Lavorazioni per asportazione di truciolo, tornitura, fresatura, foratura: Appunti Tecnologie generali

Introduzione alle lavorazioni per asportazione di truciolo

Kalpakjian S., Schmid S.R. (Prentice Hall 2008) Tecnologia meccanica [cap. 8]

Obiettivo: asportare materiale per portare un pezzo grezzo ad avere la geometria desiderata (ΔM<0). In generale sono le

ultime lavorazioni che vengono eseguite sui componenti meccanici, infatti le lavorazioni per asportazione di truciolo

consentono di ottenere buona accuratezza a livello:

 macrogeometrico (tolleranze geometriche e dimensionali);

 microgeometrico (finitura superficiale / rugosità).

Viene solitamente svolta a freddo, determinando deformazione plastica nella superficie del pezzo e che poi genera un

truciolo in quanto all’aumentare della deformazione plastica, diminuisce la resistenza del materiale e lo rompe.

Asportazione di truciolo è tecnologicamente uno delle ultime lavorazioni e quindi producono pezzi finiti, che portano a

dimensioni e finiture superficiali finite (finitura è diversa dalla tolleranza dimensionale e di forma!).

Analizzeremo:

 Taglio “ortogonale”: processo “semplice”

 Lavorazioni industriali: processi “complessi” [tornitura e foratura / fresatura (cenni)]

Taglio Ortogonale

Poco usato nella realtà produttiva industriale, lo studiamo perché:

 ci consente di capire il meccanismo elementare di formazione del truciolo;

 è semplice da descrivere dal punto di vista cinematico (moti) e dinamico (forze);

 molte delle grandezze che si incontrano nel taglio ortogonale sono presenti anche nelle lavorazioni industriali

(tornitura, foratura, ecc.).

DEFINIZIONE = ha il taglio ortogonale quando le grandezze cinematiche e dinamiche appartengono ad un piano (due piani

uno è il petto e uno è il dorso del tagliente); ciò lo posso notare dalla figura e le forze sono: quella perpendicolare alla

direzione di taglio (che permette di tenere l’utensile spinto contro il pezzo da tagliare, se non ci fosse avrei scorrimento ma

poi lo accarezza e non taglia - ) oltre che quella in direzione al taglio che fa scorrere l’utensile sul pezzo

FORZA DI REPULSIONE

Queste due forze appartengono a stesso piano, perpendicolare al tagliente.

(FORZA DI TAGLIO).

Nell’immagine vedo il pezzo e l’utensile che sta formando del truciolo esportandolo dal pezzo. Grandezze caratteristiche:

v = velocità di taglio dell’utensile

c

b = larghezza di taglio che coincide con la larghezza del pezzo nel

caso in cui l’utensile è più largo del pezzo; che invece coincide con

la larghezza dell’utensile nel caso in cui il pezzo ha una larghezza

maggiore dell’utensile.

h = spessore di taglio cioè spessore del truciolo in deformato

D

h = spessore del truciolo deformatio

CH

Il cuneo è inclinato in modo tale da formare un angolo di spoglia

dorsale o inferiore e uno frontale o superiore.

α = angolo tra pezzo e utensile, che non deve strisciare sul pezzo

quindi tale angolo deve essere >0°, cioè se no utensile striscerebbe sul pezzo che è già stato lavorato in quella zona;

β = angolo dell’utensile Prima fase di sgrossatura e una seconda fase di finitura, ultima

fase può anche non avvenire nel caso io non voglia ottenere una

finitura superficie non per forza elevata.

Tagliente è la linea d’intersezione del piano del petto e del piano

del dorso dell’utensile.

IPOTESI:

• tagliente rettilineo e perpendicolare alla direzione di taglio;

• utensile più largo del pezzo (truciolo non vincolato lateralmente)

• h << b.

D Rottura per deformazione plastica

Rottura di schianto

L’utensile presenta:

 Petto: superficie su cui fluisce il truciolo

 Dorso: superficie che si affaccia sulla superficie

già lavorata del pezzo

 Tagliente: linea di intersezione tra petto e dorso

PROCESSO DI TAGLIO

- Si generato un moto relativo tra utensile e pezzo, quindi genera calore sul petto

dell’utensile e sul truciolo. Le temperature più alte non sono però proprio sulla

punta dell’utensile ma sono sul lato a contato del truciolo perché il truciolo si

incurva sull’utensile scorrendo su di esso e incurvandosi e quindi avanzando sulla

superficie superiore dell’utensile ho le maggiori temperature per

(cioè sul petto)

attrito;

- L’utensile sollecita profondamente il materiale che trova davanti a sé;

- Sovrametallo si deforma plasticamente, separa dal pezzo e trasforma in truciolo;

- Il truciolo fluisce sul petto dell’utensile e si allontana dalla zona di lavorazione

(truciolo fluente si ha più facilmente quando ho delle passate molto profonde, ma varia

soprattutto anche dal materiale perché se il materiale è fragile il truciolo tende a

spezzettarsi, mentre se è duttile ho un truciolo fluente).

ANGOLI CARATTERISTICI α non può diminuire troppo altrimenti dovrei diminuire

molto β e questo comporterebbe che utensile non ha

sufficiente sezione resistente per non rompersi.

In particolare ho che tengo γ = -15° (che comporta fare

lavorazione in compressione sul pezzo) quindi utilizzo

utensile in materiale ceramico, per evitare eccessivo

scorrimento e perché sono ottimi in compressione e non a

taglio e per questo ho che uso degli angoli γ negativi perché

essi a taglio si rompono ma non a compressione. Tali

utensili si usano per lavorare pezzi molto duri.

Se ho pezzi meno duri, allora posso lavorare con un utensile

non di ceramica e che ha angolo γ > 0°, cioè uso un utensile

a forma di cuneo, e che quindi va a lavorare in taglio non in compressione sul materiale essi infatti sono ottimi resistenti in

taglio e quindi con tali angoli di utensile riesco bene a avere ottimi sforzi di taglio sul pezzo da lavorare e comporta

formazione di truciolo.

→Devo asportare un po’ più di truciolo di quello reale perché poi ho il ritorno elastico del materiale che è deformato.

Ma come avviene la trasformazione del sovrametallo in truciolo? L’utensile sollecita il materiale davanti a sé finché

quest’ultimo si deforma plasticamente. Con buona approssimazione si può ritenere che la zona dove il materiale si

deforma sia un piano, detto piano di scorrimento. La deformazione si spinge fino alla rottura e conseguente separazione fra

sovrametallo e pezzo. Il sovrametallo dà origine al truciolo che scorre sull’utensile.

TIPOLOGIA DI TRUCIOLO Truciolo discontinuo e segmentato sono quelli che vorrei sempre

avere perché mi dà scarsa usura dell’utensile; quelli continui vorrei

evitarli perché danno elevata usura dell’utensile andando ad

accumularsi su di esso e a volte si salda sull’utensile e compromette

successiva finitura superficiale.

Devo o mettere getto di lubrificante o un rompi truciolo che sono

discontinuità di forma sulla superficie del petto che fa incurvare

truciolo, cioè ostacolo che determina la sua rottura.

Denti di sega del truciolo è dato da scorrimento dei piani di

materiale secondo l’angolo ϕ di scorrimento.

Per evitare la formazione di truciolo continuo si utilizzando dispositivi rompi

truciolo. La loro azione è quella di diminuire il raggio di curvatura del truciolo

portandolo a rottura.

Questo permette di evitare problemi di interferenza con la

lavorazione, la macchina e le attrezzature che il truciolo lungo e

continuo può creare.

Truciolo Continuo con tagliente di riporto: truciolo continuo che si

forma a basse velocità di taglio e ad alte temperature. Determina

che mi si forma un tagliente di riporto cioè truciolo che si salda sul

tagliente vero e proprio e determina cambiamento del profilo

dell’utensile e tagliente e fa perdere la spigolosità e affilatura

dell’utensile. Determina così una diversa finitura superficiale del

materiale e anche la possibilità di sbagliare la profondità di

lavorazione (aumenta la profondità) a causa del tagliente ormai

usurato e rovinato.

Si creano anche delle vibrazioni a causa di questo difetto del tagliente

che danneggiano ulteriormente la finitura del pezzo che determina

crepe e questo può essere risolto lubrificando molto e lavorando non a

basse temperature.

Associati all'asportazione di truciolo vi sono:

• Forze: l'utensile ed il pezzo si scambiano le forze necessarie per deformare il

sovrametallo, per separarlo dal pezzo e per trasformarlo in truciolo.

• Calore: la deformazione plastica del sovrametallo e gli attriti truciolo-utensile

e pezzo-utensile comportano la generazione di una notevole quantità di calore.

↓

FORZE

Conoscere le forze è utile per:

 dimensionare azionamenti e organi di trasmissione;

 progettare struttura e componenti meccanici della macchina utensili;

 proporzionare correttamente gli utensili.

Le forze di taglio sono dovute allo stato di sollecitazione all’interfaccia utensile-pezzo dovuto:

 all’azione di compressione esercitata dall’utensile;

 all’adesione del truciolo sul petto;

 al moto relativo con attrito tra truciolo e petto.

Tra l’utensile e il pezzo si sviluppa una forza F che può essere suddivisa nelle due

componenti:

 Forza di taglio (cutting) (F ) parallela alla velocità di taglio

c

 Forza di repulsione (thrust) (F ) normale alla velocità di taglio

D

Queste forze non sono note, possono essere misurate o previste con modelli matematici.

NB: nel taglio ortogonale:

 la forza di repulsione F è uguale alla forza di alimentazione o avanzamento Ff

D

 la forza totale F coincide con la forza attiva F

a

POTENZA Quanta potenza assorbe il taglio ortogonale?

Se v è la velocità relativa utensile-pezzo, la potenza è:

c

ma dato che nel taglio ortogonale = 0, si ottiene:

Se conosciamo la forza di taglio possiamo calcolare la potenza necessaria al taglio o

potenza di taglio.

v v

= velocità di avanzamento cioè la velocità con cui l’utensile avanza contro