare quelli della porzione di taglio k_c.

k_c = P_c / Q = F_c · A_c / 2pf · k = F_c / A_c → sezione di truciolo.

2pf = h_o · b = A_b.

k_c → mm è costante ma dipende dalle condizioni di taglio.

Espressione di Kronenberg

Espressione di Kronenberg per ricavare k_c:

k_c = (k_cs · porzione di taglio specifico) x → dipende dal materiale utensile.

Con gli utensili moderni y ≈ 0.

Quindi l'espressione si riduce a k_c = k_cs / h^x.

A_b = 1 mm² con h_o = 1 mm, b = 1 mm.

Temperatura

Equazione di Cook: collega la variazione di temperatura sulla superficie di contatto umiltà - triciclo durante la lavorazione.

Formula di Trigger: relazione che lega velocità e temperatura; più semplice.

A mezzo di contatti sono attraverso leggi che legano T esponenzialmente a k.

L’equazione di Cook possiamo dire che sia un po' più cautelativa poiché con la presenza di h_m nell’equazione, tiene conto anche dell’annerimento f.

Tornitura

Operazione generalmente eseguita su pezzi rotazionali (o assialsymmetrici).

f → avanzamento mm/giro.

nf → velocità di avanzamento = n · f mm/min.

Q → MRR = dm³/min, material removal rate = n · f · 2.

Durante la lavorazione l'utensile descrive un'elica di passo f e diametro D.

Utensile

• β_o: Angolo di taglio, angolo solido
• E_r: Angolo della punta dell'utensile
• k_r: Angolo di registrazione primario
• k_r^': Angolo di registrazione secondario
• γ_o: Angolo di spoglia superiore ortogonale
• α_o: Angolo di spoglia inferiore ortogonale
• α_o^': Angolo di spoglia inferiore secondario
• ϒ: Angolo di direzione complementare del tagliente
• ρ: Raggio di raccordo della punta

Come varia ϒ

Materiali in lavorazione tenaci consentono ϒ 0 gradi.

Utensile in materiale duro e fragile lavora bene a compressione e male a taglio e flessione, quindi richiede ϒ 0 piccoli o negativi.

(Nel caso di quelli negativi però necessita più potenza, forze maggiori e le temperature di pezzo aumentano).

L'utensile descrive una traiettoria a elica di passo f e diametro D, inclinata rispetto alla verticale di un angolo ϒ.

Affinché il dorso dell'utensile non strisci sulla superficie lavorata, ϒ0 - ϒ deve essere maggiore di 0 (positivo).

Come varia Χ

Χ elevato: sezione resistente minore ⇒ utensile più fragile.

Χ piccolo: si riesila lo sforzamento ⇒ rapida usura utensile.

Maggiore è la necessaria, minore dev'essere Χ (utensile più robusto).

Se l'utensile è di un materiale poco tenace servono Χ minori.

Come varia Ε_χ

Se Ε_χ maggiore, utensile più robusto.

Λ (angolo di inclinazione del tagliente principale).

Λ maggiori: utensili più robusti.

K_r (angolo di registrazione primario).

Se piccolo l'utensile dura di più ma sono necessarie forze maggiori: forze di taglio e di espulsione maggiori.

K_r = 90° per spallamenti.

K_e e K_e' sono gli angoli di registrazione, angoli di direzione del tagliente principale e secondario, caratteristiche dell'utensile, mentre K_re e K_re' sono i rispettivi angoli però in condizioni di lavoro.

Meccanismo rompitruciolo -> soggetto ricavato direttamente sull’utensile/inserto -> pastina rompitruciolo.

Utensili

• Utensile integrale HSS
• Inserto in carburo sinterizzato (carburo di tungsteno) su stelo in acciaio
• Inserto inamovibile su stelo di acciaio

Problema formula di Kronenberg

Sui cataloghi non si trova K_s teorici K_cou -> potenza di taglio per f = 0,4 mm e K_ae = 90°.

K_s = K_cou • 0,9ⁿ.

h = f sin k_e.

• Forza di repulsione
• Forza uscente: forza di taglio F_c
• Forza di avanzamento

P_c = F_c ∙ V_c + F_f ∙ V_f + F_p ∙ V_p.

V_p ≠ 0 solo in caso di vibrazioni radiali.

Considerando in generale:

F_c > F_f.

N_c >> N_f.

Si semplifica a P_c = F_c ∙ N_c = k_c ∙ A_b ∙ N_c = k_c ∙ f ∙ Δp ∙ N_c.

Quando il processo è fattibile

Parametri di processo (P, n (v_c) e f) ammissibili del tornio e dell'utensile (Δp).

Oltre verifiche da fare: momento di serraggio > coppia resistente; rugosità e tolleranze dimensionali compatibili con quelle richieste.

Rigidezze: dipende da ancoramento e angolo di punta dell'utensile.

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Fresatura

Macchina: fresatrice.

Utensile: fresa.

Periferica.

Concorde: truciolo di spessore maggiore e lunghezza minore.

Discorde: truciolo di lunghezza maggiore e spessore minore.

Frontale.

Periferica

F = forze risultante.

F_c = forze di taglio (tangente alla fresa).

F_f = forze di avanzamento (parallela alla direzione del moto).

Frontale

A: traslatorio in ingresso affinché la fresa inizi a lavorare tutta la superficie.

δ_FE → angolo di spoglia radiale.

δ_AE → angolo di spoglia assiale.

Geometria doppio negativo

Adatto a materiali duri che necessitano di notevoli sollecitazioni.

Serve maggiore potenza.

Geometria doppio positivo

Materiali dolci.

Serve meno potenza.

Geometria positiva - negativa

• Potenze intermedie
• Tipo P favorisce l'evacuazione del truciolo
• Tipo N consente di avere elevati avanzamenti e profondità di taglio

Angolo di registrazione Κ_R.

Se diminuisce → spessore truciolo diminuisce → larghezza truciolo aumenta.

f_z = avanzamento al dente.

f = avanzamento = f_z × numero denti.

ν_f = f × tⁿ = f_z × Z × N.

Un generico punto P su un dente della fresa percorre una traiettoria cicloidale composta da uno spostamento intorno all'asse della fresa e una traslazione in direzione x. Il dente successivo seguirà la stessa traiettoria, ma spostata di f_z e dopo uno spostamento pari a f il primo dente ripercorrerà la cicloide.

Spessore di truciolo variabile che varia in [0, p].

Per Θ = p → spessore massimo.

In un generico punto Θ → h_Θ = f · sin Θ e A_Θ = h_Θ · b.

b = ½p · sin K_KE → K_KE = 90° → b = ½p.

Rettificatura

Macchina: rettificatrice.

Utensile: mola → utensile multi-tagliente e geometria non definita.

Scopo: conferire una finitura migliore al prodotto, sia come tolleranze dimensionali che come tolleranze superficiali (rugosità).

Legante: tiene agglomerati i grani abrasivi conferendo resistenza, rigidità e consentendo il distacco dei grani usurati.

Abrasivo: asporta il truciolo.

Caratteristiche della mola: tipo di abrasivo e dimensione dei grani, tipo di legante, durezza e porosità (vuoti d'aria che ci sono).

Schematicamente è molto simile alla fresatura.

Sì lavora però Øe molto maggiori.

Sì però le mole sono anche autoaffilanti, ovvero i grani usurati si staccano, si fratturano o si sminuzzano creando nuovi taglienti.