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12.CLASSIFICAZIONE DEI PROCESSI DI FABBRICAZIONE

Quando decido quale prodotto fabbricare devo conoscere altrettanto bene i processi ed i materiali che

vorrò adottare.

Possiamo utilizzare le norme per scegliere il processo di fabbricazione più adatto per produrre il pezzo.

norma DIN 8580,

Una classificazione viene data dalla secondo la quale i processi di fabbricazione si

classificano in base alla coesione e alle modifiche che essi comportano:

1

-gruppo realizza la coesione: formatura del pezzo da materiale informe;

à

2

-gruppo conserva la coesione: deformazione;

à

3

-gruppo diminuisce la coesione: asportazione;

à

4

-gruppo aumenta la coesione: unione/saldatura;

à

5

-gruppo rivestimento;

à

6

-gruppo modifica.

à

coesione

La è una caratteristica di un componente compatto, omogeneo.

I primi quattro gruppi sono quelli più importanti:

1

-gruppo da materiale in polvere, liquido o pastoso si fornisce calore e forze esterne per ottenere il

à pezzo;

2

-gruppo si deforma il materiale fino ad ottenere la forma voluta;

à

3

-gruppo si asporta materiale da esso per ottenere il dimensionamento voluto;

à

4

-gruppo si uniscono due componenti attraverso la saldatura.

à

gruppo 1 mettallurgia delle polveri

Al appartiene la è uno degli unici processi che consente di

à

ottenere un prodotto finito o quasi finito.

Parto d aun materiale amorfo, costituito da polveri o grani di diversi componenti: lo faccio passare in un

miscelatore, in un forno e poi in uno stampo per ottenere il prodotto finito.

Questo processo si basa sul processo di sinterizzazione compressione e riscaldamento in sequenza: è

à

un processo abbastanza economico.

processi fusori

Anche i appartengono al gruppo 1 in quanto viene colato materiale liquido in stampi.

getto,

Il “prodotto finito” della fonderia prende il nome di e può essere molto diverso da quello che il

prodotto finito: il getto può essere un grezzo di partenza per molti altri processi che vedremo più avanti,

come il processo per asportazione di truciolo. processi fusori a cera persa

Altri due processi che portano al prodotto finito o quasi finito sono i e i

processi pressofusori.

gruppo 2

Al appartengono tutti quei processi che utilizzano forze e tensioni per arrivare alla forma del

processi per deformazione plastica.

prodotto finito, ossia i

È bene conoscere le caratteristiche meccaniche del materiale che utilizziamo, in particolar modo il

comportamento plastico.

I processi appartenenti a questo gruppo mantengono invariata la coesione e non dovrebbero cambiare la

struttura fisica del materiale (a volte lo fanno).

laminazione, estrusione,trafilatura stampaggio.

Al gruppo 2 appartengono i processi di e

gruppo 3

Al appartengono quei processi che fanno avvicinare alla forma del prodotto finito: la coesione

però diminuisce a causa della separazione del materiale che viene effettuata.

I processi appartenenti a questo gruppo vengono classificati in base agli utensili che vengono utilizzati e

asportazione di truciolo, tornitura, foratura, fresatura, rettificatura, lappatura,

possono essere:

barilatura, sabbiatura.

sgrossatura processo attraverso il quale asporto più materiale possibile nel più breve tempo possibile.

à

Studi di fabbricazione - modulo 12 Classificazione dei processi di fabbricazione - Benassi Simone 1

gruppo 4

Nel sono racchiusi tutti quei processi che uniscono due o più componenti meccanici.

Si possono dividere in.

permanente saldatura, chiodatura, graffatura, interferenza.

-unione unione attraverso

à

reversibile viti dadi gioco.

-unione unione attraverso e o con

à

gruppo 5 i processi di rivestimento

Al appartengono tutti che possono avere varie funzioni, fra cui

veriniciatura.

proteggere la superficie come la

rivestimento a spessore

Il serve per apporre sulla superficie uno spessore un po’ più consistente per

aumentare le caratteristiche di resistenza, durezza e tenacità del materiale.

gruppo 6

Nel sono sompresi tutti quei processi che non modificano la forma ma modificano le

trattamenti termici.

caratteristiche fisiche del materiale: a questo gruppo appartengono tutti i

@Scelta dei processi di fabbricazione

Non è affatto semplice scegliere i processi di fabbricazione più adatti per fabbricare il nostro prodotto.

Esiste sempre una competizione o valide alternative fra:

-i diversi processi che possono essere adottati;

-la sequenza temporale con cui i processi possono essere applicati;

-i diversi materiali che possono essere utilizzati.

La competizione è basata sulla determinazione del processo che ottimizza costo/lead time/qualità/ecc.

È possibile anche modificare il progetto del prodotto per adattarlo al processo e viceversa.

I parametri di scelta del materiale possono essere: caratteristiche del materiale, forme e dimensioni,

tolleranze, finiture superficiali, requisiti funzionali, quantità da produrre, livello di automazione richiesto

costi riguardanti il processo.

e soprattutto

Sono in fase di studio alcuni software per la simulazione delle scelte di un determinato processo di

fabbricazione.

Pen ogni scelta effettuata di processo è necessario che sia individuato il corrispondente costo di

fabbricazione.

Studi di fabbricazione - modulo 12 Classificazione dei processi di fabbricazione - Benassi Simone 2

13.PROCESSI FUSORI – FONDERIA

Questi processi appartengono al gruppo1.

La fonederia funge da fornitrice per altre industrie.

Per molti anni in Italia la fonderia è stata molto diffusa e considerata un settore strategico: con il passare

degli anni però non si è fatta la giusta innovazione e quando si è cercato di recuperare la strada persa gli

investimenti da fare erano troppo elevati.

Molte fonderie italiane sono fallite e oramai l’outsourcing all’estero è la strada migliore da percorrere.

processi fusori stampo prefabbricato

I si basano sulla colata di una lega liquida in uno per ottenere

determinate geometrie e forme. getto,

Dopo il raffreddamento e la conseguente solidificazione si ottiene il che è il prodotto finito per la

fonderia, ma può essere il grezzo di partenza per un’altra industria.

Pertanto la caratteristica fondamentale del processo fusorio è ottenere la forma definitiva (o quasi) del

pezzo partendo dalla lega metallica fusa.

La colabilità, la fusibilità e la saldabilità sono parametri attitudinali fondamentali per caratterizzare un

processo fusorio.

Definizioni

Getto oggetto ottenuto dopo solidificazione a partire da fase liquida;

à

Forma cavità che viene riempita dalla lega metallica allo stato liquido, la quale raffreddadosi forma il

à getto;

Modello oggetto la cui forma geometrica replica quella del getto ed attraverso il quale si ottiene la

à cavità nella forma.

@Colata in sabbia

La colata viene effettuata in sabbia. staffa

Si posiziona il modello all’interno della (cassa senza fondi) e conseguentemente si riempe

sabbia.

quest’ultima di formatura

Dopodichè con un processo detto di si compatta la sabbia all’interno della staffa: tolto il

modello rimane la forma nella staffa. canali di colata,

Oltre al modello del getto devo inserire all’interno della staffa anche i modelli dei dei

canali di scarico canali di sfiato) materozze.

(detti anche e delle

Dopo la colata i nsabbia, rompo la forma ed etraggo il getto. anime

Per ottenere oggetti cavi si possono inserire all’interno della forma delle appongiandole sulle

portanti d’anima.

rispettive ramolaggio.

Il processo mediante il quale si appongono le anime si chiama

semi-modelli:

Se il mio pezzo non è simmetrico devo progettare due uno andrà disposto nella staffa

superiore e l’altro nella staffa inferiore, dopodichè queste due staffe andranno unite.

Vengono posti dei pesi sopra le staffe per farle combaciare il meglio possibile e per evitare fuoriuscita di

materiale liquido (bave).

Colata in forma a perdere con modello a perdere sono caratterizzate da un modello che rimane

all’interno della forma (poiché impossibilitato dall’essere estratto) che si vaporizza al contatto con il

metallo fuso.

Colata in forma a perdere con modello permanente sono caratterizzate dall’estrazione del modello

dalla forma prima della colata: il modello è quindi riutilizzabile.

Colata in forma a perdere significa che la forma viene distrutta una volta terminata colata e

solidificazione per estrarre il getto: solitamente i materiali utilizzati per le forme sono materiali refrattari

molto fragili come sabbia, gesso, ceramica, ecc. 1

Studi di fabbricazione - modulo 13 Processi fusori - Fonderia - Benassi Simone

Colata in forme permanenti colata in cochiglia)

(stampi) (anche detta sono caratterizzate dal riutilizzo

modelli

per più colate della stessa forma (stampo). Conseguentemente possono essere definiti dei

permanenti.

Colata in motta è caratterizzata dalla colata in sabbia, senza staffa: è più semplice l’estrazione del pezzo.

È opportuno cuocere la forma in sabbia per renderla più resistente e compatta.

Le dimensioni del pezzo finito sono minori delle dimensioni del getto che sono a loro volta minori del

modello/forme.

Quando un materiale si raffredda e quindi solidifica solitamente si ritrae, si comprime (diminuzione di

volume).

Il getto è di dimensione maggiore rispetto a quelle del pezzo finito perché dopo processo fusorio potrà

subire altri processi come quello di asportazione di truciolo.

sottosquadri.

I modelli non sarebbero estraibili se fossero presenti piano di apertura

della forma

sottosquadro sottosqaudro

I sottosquadri sono zone del modello, che se estratto, porterebbero via della sabbia, andando a

pregiudicare la geometria della forma.

Devo trovare soluzioni tecniche per lavorare in condizione di assenza di sottosquadri: una soluzione

potrebbe essere quella di colare verticalmente invece che orizzontalmente, oppure cambiare il piano di

apertura delle forme, o ancora usare tasselli. modifica del progetto,

Se possibile la soluzione migliore in termini di costi è la in modo da non alterare

le funzionalità del pezzo finito.

punti fondamentali da tenere conto per effettuare al meglio un processo fusorio

I sono:

-posizione del piano di apertura della forma;

-sformo;

-ritiro materiale;

-sovrametallo;

-anime;

-grandezza e tipo del modello;

-grandezza e tipo delle anime.

I processi fusori non forniscono il più delle volte una superficie accettabile per la maggior parte degli

impieghi. sovrametallo

È bene tenere conto in fase di progetto di uno strato di da asportare susseguentemente:

ovviamente per ragioni economiche questo strato deve essere del minor spessore possibile, ma deve anche

tenere conto di errori e variabilità del processo fusorio.

Materozze canali di colata che informano l’operatore se la colata è stata completata ed eseguita con

à successo.

Se si riempe correttamente la materozza superiore (in particolare questa) vuol dire che il

riempimento della forma è stato effettuato con successo.

Studi di fabbricazione - modulo 13 Processi fusori - Fonderia - Benassi Simone 2

Tassello soluzione tecnica per evitare la presenza di sottosquadri.

à Sono parti della forma che posso muovere, per poi riposizionare, per fare in modo di

estrarre il modello e il getto.

Nella colata in sabbia questa tecnica è difficilmente utilizzabile.

Angoli di sformo sono detti anche angoli di sformatura: angolazioni delle superfici del getto e della

à forma in modo da facilitare l’estrazione del getto.

Bisogna evitare di progettare pareti verticali.

Gli angoli di sformo permettono al modello di essere estratto dalla forma senza

rovinarla e senza trascinare con se sabbia da fonderia.

sformatura.

L’estrazione del modello dlla forma è detta

Raggi di raccordo bisogna evitare la presenza di spigoli vivi: è più conveniente avere spigoli smussati

à (raccordati) per fare in modo che il metallo liquido fluisca in maniera ottimale.

Posso considerare questo aspetto quando decido quanto sovrametallo tenere: in

modo che dopo processo fusorio ho spigoli smussati, ma dopo processo di

asportazione di truciolo ho spigoli vivi.

Casse d’anima sono strumenti per la creazione delle anime.

à coefficienti di raffreddamento

Si deve anche tenere conto dei nelle interfacce, ossia nella zona di

contatto fra metallo liquido e forma (permanente o non).

materiali per i modelli

I possono essere differenti: legno, metallo, cemento, gesso, resine, cere.

Un buon progettista disegna il getto già considerando i vincoli che il processo fusorio impone: questo fa

si che si risparmi tempo e quindi denaro.

Negli ultimi anni sono stati messi a punto software che permettono di analizzare il processo di

raffreddamento e solidificazione.

Lo scopo della progettazione del sistema di colata e delle materozze è quello di permettere una

solidificazione direzionale.

Solitamente la solidificazione inizia dal punto più lontano e termina nel punto di colata.

I primi modelli erano fatti in legno da veri e propri artisti: purtoppo si rovinavano durante l’operazione di

formatura.

Le sabbia usata nella colata in sabbia devono presentare particolari caratteristiche come permeabilità,

coesione, resistenza e sgretolabilità, quindi vengono mischiate con agglomeranti.

Le sabbia da anime è ancora più particolare, quindi a questa viene aggiunta additivi.

granulometria.

La sabbia da fonderia viene classificata in base alla

Una volta sgretolata la sabbia di una forma a perdere viene riutilizzata dopo essere stata rigenerata con

aggiunta di sabbia e agglomeranti nuovi. formatura in fossa:

Per pezzi molto grandi è possibile effettuare una la forma è prefabbricata

direttamente nel pavimento del capannonne aziendale.

Formatura manuale l’operatore umano esegue tutte le operazioni: preparazione della staffa,

à inserimento modello, compattamento sabbia, colata, ecc.

Formatura meccanica la macchina esegue tutte le operazioni necessarie.

à Si riesce ad avere maggiore produttività e qualità, oltre che migliore

compattazione della sabbia.

Si riesce ad eleminare fatica per l’uomo e si può assumere anche manodopera

non qualificata.

La formatura meccanica è possibile effettuarla a pressione mediante pistoni, a scossa e vibrazione, a

scossa e pressione, a lancio centrifugo e a lancio pneumatico.

Studi di fabbricazione - modulo 13 Processi fusori - Fonderia - Benassi Simone 3

I tipi di forme in sabbia si classificano in base al modo con cui vengono prodotte:

in sabbia al verde

-forme si sua argilla e acqua come lagante: forme scadenti.

à

in sabbia alla torcia

-forme viene aumentata la resistenza della sabbia in alcune zone con una torcia.

à

in sabbia per cottura

-forme viene aumentata la resistenza della sabbia mettendo la forma in forno.

à Aumento di tempi e costi.

in sabbia cold-box

-forme la forma in sabbia viene consolidata con componenti organici e inorganici

à

come resine.

Sono forme accurate ma costose.

Shell molding (colata in guscio)

Con questo tipo di colata si ottengono pezzi di migliore qualità superficiale riespetto alla colata in sabbia.

La forma o guscio è sempre a perdere: verrà distrutta quando si estrae il getto.

In questo tipo di processo fusorio è presente una parte della forma in metallo e una parte in sabbia.

Il coperchio è la parte metallica, di dimensione maggiore rispetto alla forma che si vuole realizzare.

meato

Sotto al coperchio viene posizionato il modello: fra coperchio e modello è presente ua (spazio

vuoto): questo spazio viene riempito da sabbia fatta entrare con aria compressa da un lato del coperchio.

Dopodichè si scalda il coperchio per compattare bene la sabbia e prima di colare all’interno del guscio si

toglie il coperchio.

Microfusione a cera persa (investment casting)

Con questo tipo di colata si ottengono pezzi di ottima qualità superficiale, e si arriva al prodotto finito o

quasi finito.

Il modello in cera viene immerso in un liquido pastoso di silice e legante: questo liquido pastoso andrà ad

attaccarsi al modello.

Dopo essicazione del primo strato, l’immersione viene ripetuta per aumentare lo spessore; dopodichè la

forma viene essicata e riscaldata tra 90 – 175° per renderla più resistente.

La microfusione a cera persa si può eseguire sia in forma a perdere sia in staffa.

Se eseguita in forma a perdere, il modello di cera con attaccato il liquido pastoso viene messo in forno: in

questo modo la cera si scoglie e fuoriesce liberando il modello (compreso di canali di colata).

Boccame bave + canali di colata + materozze, che vanno tolti dal getto.

à

Per eliminare il boccame si possono utilizzare due processi:

-sabbiatura si spara sabbia ad alta pressione sulla superficie del getto: la sabbia ha grani abrasivi per

à pulire la superficie.

-pallinatura si sparano delle sferette che causano deformazioni elastiche localizzate.

à In questo modo provoco un aumento di resistenza a fatica e ho incrudimento superficiale.

Sabbiatura e pallinatura non hanno nessuna somiglianza con la rettificatura queste due operazioni

à

servono solo a pulire la superficie del getto da imprecisioni.

canali di colata

I possono essere di vari tipi:

dall’alto a pioggia

-colata alimentazione della colata dall’alto;

à

dal basso a stella

-colata alimentazione della colata dal basso;

à

a pettine;

-colata

-ecc. 1)materozza superiore 12)cavità stampo

Esempio di canali di colata in una colata in sabbia: 2)anima 13)semi stampo inf

1 2 3 4 5 6 3)sfogo 14)semi stampo sup

4)materozza interna 15)valvola

14 5)bacino di colata

6)staffa

15 7 7)sabbia

8)linea di separazione

8 9)diffusore

13 10)pozzo 4

12 11 10 9 11)canale di colata

sformatura

La può essere di due tipi:

del getto

1)sformatura estraggo il getto dalla forma;

à

del modello

2)sformatura estraggo il modello dalla forma.

à

Formatura in conchiglia (forma permanente)

I vantaggi di questo processo sono nel risparmio di tempo poiché le forme possono essere riutilizzate, e

nell’ottima precisione e finitura superficiale.

Però le forme sono costose, la sformatura è difficoltosa e il raffreddamento è molto rapido.

Sia i modelli, sia le anime possono avere geometrie molto complesse (es.: testa motore).

I materiali delle conchiglie sono:

-ghise per metalli bassofondenti;

-acciaio per metalli altofondenti;

-leghe di nichel per conchiglie speciali.

In conchiglia non posso colare leghe contenenti ferro come acciaio e ghisa.

Pressofusione

Con questo processo si inietta metallo liquido ad alta pressione a elevata velocità in una forma metallica

permanente, resistente al calore e temprata.

La pressione viene mantenuta fino a solidificazione del getto.

La pressofusione è eseguita secondo due metodi.

a camera calda

Nel procedimento il forno di mantenimento e la macchina di pressofusione costituiscono

un insieme unico: la lega metallica liquida prima di essere iniettata nella forma attende in un forno.

In questa maniera il ritmo di produzione è molto alto: per piccoli getti di rapida solidificazione si può

arrivare a oltre 1000 colate/ora.

a camera fredda

Nel procedimento il forno di mantenimento è separato dalla macchina di pressofusione.

I ritmi si abbassano notevolmente, fino a 10 – 300 colate/ora.

Il processo di pressofusione, sia a camera calda che a camera fredda, è articolato in tre fasi:

-riempimento del pistone con la lega metallica liquida (decimi di secondo);

-azione del pistone e riempimento dello stampo (centesimi di secondo);

-contrasto del ritiro del getto imponendo una pressione sul materiale liquido.

Colata continua

È un procedimento ininterrotto per produrre profili pieni o cavi di lunghezza molto maggiore della

conchiglia utilizzata.

Il metallo liquido viene colato in una conchiglia con fondo mobile.

Il fondo rimane fisso finchè la parte più in basso del getto non è solidificata ed ha raggiunto una

sufficiente resistenza: dopodichè si apre il fondo mobile e la barra solidificata può uscire dal basso per

lasciare posto ad altro metallo liquido all’interno della conchiglia.

Processo sabbia – cemento

È un processo molto simile alla colata in sabbia: la composizione della forma è sabbia silicea, cemento e

acqua.

Possono essere colate tutte le leghe ferrose e non ferrose.

Per i materiali mettalici i pesi possono variare da 1 kg a 30 t.

Si ottiene scarsa precisione e finitura superficiale.

Processo economico e veloce in particolare per getti di grandi dimensioni.

È possibile automatizzare il processo per renderlo più veloce.

Studi di fabbricazione - modulo 13 Processi fusori - Fonderia - Benassi Simone 5

Processo lost foam

Il modello è realizzato in polistirolo e non viene stratto dalla forma (quindi modello a perdere).

Il materiale delle forme è sabbia silicea.

Quando viene colato il metallo fuso il modello si vaporizza: spesso il gas del polistirolo vaporizzato

rimane intrappolato nella forma causando imprecisioni nel getto.

Non è possibile utilizzare anime e la sabbia è recuperabile in percentuali molto elevate fino ad arrivare al

100%.

Colata centrifuga

La colata avviene in una conchiglia rotante di forma cilindrica o anulare.

Sotto l’azione della forza centrifuga il metallo liquido solidifica in forma di solido di rotazione.

La cavità assialsimmetrica dei getti viene creata dalla forza centrifuga e il getto viene fatto ruotare fino a

completa solidificazione dello stesso.

Lo spessore delle pareti dipende da quanto metallo liquido si versa nella conchiglia durante la colata.

Questo processo è utilizzato per creare getti cavi, anche di notevole peso.

Colata in bassa pressione

Processo che non sfrutta l’utilizzo di materozze.

Si ha un unico alimentatore centrale e il riempimento avviene dal basso, riducendo di conseguenza tutti i

difetti originati in questa fase, come l’intrappolamento di aria.

Si possono creare getti anche di 70 kg ed è un processo particolarmente utilizzato nella produzione di

cerchi in lega.

È possibile controllare la qualità del processo fusorio, e quindi della colata, attraverso il sezionamento del

getto o la radiografia ai raggi X.

I difetti possono essere svariati, dalle porosità a difetti puramente geometrici.

software

Si stanno mettendo a punto in grado di prevedere difetti e risultati che un determinato processo

fusorio potrà mettere in atto, prima di effettuarlo.

Se ho a disposizione questo software è bene usarlo: perché spendere soldi sapendo preliminarmente di

arrivare ad un getto scadente?

Studi di fabbricazione - modulo 13 Processi fusori - Fonderia - Benassi Simone 6

14.DEFORMAZIONI PLASTICHE

Questi processi appartengono al gruppo 2: viene mantenuta la coesione ma viene modificata la forma.

Near net shape effettuazione dei processi per deformazione plastica, arrivando il più vicino possibile

à al prodotto finito.

Attraverso forze e tensioni che vengono esercitate si riesce a deformare plasticamente i componenti per

ottenere le forme desiderate.

Le deformazioni possono essere causate da trazione, compressione, trazione e compressione, flessione e

scorrimento.

I processi per deformazione plastica possono essere classificati in base alla temperatura di

ricristallizzazione:

a caldo

-deformazioni temperatura superiore alla temperatura di ricristallizzazione;

à processo legato alla velocità di deformazione.

a freddo

-deformazioni temperatura inferiore alla temperatura di ricristallizzazione;

à processo legato alla deformazione.

a tiepido

-deformazioni temperatura vicina alla temperatura di ricristallizzazione, con vantaggi di

à entrambi.

Generalmente la temperatura di ricristallizzazione è intorno a 0,5 – 0,6 T.

I processi per deformazione plastica sono vantaggiosi per medie e grandi serie poiché i costi degli stampi

e degli impianti sono molto elevati: possono essere fabbricati pezzi finiti, semilavorati o grezzi di

partenza per altre industrie e altri processi.

Durante la fase di progetto del prodotto, il proggettista considera la , ossia considera il campo elastico

σ

s

del materiale, e lavora sempre al di sopra di questo limite, per stare in campo plastico.

σ ε

curva rossa

La è caratteristica delle ghise, con grande campo elastico, e quindi non si addice a subire

deformazioni plastiche.

curva blu

La è caratteristica degli acciai, con campo elastico più piccolo e un considerevole campo

plastico prima di rottura, e quindi si addice a subire deformazioni plastiche.

< K dove K coefficiente di sicurezza.

Nella fase di progettazione deve sempre risultare: σ

σ eq s

Il problema che si pone è come correlare uno stato di sollecitazione triassiale con quello monoassiale che

ci misura le proprietà del materiale.

La nel campo delle deformazioni plastiche si lavora sempre sopra poiché noi ricerchiamo

σ s

deformazioni permanenti, per cui la equivalente rappresenta la resistenza che il materiale ci oppone ad

σ

essere deformato.

Studi di fabbricazione - modulo 14 Deformazioni plastiche - Benassi Simone 1

tensione di flusso.

Per questo motivo la sigma equivalente (σ ) prende anche il nome di

eq

temperatura

La influenza la curva – (carico – deformazione).

σ ε

Più un materiale viene deformato, più lo stesso materiale oppone resistenza ad essere deformato

incrudimento.

ulteriormente: è la legge di

Il limite fra campo elastico e plastico (σ ) aumenta a discapito della deformazione ε.

s

Nelle deformazioni plastiche a freddo bisogna tenere conto dell’incrudimento, mentre nelle deformazioni

plastiche a caldo non bisogna tenerne conto.

Le maggiori deformazioni si ottengono con deformazioni plastiche a caldo, mentre con deformazioni

plastiche a freddo riesco ad ottenere buone precisioni dimensionali e qualità superficiale.

Con deformazioni plastiche a caldo si riesce a risparmiare sui costi di impianti ed energia poiché le forze

e le potenze in gioco sono minori rispetto alle deformazioni plastiche a freddo.

Quando deformo un materiale a caldo, entrando notevolemente nel campo plastico, dopo scarico ho una

riorganizzazione dei grani della struttura: questa riorganizzazione dei grani comporta una stabilizzazione

della struttura e quindi maggiore resistenza. attrito,

Fra materiale che deve esere deformato e utensile deformante si viene ad instaurare un sia sulla

superficie degli stessi, sia all’interno dei due componenti.

bassi valori

Per l’attrito è esprimibile con formulazione coulombiana:

=

τ µ σ n

dove: attrito coulombiano

à

τ coefficiente di attrito

à

µ tensione ortogonale alla superficie

à

σ n

alti valori

Per l’attrito è esprimibile con un parametro relativo allo scorrimento sottosuperficiale

(m = fattore di scorrimento):

= m = m (σ/√3)

τ τ

max Studi di fabbricazione - modulo 14 Deformazioni plastiche - Benassi Simone 2

15.LAMINAZIONE

La laminazione può essere longitudinale, trasversale oppure obliqua.

Con questo tipo di processo si riescono ad ottenere formati che possono essere trattati meglio da altri

processi, come quello per deformazione plastica. coppia di rulli di laminazione:

Viene modificata la geometria del componente che entra nella dalla

geometria dei rulli di laminazione dipenderà la geometria dei pezzi che ne escono.

motori, giunti allunghe gabbia

Un laminatoio è composto da e che trasferiscono il moto ai rulli e da una

di laminazione: rulli di laminazione strumenti che

all’interno di quest’ultima sono presenti i e gli

servono alla loro regolazione.

normali sagomati

I rulli possono essere (ossia semplici) o (con una geometria un po’ più complessa).

La deformazione che si vuole ottenere, in molti casi, non si riesce ad effettuare con una sola passata: si

treno di laminazione

può utilizzare un per ottenere la sezione voluta attraverso varie coppie di rulli in

sequenza. laminato

Il materiale che esce da un processo di laminazione si chiama e può assumere varie forme e

sezioni, e quindi nomi:

-blumo quadro con lato di dimensione > 130 mm;

à

-billetta quadro con lato compreso tra 40 e 130 mm;

à

-bramma;

-slebo;

-profilato con le tipiche forme a L, T, I, U con lunghezza commerciale di circa 6 m;

à

-barra;

-lamiera prodotte in vasta gamma di spessori;

à

-vergella.

laminazione obliqua

Tramite (quindi rulli obliqui che ruotano nella stessa direzione) si riescono ad

ottenere anche tubi. cricca,

I rulli creano delle tensioni interne che formano una ossia una fessurazione, dove io inserisco una

spina rotante, che forma la cavità nel tubo.

Questa tipologia di laminazione è usata per fabbricare tubi petroliferi, tubi del gas e tubi per acqua ad uso

domestico.

La laminazione (come tutti i processi per deformazione plastica) può avvenire a caldo o a freddo.

laminazione a caldo

La è utilizzata per ottenere sezioni elevate ed ha come prodotto finito un

semilavorato o grezzo di partenza.

laminazione a freddo

La è utilizzata per ottenere sezioni e spessori piccoli e la bassa temperatura viene

usata anche per tenere sotto controllo lo spessore del laminato: si riesce ad ottenere buona precisione e

qualità superficiale.

È indispensabile in questo caso una corretta lubrificazione.

Con laminazione a caldo si ha riorganizzazione dei grani, e quindi maggiore resistenza dovuta alla

stabilizzazione della struttura, del materiale che esce dai rulli.

Con laminazione a freddo invece interviene l’incrudimento.

Studi di fabbricazione - modulo 15 Laminazione - Benassi Simone 1

Il materiale che entra nei rulli di laminazione è soggetto a tensioni.

Durante il processo il materiale è trascinato dai rulli: per la costanza della portata la velocità in uscita è

maggiore della velocità in entrata.

condizione di imbocco

La è la condizione per cui il materiale entra fra i due rulli di laminazione:

> F

F to no

Anche l’angolo di attrito deve essere superiore all’angolo di attacco

ρ α.

R rullo

α

F no F t0

F

materiale n F t

F avanzamento del materiale

condisione di trascinamento,

Poi subentra la che è la condizione per cui il materiale avanza fra i rulli:

questa condizione è meno restittiva di quella di imbocco.

= tg (α/2)

µ L’angolo è il massimo valore

µ=0,45

raggiungibile a caldo è (α=24°), mentre

in condizioni più convenzionali è

α=21°.

L’angolo massimo raggiungibile a

R freddo è molto minore, 10°, ciò

α<

vuol dire pezzi che entrano nei rulli di

laminazione di sezione molto più

piccola.

α/2 α

F

F

NO TO

h F

1 T

F h

TV 2

F F

N NV avanzamento del materiale

slittamento rullo e materiale hanno velocità diverse;

à

aderenza rullo e materiale hanno la stessa velocità;

à

Il coefficiente di attrito regola la fase di slittamento e aderenza.

rapporto di laminazione rappresenta la percentuale di diminuzione che si vuole ottenere dal processo

à di laminazione.

Studi di fabbricazione - modulo 15 Laminazione - Benassi Simone 2

formule sperimentali

Attraverso è possibile calcolare la pressione media .

Le formule sperimentali sono ottenute dopo accurata sperimentazione e variano da caso a caso: per questo

motivo sono presenti tabelle che aiutano l’operatore nelle scelte tecniche di processo.

F = L b P m

Dove: L lunghezza dell’arco di pressione

à

b larghezza del pezzo < larghezza del rullo

à

P pressione media

à

m

Si può inoltre calcolare momento torcente e potenza necessarie:

momento torcente M = (F L) / 2

à

potenza 2 M = 2 M (2 n) / 60

à spessore minimo

Bisogna stare attenti a non scendere sotto un certo poiché altrimenti aumenterebbe

troppo la pressione ed il ritorno elastico.

La pressione inoltre aumenta all’aumentare del coefficiente di attrito e al raggio del rullo.

Le lamiere molto sottili vengono lavorate da rulli di piccolo diametro e buona finitura superficiale: in

questo caso sono presenti gabbie di laminazione molto complesse.

calibratura

La consiste nella regolazione dei rulli (per esempio in un treno di laminazione) per ottenere

le deformazioni plastiche desiderate.

Bisogna inoltre tenere sotto controllo la temperatura del laminato: nel passaggio da una coppia di rulli

all’altra è importante che la temperatura rimanga superiore alla temperatura di ricristallizione (per

permettere quindi una stabilizzazione della struttura).

difetti,

Dopo processo di laminazione è possibile riscontare che possono essere:

-ondulazioni;

-fratturazioni;

sui bordi;

-fratturazioni

-delaminazione è il peggiore dei difetti poiché difficile da rilevare.

à

Studi di fabbricazione - modulo 15 Laminazione - Benassi Simone 3

16.ESTRUSIONE

In questo processo il materiale viene obbligato a passare attraverso un’apertura di sezione opportuna che

ne determinerà una ben precisa sezione.

cilindro di estrusione matrice si estrusione.

Il materiale è contenuto in un e passa attraverso una

Come tutti i processi per deformazione plastica anche il processo di estrusione può essere effettuato a

caldo o a freddo.

L’estrusione a freddo permette carichi elevati e buona precisione superficiale.

L’estrusione a caldo permette carichi minori e presenta problemi per ossidazione del materiale e

lubrificazione.

Gli spessoti ottenibili sono molto piccoli se utilizzate leghe molto plastiche (0,5mm).

I materiali estrutibili sono tutte le leghe ad elevata plasticità (alluminio, rame, piombo e con maggiori

limitazioni acciai).

velocità di uscita del materiale estruso

La varia dai 5m/min per profili complessi o leghe difficilmente

estrudibili ai 30 m/min in condizioni più favorevoli.

due tipologie di estrusione:

Esistono diretta

-estrusione il materiale estruso esce nella stessa direzione e verso rispetto alla forza che

à applico al pistone;

inversa

-esrusione il materiale estruso esce nella stessa direzione ma con verso opposto rispetto alla

à alla forza che applico al pistone.

F Curva rossa diretta

à

Curva blu inversa

à

corsa

Per quanto riguarda le forze c’è grossa differenza fra l’estrusione diretta (curva rossa) e l’estrusione

inversa (curva blu).

Nell’estrusione diretta c’è un forte picco di pressione all’inizio del processo: man mano le forze in gioco

diminuiscono a causa del passaggio del materiale attraverso la matrice.

Nel’estrusione inversa invece la pressione è pressochè costante durante tutto il processo.

Anche per questo motivo l’estrusione inversa è più vantaggiosa come forza totale richiesta e qualità

interna dell’estruso.

Le forze in gioco sono normalmente molto elevate: 1000 – 14000 tonn.

Invece le pressioni raggiungibili all’interno della camera di estrusione possono arrivare fino a 2700 Mpa

blindatura.

con Studi di fabbricazione - modulo 16 Estrusione - Benassi Simone 1

estrusione diretta estrusione inversa

matrici piane a ponte.

Le possono essere o

Le matrici a ponte servono per ottenere pezzi cavi.

Le matrici a ponte sono tenute su da collegamenti alla matrice principale: il materiale si apre in

corrispondenza dei collegamenti e poi si richiude dopo di essi, formando la cavità.

I materiali delle matrici possono essere acciai ad alta resistenza a caldo o carburi sinterizzati.

difetti principali

I che si possono riscontrare nell’estruso sono:

-estetici superficie non omogenea, macchie, bolle, scheggiature, rigature.

à

-strutturali spessori minori di quelli che si sarebbero voluti ottenere (spessori nominali).

à linee di flusso sperimentale:

Si possono determinare le attraverso un’analisi si taglia in due la billetta e

gli si incide sulla superficie piana interna una griglia.

Si ricompone la billetta e la si fa passare all’interno della matrice attraverso processo di estrusione.

Dopodichè si riapre la billetta e si studia come si è modificata la griglia.

processo di estrusione continua

Il consiste nel caricare le billette una in seguito all’altra.

È un processo a caldo: l’ultima billetta che è calda quando viene spinta dal pistone si salda alla

precedente.

La zona di saldatura non si nota molto ma comunque verrà scartata alla fine del processo a causa delle

scarse caratteristiche meccaniche.

La produttività aumenta notevolemente poiché il processo di estrusione è continuo.

processo di estrusione a freddo per impatto

Il consiste nella punzonatura del materiale, che dovrà

essere molto duttile, da parte di un punzone.

Il punzone si muove molto velocemente, e quindi si ha un notevole impatto fra esso ed il materiale.

Questo processo presenta quindi una deformazione molto rapida ed è utilizzato per la produzione di

piccoli particolari. sistemi software

Il progettista, al giorno d’oggi, ha a disposizione come CAD che gli permettono di

visualizzare il pezzo da progettare anche tridimensionalmente, oltre che bidimensionalmente.

Quando uscirono questi nuovi sistemi software si pensò che i disegni su carta bidimensionali fossero

diventati obsoleti, ma non fu così.

sistemi software ad elementi finiti

Con si possono applicare forze, vincoli, ecc al processo studiato: il

software è poi in grado di fornire una previsione delle tensioni e delle deformazioni plastiche che si

andranno a verificare nella realtà.

Questo tipo di sofware può essere d’aiuto anche nello studio dei processi: in questo caso però il software

ha bisogno di parametri in base a quale processo stiamo studiando.

Bisognerà quindi effettuare delle prove sperimentali per determinare tali parametri.

sistemi di simulazione numerica per processi,

In poche parole questo software, chiamati devono essere

personalizzati in base al particolare processo che stiamo studiando.

Studi di fabbricazione - modulo 16 Estrusione - Benassi Simone 2

17.TRAFILATURA filiera.

Il questo processo il materilale passa attraverso una matrice, che in questo caso prende il nome di

Al contrario del processo di estrusione, in questo tipo di processo il materiale viene tirato verso la

matrice, e non spinto.

Si esegue quasi sempre a freddo, quindi con incrudimento del materiale, e talvolta a caldo: si riesce ad

ottenere buona precisione e qualità superficiale.

Questo processo è una delle operazioni di formatura più antiche e ancora oggi ha un’enorme rilevanza

industriale.

Le sezioni minime che si possono ottenere sono anche molto piccole (fino a 0,1 mm).

La velocità con cui viene tirato il materiale (pieno o cavo) è anche molto elevata: per leghe di rame,

alluminio e acciaio si puù arrivare anche a 2000 m/min, con lotti minimi di almeno 1000m. bobine

Se il prodotto è di sezione molto piccola allora esso può essere avvolto all’uscita della filiera in

(aspi), senza che la curvatura determini deformazioni plastiche del filo.

In questo caso è la bobina a determinare la forza di tiro necessaria alla lavorazione.

Le macchine trafilatrici possono avere decine di bobine, fino anche a 40.

La velocità, che cresce proporzionalmente alla riduzione di sezione, può arrivare alla fine del processo ad

essere anche molto elevata.

pulegge

Le sono strumenti che evitano sbalzi di tensione del materiale durante il processo.

Le sollecitazioni sono notevoli per cui si cerca di diminuire l’attrito attraverso l’uso di lubrificanti come

sapone, olio e grassi. supporto

cono di uscita

calibratura

imbocco avanzamento materiale

cono di

trafilatura filiera

Un punto molto delicato del processo è quando il materiale esce dalle filiere: bisogna fare in modo che la

tensione non superi un certo limite se no il pezzo si rompe.

La natura della filiera è l’alta produttività quindi la rottura del filo, con conseguente arresto delle

macchine, comporta costi notevoli.

La forza di trafilatura deve essere tale da deformare il materiale, ma non eccessiva da rischiare di

romperlo. tensione del materiale

Si può definire una (con approssimazione che l’attrito sia costante):

σ

‘ componente dovuta alla deformazione (indipendente dalla conocità);

à

σ componente dovuta all’attrito (dipendente dalla conicità);s

à

σ’’ componente dovuta alla distorsione interna (dipendente dalla conicità);

à

σ’’’ 1

In assenza di attrito la massima riduzione è del 63%.

18.FUCINATURA & STAMPAGGIO

Questi due processi, leggermente diversi fra loro, hanno in comune il fatto di che il materiale viene

deformato plasticamente mediante l’applicazione di forze di compressione.

fucinatura

La è adatta per piccole di serie di componenti di grandi o grandissime dimensioni: la

aperti).

geometria del componente non è contenuta nell’utensile (stampi

stampaggio con bava

Nello il materiale è costretto a riempire una cavità in due stampi premuti uno

intermedia).

sull’altro senza che questi vengano però a contatto (bava

stampaggio senza bava

Nello si ha la chiusura completa degli stampi: ciò richiede un accurato calcolo

della quantità di materiale che dovrà essere utilizzata.

canali di bava di sfogo)

In questo caso sono presenti (canali per fare uscire il materiale in eccesso.

Con i procesi di stampaggio si riescono ad ottenere geometrie più complesse e si può lavorare nell’ottica

del near net shape (avvicinarsi alla geometria del finito).

@Macchine per fucinatura e stampaggio

Le macchine usate per i processi di fucinatura e stampaggio si possono classificare in:

a controllo di energia

-macchine maglio e presse a vite: adatte alla produzione di piccoli componenti.

à Macchine caratterizzate da alta velocità di applicazione del carico.

a controllo di forza

-macchine presse oleodinamiche: un flusso in pressione genera la forza.

à Macchine caratterizzate da bassa velocità di applicazione del carico.

a controllo di posizione

-macchine presse meccaniche.

à Macchine caratterizzate da altissima velocità di applicazione del

carico.

Maglio a semplice effetto (c.e.) 2

Il controllo viene effettuato sull’energia potenziale (E = Mgh) e sull’energia cinetica (E = 0,5 mv ).

Il parametro è quindi l’altezza di caduta della mazza battente H.

incudine,

Nell’attrezzatura è presente una parte fissa, chiamata solitamente posizionata sotto, ed una

mazza battente,

parte mobile, chiamata posizionata sopra.

La massa dell’incudine deve essere molto maggiore rispetto alla massa della mazza battente.

La cadenza è di 40 – 90 colpi/min e dipende dal tempo di risalita della mazza.

Sono necessari più colpi in sequenza per realizzare la deformazione plastica desiderata.

sistema di sollevamento mazza

mazza battente

utensili

incudine fissa

Studi di fabbricazione - modulo 18 Fucinatura & stampaggio - Benassi Simone 1

Maglio a doppio effetto (c.e.)

Con questa macchina è possibile accelerare il moto della mazza battente applicando una pressione durante

la corsa: questa pressione, data da un fluido in pressione (solitamente olio) attraverso un pistone, si

aggiunge alla forza di gravità, aumentando quindi l’impatto della mazza battente.

Il pistone serve anche come organo di risalita per la mazza battente.

Si ha bassa efficienza, con cadenza dei colpi di circa 50 – 120 colpi/min. cassetto distributore

fluido in pressione mazza battente

pistone utensili

incudine fissa

Maglio a contraccolpo (c.e.)

Questa macchina permette di operare su entrambi i lati di grossi componenti sostenuti sul piano di

mezzeria: sia l’incudine che la mazza battente si muovono, andandosi incontro, così aumentando l’effetto

della forza di gravità.

Si ha maggiore efficienza rispetto al maglio a doppio effetto. casetto distributore

fluido in pressione mazza battente

pistone utensili

incudine mobile

Studi di fabbricazione - modulo 18 Fucinatura & stampaggio - Benassi Simone 2

Presse

Ne esistono di diversi tipi:

a vite

-presse sfruttando l’energia cinetica di un volano;

à

oleodinamiche

-presse possono fornire andamenti di carico – spostamento molto complessi;

à

meccaniche

-presse caraterizzate dal meccanismo biella – manovella, con una corsa ben definita.

à

Pressa a vite (detta anche pressa a frizione) (c.e.)

Le presse sono macchine a qualità superiore rispetto ai magli: per questo motivo si può lavorare con

stampi chiusi. vite

È presente una che ruota e trasferisce il moto alla mazza battente: il moto rotatorio della vite viene

trasformato in un moto rettilineo verticale alterno della mazza battente (in alto e in basso a seconda del

verso di rotazione della vite).

volano due dischi motore:

Il è a contatto intermittente con che ruotano grazie ad un l’alternanza del

contatto è dovuta al fatto che la mazza deve muoversi in basso (per deformare il materiale) e in alto (per

aprire gli stampi). albero scanalato cinghie

I dischi sono fissati ad un che viene mosso da collegate al motore.

Il volano abbassandosi fa in modo che la velocità di discesa della mazza battente aumenti.

Sono macchine con potenzialità medio-basse e con cadenza di 35 – 40 colpi/min.

disco disco

cinghie vite

albero

volano mazza battente (slitta)

semi-stampo superiore

semi-stampo inferiore incudine fissa 3

Pressa oleodinamica (detta anche pressa idraulica) (c.f.)

cilindro idraulico

Il movimento della mazza battente è generato da un e da un fluido in pressione.

serbatoio pompa,

Ogni circuito idraulico deve essere fornito di un che raccolga l’olio e di una collegata

motore elettrico

ad un ad un cassetto distributore, che spingel’olio in pressione.

Ci sono circuiti idraulici per la discesa della mazza battente e circuiti idraulici per la salita della stessa.

cassetto distribuore valvola direzionale)

L’olio arriva ad un (chiamato anche composto da 3 cassetti, in

centri chiusi

base a dove deve andare l’olio: il cassetto centrale prende il nome di poiché non fa passare

olio. c.i. di discesa

c.i. di salita c.i. di salita

mazza battente (slitta)

semi-stampo superiore

semi-stampo inferiore

Principio di funzionamento: Se si è nel primo cassetto (in

camera superiore alto) si riempe la camera

( superficie A) superiore e si svuotano le camere

inferiori: la mazza battente si

pistone abbassa.

camere Se siamo nel cassetto centrale

inferiori stelo (centri chiusi) la mazza battente

(superficie rimane ferma.

A ) mazza battente Se siamo nell’ultimo cassetto (in

1 basso) si svuota la camera

superiore e si riempono le

camere inferiori: la mazza

olio in pressione

à battente si alza.

Studi di fabbricazione - modulo 18 Fucinatura & stampaggio - Benassi Simone 4

Presse meccaniche a manovella (c.p.)

In questo tipo di macchine la corsa è ben definita.

È una pressa nella quale il moto rettilineo verticale alterno della mazza battente è dato da una manovella.

La forza applicata dipende dalla coppia applicata M, dalla corsa della mazza e dall’angolo di manovella.

Per modificare la corsa devo modificare la lunghezza della manovella.

In prossimità dei punti morti superiori e inferiori la forza può andare all’infinito: per questo motivo ogni

limitatore di forza

macchina di questo tipo ha un per evitare carichi troppo elevati.

La forza disponibile della macchina deve essere superiore alla forza richiesta dalla lavorazione.

La cadenza è di 80 – 120 colpi/min.

ω

S R

α punto morto inf

corsa

L

β punto intermedio

corsa corsa punto morto sup

R manovella

à

M biella

à corsa

La forza necessaria alla mazza battente per

deformare il materiale è:

F = (2 M) / S sen α

Studi di fabbricazione - modulo 18 Fucinatura & stampaggio - Benassi Simone 5

@Fucinatura

In questo processo si utilizzano utensili/stampi non contenenti la forma e la geometria del componente.

È adatto per piccole serie di pezzi di grandi o grandissime dimensioni.

Tutte le operazioni sono effettuate a caldo per limitare le forze in gioco.

schiacciamento, arrotontamento, taglio

Le operazioni principali che si eseguono con fucinatura sono e

piegatura.

Quando si cerca di applicare il processo di fucinatura ad un masello cilindrico si incorre in un problema:

barilottatura;

-in assenza di attrito non si ha l’effetto di

-in presenza di attrito si ha barilottatura, per cui il masello cilindrico tende a gonfiarsi (come un barile).

F In rosso si mostra l’effetto di

barilottatura.

Il disegno mostra la fucinatura di un masello cilindrico in assenza di attrito e quindi senza barilottatura.

@Stampaggio

In questo processo invece si utilizzano stampi contenenti la forma e la geometria del componente,

forzando il materiale a riempire sudetti stampi. canali

Il metallo in eccesso (se eseguiamo stampaggio senza bava) fluirà attraverso appositi canali, detti

di bava.

La cavità degli stampi (superiore e inferiore) ricalcano il componente finito a meno di sovrametalli,

angoli di sformo e raggi di raccordo.

È un processo spesso effetuato a caldo per limitare le forze in gioco.

A causa dell’elevato costo degli stampi, che devono essere estremamente precisi, lo stampaggio si addatta

alla produzione di grande serie.

È molto difficile arrivare alla geometria del componente con un solo stampaggio: è necessario studiare e

progettare al meglio il processo di stampaggio per limitare al numero pià basso possibile le operazioni di

stampaggio in sequenza, e quindi abbassare il Manufacturing Lead Time.

Gli scopi del canale di bava sono:

-fare fuoriuscire il materiale in eccesso;

-attutire l’impatto fra gli stampi;

-regolare il riempimento della cavità.

Studi di fabbricazione - modulo 18 Fucinatura & stampaggio - Benassi Simone 6

sforzo di

stampaggio stampo completamente

chiuso

cavità riempita

completamente

inizio formazione bava Forza necessaria per deformare un

pezzo (formula approssimata):

F = K A

σ m

dove: K parametro

à tensione

à

σ

corsa di stampaggio m

A superficie della cavità

à

contatto con il massello

La forza aumenta quando gli stampi entrano in contatto con il materiale da deformare.

Quando inizia a formarsi la bava nei canali di bava si ha un aumento consistente della forza.

Riempito completamente lo stampo (contatto fra i semi-stampi) si ha un picco, possibilmente il minore.

Quando il progettista va a disegnare il progetto dello stampato deve tenere conto di sovrametalli, angoli di

sformo, raggi di raccordo, sottosquadri (non si possono usare tasselli in fucinatura e stampaggio),

dimensionamento dei canali di bava, piano di apertura degli stampi.

È bene porre molta attenzione nella progettazione dei raggi di raccordo: avere troppi spigoli vivi potrebbe

causare mancati o errati riempimenti di alcune zone degli stampi (sopradosso), determinando così difetti

nel componente una volta terminato il processo.

dimensionamento dei canali di bava

Il è eseguito mediante l’utilizzo di tabelle empiriche.

Le bave possono essere eliminate direttamente dagli stampi, con apposite geometrie, oppure attraverso

tranciatura.

un’operazione di

ciclo di stampaggio

Il è così composto:

di spezzoni e loro riscaldamento;

-taglio e stampaggio;

-sbozzatura delle bave;

-eliminazione

superficiale

-pulitura con sabbiatura o pallinatura;

à

-coniatura nella laminazione vuol dire studio studio della geometria dei rulli.

à Nello stampaggio a freddo serve a dare al componente le migliori precisioni di dimensione

e forma.

-controllo.

Gli stampati presentano caratteristiche meccaniche migliori rispetto a getti fusi e componenti lavorati alle

macchine utensili.

È bene prevedere in fase di progetto quali zone del componente possano presentare caratteristiche

meccaniche scadenti, e fare in modo che queste zone cadano all’interno di punti che dovranno essere

zona morta

lavorati da altri processi, come asportazione di truciolo (in questo modo la viene eliminata

dal componente.

Studi di fabbricazione - modulo 18 Fucinatura & stampaggio - Benassi Simone 7

19.ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO

Questo processo appartiene al gruppo 3.

Viene diminuita la coesione poiché il materiale viene separato.

I processi per asportazione possono essere caratterizzati da:

a geometria definita

-tagliente tornitura, foratura, fresatura;

à

a geometria indefinita

-tagliente rettificatura, levigatura, lappatura, bariltaura, sabbiatura, pallinatura.

à

lappatura

La è un processo per asportazione di truciolo che mi permette di ottenere ottime qualità

superficiali: infatti è usato nel campo dell’ottica per lavorare le superfici delle lenti degli occhiali.

mole

Le sono strumenti utilizzati per eliminare le bave dopo processo di fucinatura o stampaggio.

pezzo, sovrametallo truciolo

L’utensile, muovendosi rispetto al asporta uno strato di trasformandolo in

superficie lavorata.

e generando la moti relativi

Il processo di asportazione avviene grazie ad una serie di (utensile - pezzo) forniti da una

macchina utensile forze di taglio.

che applica delle

calore

Il sviluppato innalza la temperatura di utensile, pezzo e truciolo.

riferimento attrezzatura.

Il (regolazione) di macchina utensile/utensile/pezzo è garantito da un’apposita

È necessario progettare al meglio questo processo per cercare di predetrminare quali siano le macchine

utensili più appropriate e quali potenze di esse sono necessarie.

truciolo utensile

sovrametallo

pezzo sviluppo di calore superficie lavorata

L’asportazione del sovrametallo, la sua trasformazione in truciolo e l’ottenimento della superficie lavorata

sono un complesso processo fisico.

I fenomeni che si verificano sono la generazione e propagazione del calore, l’attrito interno ed esterno,

l’usura e l’incrudimento del materiale in lavorazione.

processo di taglio

Lo studio del permette di applicare lo stesso processo con razionalità e correttezza,

prevedere il comportamento del materiale in lavorazione e degli utensili e di determinare le forze e le

potenze in gioco.

Il meccanismo di formazione del truciolo è legato allo scorrimento plastico con una marcata distorsione

della struttura cristallina del truciolo rispetto a quella del materiale interessato dal taglio: per questo

motivo il processo per asportazione di truciolo può anche essere considerato come processo per

deformazione plastica.

Studi di fabbricazione - modulo 19 Asportazione di truciolo - Benassi Simone 1

Questo comporta uno sviluppo di calore superiore rispetto a quanto se ne potrebbe sviluppare a causa del

solo attrito utensile – materiale, e una durezza superiore del truciolo rispetto al materiale in lavorazione,

dovuto all’incrudimento.

Parte del truciolo tende ad aderire all’utensile, fino a determinati valori della tensione di compressione.

truciolo

Il può essere classificato in varie tipologie:

coninuo (o fluente)

-truciolo caratteristico di materiali duttili;

à

segmentato

-truciolo caratteristico di materiali a bassa conducibilità termica (es.: titanio e sue leghe);

à

discontinuo

-truciolo caratteristico di materiali fragili (es.: ghise);

à

di riporto

-tagliente il truciolo non scorre via e aderisce al tagliente e al petto dell’utensile.

à

Il tagliente di riporto (tdr) sono strati di materiale (truciolo) che si depositano in prossimità del tagliente

alterando la geometria dell’utensile.

Il tdr si può staccare improvvisamente dall’utensile, creando vibrazioni sullo stesso, e quindi alterando la

lavorazione: le particelle che si distaccano possono rimanere aderenti al truciolo o alla superficie lavorata.

Il tdr è fortemente dipendente dalla velocità di taglio [metri/min]: con tagli ad alta velocità questo

inconveniente non si verifica, ma se ne verificano altri. modelli matematici semplificati,

Il processo di taglio può essere affrontato su basi teoriche ricorrendo a

per ridurre il numero di parametri che intervengono e per facilitare l’impostazione del problema.

Il modello di formazione di truciolo è più o meno lo stesso per tutti i processi per asportazione di truciolo.

@Moti di lavorazione

I moti di lavorazione possono essere raggruppati in:

di taglio;

-moti di avanzamento;

-moti di registrazione.

-moto

In funzione dei movimenti di lavoro si possono classificare le macchine utensili in:

-macchine utensili a moto di taglio rotativo ed avanzamento continuo (es.: tornitura);

-macchine utensili a moto di taglio rettilineo ed avanzamento ad intermittenza.

moto di taglio direzione di taglio

z

moto di avanzamento

Studi di fabbricazione - modulo 19 Asportazione di truciolo - Benassi Simone 2

I parametri da impostare direttamente o indirettamente sulla macchina uensile sono:

di taglio

-moto movimento relativo utensile – pezzo che permette l’asportazione di truciolo.

à Mi consente di asportare una singola corona circolare.

di taglio

-direzione direzione istantanea del moto di taglio.

à

di taglio v velocità istantanea nella direzione di taglio della punta del tagliente.

-velocità à

t

di taglio W

-corsa percorso compiuto dalla punta del tagliente rispetto al pezzo, nella direzione di

à taglio.

di avanzamento a

-moto è il movimento relativo tra utensile e pezzo che, assieme al moto di taglio,

à consente un’asportazione di truciolo continua.

-avanzamento è il percorso di avanzamento per giro o corsa completa.

à

per tagliente Az

-avanzamento è l’avanzamento ripartito per dente o per tagliente.

à In questo caso a = a z

z

Dove z numero di taglienti.

à

di avanzamento

-direzione direzione istantanea del moto di avanzamento.

à

di avanzamento oppure V )à velocità istantanea dell’utensile nella direzione di

-velocità (u a avanzamento.

di avanzamento l

-corsa percorso compiuto dall’utensile, nella direzione di avanzamento.

à

di lavoro

-piano piano teorico comprendente la direzione di taglio e la direzione di avanzamento.

à

di passata p

-profondità ampiezza dell’impegno del tagliente per corsa o giro completo.

à È cioè quanto il mio utensile penetra nel materiale.

di asportazione b

-larghezza larghezza del truciolo (misurata lungo il tagliente principale).

à

di asportazione h

-spessore spessore del truciolo (misurato perpendicolarmente al tagliente

à principale).

di asportazione A

-sezione sezione di truciolo da asportare A = p a = p a = b h

à à z

di attacco

-angolo angolo di registrazione; è l’angolo fra il tagliente principale e la direzione di

à

χ avanzamento. a b = p / sen χ

p b h = a sen χ area di truciolo

A = b h = p a à

h

χ ψ

Studi di fabbricazione - modulo 19 Asportazione di truciolo - Benassi Simone 3

attivo

-moto movimento risultante dei moti di taglio e di avanzamento (se non ha luogo

à l’avanzamento il moto di taglio coincide col moto attivo).

attiva

-direzione direzione istantanea del moto attivo.

à

attiva V

-velocità velocità istantanea della punta del tagliente nella direzione attiva.

à

e

attiva W

-corsa percorso compiuto dalla punta del tagliente nella direzione attiva, mentre ha luogo il

à taglio.

della direzione di avanzamento

-angolo angolo compreso fra la direzione di avanzamento e quella

à di taglio.

della direzione attiva

-angolo angolo compreso fra la direzione attiva e quella di taglio.

à monotagliente

Gli utensili da tornitura prendono il nome di (mono-t) poiché possiedono un solo

tagliente. multitagliente

Gli utensili da foratura sono (multi-t) in quanto possiedono due taglienti.

Anche gli utensili da fresatura sono multitagliente poiché possiedono più di due taglienti: in questo caso

(al contrario che nella tornitura) è l’utensile che ruota rispetto al materiale, ed ogni tagliente stacca una

virgola di materiale.

@Utensili

Nel corso ci concentreremo sugli utensili da tornitura.

utensile stelo testa:

Un è formato da uno e da una nella testa è contenuto il tagliente.

Sia la testa che il tagliente sono caratterizzati da una ben determinata geometria.

torretta porta untensile,

La parte inferiore dello stelo deve essere montata (registrata) su una situata

macchina utensile, petto

sulla mentre la parte laterale si chiama dell’utensile.

tagliente fianco

La testa dell’utensile è caratterizzata dal (principale e secondario) e dal (principale e

secondario). stelo

testa

tagliente secondario petto

tagliente primario

fianco secondario fianco principale

Studi di fabbricazione - modulo 19 Asportazione di truciolo - Benassi Simone 4

γ Sez. A - A

β

ψ α

B

ψ’

λ A Sez. B - B

A

B α’

ε

Angoli caratteristici degli utensili

angolo di spoglia superiore principale

à

γ angolo di spoglia inferiore principale

à

α angolo di spoglia inferiore secondario

à

α’ angolo di taglio (o angolo di apertura del tagliente) = 90° - (α +

à à

β β γ)

angolo del tagliente principale rispetto alla direzione dello stelo

à

ψ angolo del tagliente secondario rispetto alla direzione dello stelo

à

ψ’ angolo dei taglienti

à

ε angolo di inclinazione del tagliente principale

à

λ

r raggio di raccordo tra i due taglienti

à

L’angolo di taglio dipende dal materiale che devo separare.

β

Se è troppo piccolo si può incorrere in problemi di strisciamento fra la testa e la superficie del materiale

α

lavorato.

solitamente è 15°/20° mentre solitamente è 1°/2°.

γ α

L’importante è che + = 90°.

α β+ γ

Studi di fabbricazione - modulo 19 Asportazione di truciolo - Benassi Simone 5

γ β

truciolo h

c utensile

sovrametallo α

sviluppo di calore superficie lavorata

pezzo

di spoglia superiore principale

L’angolo (γ) influenza il meccanismo di formazione del truciolo: al suo

aumentare diminuiscono le forze di deformazione del materiale e le forze di attrito sul petto dell’utensile,

oltre alla diminuzione della temperatura di lavoro.

di spoglia inferiore principale

L’angolo (α) determina la sezione resistente dell’utensile: al suo

diminuire, aumenta il calore generato causato dall’attrito con la superficie lavorata, la forza di repulsione

dell’utensile e peggiora la finitura.

di taglio

L’angolo (β) è direttamente proporzionale alla sezione reistente dell’utensile: per materiale degli

utensili fragile non può essere troppo piccolo.

di inclinazione del tagliente principale

L’angolo (λ) rende l’utensile più o meno robusto ai carichi

flessionali: inoltre influenza la fuoriuscita del truciolo.

Esistono anche utensili lunghi e snelli per effettuare processo di asportazione di truciolo all’interno di fori

utensili per interni.

o cavità à

Utensili ad inserti utensili con la presenza nella testa di un incavo dove pongo una placchetta che

à funge da tagliente.

Gli utensili ad inserti sono di due tipi:

1)placchetta brasata sulla testa (solitamente con basso fondente);

2)bloccaggio meccanico la placchetta è bloccata meccanicamente sulla testa.

à

utensili integrabili

Gli sono caratterizzati dal fatto che il tagliente è possibile riaffilarlo una volta

raggiunto un certo livello di usura: inoltre stelo e testa sono dello stesso materiale.

Studi di fabbricazione - modulo 19 Asportazione di truciolo - Benassi Simone 6

20.FORZE DI TAGLIO

Le forze di taglio sono le forze necessarie per effettuare un processo di asportazione di truciolo.

Questo studio porta a conoscere quali sono gli effetti di queste forze sul materiale ma anche sull’utensile,

oltre ad inquadrare le condizioni di lavoro.

Gli utensili possono usurarsi e causare vibrazioni sulla macchina utensile, danneggiandola.

Inoltre con lo studio delle forze di taglio si riesce a valutare anche la potenza necessaria alla lavorazione.

Ogni corpo rigido per avere un comportamento corretto durante la lavorazione deve essere in equilibrio.

del truciolo;

Si studia quindi l’equilibrio il truciolo è sottoposto a:

-una forza applicata dall’utensile (R);

-una forza reattiva uguale e contraria (R’ stessa intensità, stessa direzione, verso opposto) applicata al

à

pezzo in corrispondenza del piano di scorrimento;

Quindi:

R risultante

à

R’ equilibrante

à

Possiamo scomporre R secono due componenti: F ed F .

t n

Oppure possiamo scomporre R secono altre due componenti: F (rispetto alla direzione del piano di

st

scorrimento) ed F (rispetto al piano di taglio).

nt

Ancora, possiamo scomporre R secondo F ed F (entrambe rispetto al petto dell’utensile).

t n

γ γ

Queste tre coppie di forze ci descrivono la risultante R. γ utensile

F

st v

t

ϕ

F

t -γ

β

F sn R

F n F t

γ

β F = R cos (β -γ)

t

F F = R sin (β -γ)

n

γ n

è quindi l’angolo di attrito.

β Studi di fabbricazione - modulo 20 Forze di taglio - Benassi Simone 1

La forza di taglio risultante R può essere quindi scomposta nella F ed F .

t n

Nella maggior parte delle lavorazioni la F assume valori trascurabili rispetto alla F e quindi si può

n t

affermare:

forza di taglio F = K A

à t s

pressione di taglio: è un coefficiente sperimentale (dipende dalla particolare lavorazione che

dove: K à

s stiamo effettuando).

Questo coefficiente è fortemente influenzato da h (altezza del truciolo), dalla geometria

dell’utensile, dalla velocità di taglio v e dai lubrificanti.

t

A area del truciolo (sezione del truciolo)

à

Conosciuta la forza di taglio posso calcolare la potenza di taglio:

potenza di taglio P = F v [KW] [(forza x spostamento) / tempo]

à à

t t t

Dopodichè è possibile scegliere la macchina utensile opportuna, che mi consente di ottenere la potenza di

taglio desiderata per la lavorazione.

Se le macchine utensili che voglio utilizzare sono indisponibili o già occupate da altre lavorazioni dovrò

in funzione della velocità di taglio v e delle macchine utensili disponibili

modificare la forza di taglio F

t t

in azienda.

È quindi presente un doppio approccio: calcolare forza di taglio, potenza di taglio e scegliere la macchina

utensile più appropriata oppure capire quali macchine utensili ho a disposizione e modificare la velocità

di taglio, e conseguentemente forza di taglio e potenza di taglio, per adeguarla alle esigenze.

machina utensile

Una è un sistema meccanico costituito da un motore (solitamente elettrico) che

imprime un moto rotatorio ad un albero.

A partire dal moto rotatorio è possibile ottenere altri moti rotatori con velocità minori per altri parti della

macchina, oppure ottenere moti rettilinei (es.: meccanismo manovella – biella).

potenza del motore, potenza di targa.

Bisogna tenere in considerazione la detta

potenza disponibile,

La cioè quella che serve per la lavorazione, è sempre inferiore alla potenza di targa:

questo è dovuto al rendimento e all’usura della stessa macchina utensile.

η

P = P C

η

d mot sc

Dove: P potenza disponibile

à

d

P potenza di targa (potenza del motore)

à

mot stato di conservazione della macchina utensile

C à

sc

C si può ricavare facendo funzionare la macchina a vuoto e misurando la potenza assorbita P .

sc v

Le forze di taglio possono essere anche misurate, ma è difficoltoso.

dinamometri,

Le forze si rilevano mediante strumenti chiamati che possono essere statici o dinamici.

È bene, in base al campo dove stiamo misurando la forza, conoscere la rigidezza statica (K ) e la

stat

rigidezza dinamica (K ) del dinamometro.

din

Ogni corpo ha una ben determinata frequenza che bisogna tenere in considerazione.

frequenza di oscillazione = 1 / 2Π Kstat / m

à ω √

P

dove: m massa del corpo

à

Studi di fabbricazione - modulo 20 Forze di taglio - Benassi Simone 2

21.TORNITURA

La tornitura è il processo per asportazione di truciolo più diffuso.

La lavorazione parte da un pezzo cilindrico di un ben determinato diametro e arriva sempre ad un pezzo

cilindrico con un diametro minore di quello di partenza.

Quindi con la tornitura si lavorano componenti assial-simmetrici.

Anche in questo caso sono presenti tre tipi di moto:

di taglio;

-moto di avanzamento;

-moto di registrazione

-moto è la prima operazione da effettuare, praticamente si decide lo spessore del

à materiale da asportare (profondità di passata).

sistema di bloccaggio moto di registrazione

p profondità di taglio

à (profondità di

passata)

moto di avanzamento

pezzo cilindrico

in rotazione utensile

L’operatore deve impostare la velocità di rotazione del mandrino, e quindi del sistema di bloccaggio, e la

velocità di avanzamento dell’utensile.

Il moto di avanzamento è il moto per alimentare il truciolo: l’utensile deve avere sempre del materiale da

tagliare nel suo avanzamento.

Con la tornitura si possono effettuare lavorazioni di pezzi cilindrici su esterni ed interni (fori), di

tranciatura, di conicità, di filettatura interna o esterna, di zigrinatura, di forma esterna o interna, ecc.

Nella tornitura per esterni viene diminuito il diamtero di un cilindro, mentre nella tornitura per interni

viene aumentato il diametro di un foro.

torni paralleli.

I torni convenzionali sono chiamati torni speciali torni a CNC

I torni più tecnologici sono chiamati , ossia (Controllo Numerico

Computerizzato).

È molto importante stimare il tempo di lavorazione, attraverso alcuni parametri:

velocità di taglio V = ( dn) / 1000 [m/min]

à t =

n = (1000 V ) / d [d] [mm]

t [n] = [giri/min]

velocità avanzamento

di avanzamento V = a n da cui a = V / n [mm/giro] anche detto

à à

a a

avanzamento per giro.

tempo macchina, tempo di lavorazione t = L /V = L / (a n)

à a

dove: L corsa complessiva dell’utensile, ossia somma di tutti i percorsi attivi e passivi

à 1

Studi di fabbricazione - modulo 21 Tornitura - Benassi Simone

@Tornio

Il tornio è la MU per effettuare la lavorazione di tornitura.

Vista laterale del tornio: torretta

mandrino

leve marce alimentazione slitta superiore

refrigerante contropunta

madrevite

testa

motrice

leva motore maniglia

della sella

sella pulsante di emergenza asta di alimentazione

slitta trasversale base del tornio

Vista dall’alto del tornio:

mandrino slitta trasversale contropunta

acciao

base del tornio slitta superiore

maniglia slitta trasversale 2

tornio convenzionale

Il non è adatto alla produzione in grande serie, però la qualità del componente

finito è ottima.

La qualità del componente finito è paragonabile a quella che si otterrebbe con un centro di lavoro da

200.000 Euro) però essa dipende fortemente dall’esperienza e dalla bravura dell’operatore umano: questa

è ovviamente una pecca.

basamento

Il deve dare solidità e rigidità a tutto il complesso meccanico: sopra al basamento risiede la

macchina utensile.

vera e propria motore

All’interno del basamento si trova il che, attraverso pulegge e trasmissioni, dà il moto all’albero

mandrino, testa motrice: sistema

del che si trova al fianco della all’interno del mandrino è contenuto un

di bloccaggio che permette di bloccare il componente da lavorare.

Il compito del mandrino è quello di trasferire il moto rotatorio anche al componente: gli assi del

mandrino, del sistema di bloccaggio, del componente da lavorare e del basamento devono essere il più

possibile paralleli affinchè la lavorazione venga eseguita con successo.

unilaterale

Il sistema di bloccaggio può essere (solo mandrino, nel caso di pezzi “tozzi”, corti; con

bilaterale

rapporto l/d = 1 –3) o (mandrino e controtesta, nel caso di pezzi “snelli”, lunghi; con rapporto

l/d >= 5).

La controtesta, oltre che bloccare il componente, può servire anche per eseguire un foro (montando una

punta elicoidale), solo in corrispondenza dell’asse mandrino/pezzo.

torretta portautensile, carro,

La situata sopra un serve a sostenere l’utensile per la lavorazione del

componente: l’asse dell’utensile e della torretta portautensile deve essere perpendicolare rispetto all’asse

del pezzo da lavorare. volantini

La torretta portautensile, in un tornio manuale, è caratterizzata dalla presenza di che permettono

mini-display

all’operatore umano di muovere la stessa; inoltre è presente un che informa

dell’avanzamento in mm dell’utensile.

Il carro si muove parallelamente rispetto all’asse del mandrino e del componente mediante apposite

guide.

Il carro è costituito da più slitte, ognuna delle quali ha più moti disponibili:

-moto longitudinale o obliquo della prima slitta;

-moto rotatorio della seconda slitta;

-moto trasversale (manuale o automatico) della terza slitta;

-moto longitudinale (a mano, a barra o a vite) del carro.

In un tornio manuale per finire tutta la lavorazione sono necessarie più passate in sequenza: finita la

lavorazione del componente l’operatore spegne il tornio con un’apposita leva.

cassetti

Nel basamento del tornio sono presenti dei per contenere utensili e altri strumenti di utilità, oltre

serbatoio per il liquido lubro-refrigerante.

che un pulsante di arresto

Nella parte inferiore è presente un (calpestabile) per permettere all’operatore di

fermare la macchina utensile in caso di emergenza o pericolo.

In funzione delle dimensioni del p ezzo (l lunghezza, d diametro) e della sua forma, il pezzo può

à à

essere montato:

sbalzo

-a l/d ≤ 1

à

le punte

-tra l/d ≥ 5

à

autocentrante e contropunta

-tra 1 ≤ l/d < 5

à

mandrino autocentrante griffe

Il è fornito di tre ad una distanza di 120° gradi l’una dall’altra: è

possibile aprire e chiudere le griffe sul componente mediante un’unica regolazione fatta attraverso un

inserto e brugola. scalini

Le griffe sono fatte a per permettere di bloccare anche componenti cavi.

Si possono lavorare anche pezzi non assial-simmetrici, ma che comunque al loro interno hanno parti che

presentano assial-simmetria (es.: foro in un prisma).

lunette,

Se i pezzi sono molto lunghi si fa uso di ossia sostegni che bloccano il componente in prossimità

della lavorazione per aumentare solidità e rigidità.

Studi di fabbricazione - modulo 21 Tornitura - Benassi Simone 3

montaggio tra le punte centrinatura.

Il si esegue una volta effettuata la

Il trascinamento del componente può essere effettuato mediante:

-brida – menabrida;

-trascinatori frontali;

-trascinatori centrifughi.

Le tipologie di torni sono:

da ripresa

1)torni sblocco il pezzo e finisco la lavorazione sull’altro lato.

à

da barra

2)torni caratterizzati da mandrino cavo, adatto per componenti lunghi che faccio avanzare

à

per la lavorazione e poi tronco.

magazzino barre zona di alimentazione barre,

È presente un e una che ha il compito di spingere avanti

le barre. tampone:

Le barre vengono spinte avanti contro un quando lo si raggiunge la barra in questione viene

rapido).

bloccata al livello del mandrino da pinze elastiche (bloccaggio

Finita la lavorazione si tronca la barra lavorata, la si sposta e si spinge avanti la nuova barra da lavorare, e

così via. torni speciali:

Esistono anche

frontali

-torni utilizzati per lavorazione di pezzi di grande diametro e limitata lunghezza.

à Con queste macchine si effettuano per di più lavorazioni di tornitura frontale

(sfacciatura).

verticali

-torni utilizzati per lavorazione di pezzi di grande diametro e limitata altazza, di peso

à notevole: in questo modo il mandrino non è sollecitato poiché è presente una piastra

rotante, sopra la quale viene fissato il componente.

Il moto di taglio del componente è detto c.

L’asse del mandrino z è perpendicolare al moto di taglio c.

L’asse x è un’asse di registrazione della lavorazione: asse su cui predispongo la profondità di passata p:

l’asse x è perpendicolare all’asse z.

tornio parallelo cambi meccanici

Un è caratterizzato da sono delle marce che si posso cambiare per

à

variare la velocità di rotazione del mandrino (n).

gamme;

Sono anche dette per lavorazioni differenti potrebbero essere richieste velocità di rotazione del

mandrino differenti. motori meccanici motori elettrici,

Con l’avanzare della tecnologia i sono stati sostituiti da che

escludono il concetto di gamma: la velocità di rotazione del mandrino varia con continuità.

Piazzatura o piazzamento bloccaggio di pezzi prismatici per lavorazioni di fresatura.

à

Centramento o centrinatura bloccaggio di pezzi assial-simmetrici.

à

Pinze elastiche hanno la funzione di afferrare i componenti da lavorare: sono usate soprattutto nei

à torni a barra.

La slitta che sorregge la torretta portautensile si può muovere secondo l’asse z e x: il moviemento

dell’utensile montato sulla torretta portautensile può essere effettuato manualmente o con CNC.

@Archivi tecnologici

Questi archivi sono presenti nelle aziende di produzione:

macchine utensili

-arch. sono classificate tutte le macchine utensili presenti in azienda.

à

utensili

-arch. sono classifictati tutti gli utensili presenti in azienda.

à

attrezzature

-arch. strumenti di misura

-arch. materiali

-arch. metodi

-arch. cicli di lavorazione

-arch. Studi di fabbricazione - modulo 21 Tornitura - Benassi Simone 4

Archivio macchine utensili

Sono classificate tutte le macchine utensili presenti in azienda.

annotazioni generali

Le comprendono il fornitore, la data di acquisto, una foto della macchina, la

potenza installata, l’ingombro, il codice del modello, il peso netto, (in questo modo posso predisporre la

zona in cui andrà posizionata la macchina, con possibilità di mettere nel pavimento dispositivi

antivibranti), il grado di precisione, il rendimento, la condizione di usura se è usata, la data dell’ultima

revisione ecc. capacità di lavoro

Inoltre sono date informazioni sulle della macchina come la dimensione massima dei

componenti lavorabili e la geometria della zona di lavoro.

Altre caratteristiche importanti sono l’altezza delle punte (massimo diametro che posso tornire) e la

distanza fra le punte (massima lunghezza che posso tornire).l’altezza delle punte può essere rilevata in

relazione al carro, al bancale o all’incavo.

grandezze cinematiche

Si deve tenere conto anche delle come la velocità di rotazione del mandrino.

È bene conoscere la conicità delle punte per bloccare il componente nel caso si utilizzi la controtesta.

Solitamente nelle macchine convenzionali si ha un motore elettrico per moto di rotazione del componente

cilindrico e per il moto di avanzamento del mandrino.

Inoltre è possibile avere un motore elettrico ciascuno per la pompa del fluido lubro-refrigerante e per il

dispositivo autocentrante.

potenza installata

La è data dalla somma delle potenze di tutti i motori elettrici presenti sulla macchina

utensile.

@Torni CNC

I torni a controllo numerico computerizzato sono macchine che uniscono elevate automazioni a grandi

flessibilità in termini di lavorazioni eseguibili.

Si ha la presenza di una cinghia che raccoglie il truciolo asportato e lo deposita in un cassone e di un

sistema che gestisce e controlla la sostituzione degli utensili e la lubrificazione.

Ogni asse di moto è dotato di un motore elettrico indipendente (quindi sono presentei almeno tre motori

elettrici: moto di avanzamento, moto di taglio, moto di registrazione).

Ogni motore elettrico può variare con coninuità la velocità (di rotazione o di avanzamento): per questo

motivo nei torni CNC non esiste il concetto di gamme.

Per effettuare particolari lavorazioni (come quelle di forma) è necessario coordinare il movimento di due

assi di moto (per esempio x e y), anche se i due motori elettrici sono indipendenti l’uno dall’altro: per

moti degli assi simultanei

questo motivo si parla di ad una variazione di x corrisponde una

à

determinata variazione di y. di governo,

Il tornio CNC è una macchina utensile controllata in catena chiusa da un’entità che consiste

in un vero e proprio calcolatore (elaboratore).

Sono presenti due trasduttori:

trasduttore di posizione

-un per conoscere istante dopo istante la posizione dell’utensile, e quindi

conoscere se si è raggiunta la quotazione desiderata.

trasduttore di velocità

-un che controlla la velocità del motore.

È possibile anche avere un controllo sull’accelerazione.

Le macchine a CNC sono macchine di qualità, quindi anche i componenti che costituiscono queste

macchine devono essere progettati e fabbricato con particolare cura e precisione.

Le macchine utensili devono essere rigide e avere caratteristiche di smorzamento per evitare che si

verifichino delle imprecisioni sul componente in lavorazione.

Studi di fabbricazione - modulo 21 Tornitura - Benassi Simone 5

Gli organi mobili delle macchine utensili si muovono lungo delle guide, quindi generando attrito:

attrito di 1°distacco attrito di di strisciamento.

l’attrito può essere un o un

Per questo motivo è necesario lubrificare le partic he vengono in contatto. materiali

L’attrito di strisciamento si può debellare utilizzando nei componenti in contatto fra loro dei

antifrizione. radente attrito volvente,

Per fare un salto di qualità bisogna trasformare l’attrito in quindi passando da

cuscinetti a sfere aghi.

strisciamento a rotolamento in questo senso si possono usare o

à

Vite senza fine trasformano un moto rotatorio in un moto rettilineo.

à Il motore dà il moto alla vite che ingrana la madrevite e fa spostare il carrello sopra di

essa in un moto rettilineo vincolato dalle guide.

Si possono inserire fra vite e madrevite delle sferette per passare da striciamento a

rotolamento, quindi riducendo l’attrito.

centro di tornitura CNC.

L’evoluzione del tornio CNC è il

La differenza fra i due è che nel centro di tornitura sono presenti alcuni dispositivi che aumentano la

flessibilità e la produttività della macchina utensile.

utensili motorizzati,

Nel centro di tornitura sono presenti ossia utensili dotati di un proprio moto di

taglio).

Oltre alla rotazione del pezzo è presente anche la rotazione dell’utensile rispetto al proprio asse.

Grazie all’utilizzo di questi utensili motorizzati, il centro di tornitura è in grado di eseguire anche

lavorazioni come fresature, forature, alesature.

Le lavorazioni si possono eseguire sia su pezzo fermo, che su un pezzo in rotazione statica.

pezzo indexato

Si introduce il concetto di movimentazione del pezzo secondo il proprio asse per

à

eseguire lavorazioni particolari (es.: foratura di una supeficie piana di un cilindro).

Eseguo la prima foratura sul pezzo

fermo, ruoto il pezzo di 90° ed

eseguo la seconda foratura e così via.

I centri di tornitura CNC sono caratterizzati dalla presenza di una o più torrette porta utensile.

magazzino utensili

È presente un a bordo macchina che contiene gli utensili per tutte le lavorazioni che

la macchina è in grado di eseguire.

cloni degli utensili

È opportuno anche avere (copie esatte) a causa di possibili danneggiamenti o usura

durante la lavorazione.

Ogni utensile è caratterizzato appunto da un tempo di vita che può essere espresso in pezzi lavorabili o

tempo lavorabile.

robot pick and place

I o i dispositivi sono sistemi in grado di prelevare un utensile e di posizionarlo

sulla torretta porta utensile.

centro di tornitura a mandrini contrapposti al posto della controtesta è presente un’altra testa

à

motrice con apposito mandrino: in questo modo la rigidità e solidità del componente da lavorare aumenta.

Studi di fabbricazione - modulo 21 Tornitura - Benassi Simone 6

22.FORATURA

L’operazione di foratura eseguita con macchine convenzionali e senza attrezzature specifiche è sempre

centrinatura,

preceduta dall’operazione di che serve da guida per la punta a forare in modo da evitare

difetti e imprecisioni.

In questa lavorazione l’utensile è dotato di moto di taglio.

Solitamente la successione delle operazioni per fare un foro e rifinirlo sono:

foratura allargatura alesatura

à à

con punta elicoidale con allargatore con alesatore mono-t o multi-t

Possiamo distinguere due tipi di foratura:

dal pieno

1)foratura si possono ottenere fori fino a 20 mm di diametro.

à

con pre-foro

2)foratura il pre-foro ha lo scopo di allargare la lavorazione successiva.

à punta elicoidale,

Il processo di foratura più usuale avviene mediante generalmente a due taglienti.

La parte terminale è conica con angolo di apertura che dipende dal materiale in lavorazione: dalla punta

partono due eliche che si avvolgono lungo l’utensile.

due taglienti,

L’utensile è caratterizzato da ognuno dei quali asporta truciolo.

d

d g codolo di

0 attacco

gola

l

0 l corpo o

ψ H

taglio ϕ

H passo dell’elica

à inclinazione dell’elica

à

ϕ angolo di spogna inferiore laterale

à

ρ ρ 1

scanalature elicoidali

I due trucioli che si formano devono essere scaricati e ciò è consentito dalle nelle

quali durante il moto di taglio il truciolo fluisce in direzione opposta all’avanzamento.

angoli di spoglia

Gli possono essere evidenziati con:

-un piano N normale al tagliente principale: , ;

γ α

-un piano X parallelo all’asse di rotazione dell’utensile: , ;

γ α

x x

-un piano Y normale all’asse di rotazione dell’utensile: , ;

γ α

y y

γ

β γ x

α

X

N

Y Y α x

N

X

α

y

γ

y

Esistono almeno tre tipologie di affilatura (che non vedremo durante il corso).

punta a forare elicoidale)

A ridosso del vertice della (punta non si ha asportazione di truciolo, poiché il

vertice non ruota: al di sotto della punta abbiamo schiacciamento e quindi deformazione plastica del

materiale.

In coincidenza con l’asse la velocità di taglio quindi tende a 0.

Le condizioni di asportazione di truciolo sono similari a quelle già spiegate per la tornitura.

Durante la lavorazione si manifestano vibrazioni dell’utensile a causa della controspinta che il materiale

asportato (truciolo) dà secondo l’asse di rotazione.

tempo di lavorazione:

Per un ing. gestionale è importante conoscere il

t = L / V

m a

dove: L distanza da percorrere

à

V velocità di avanzamento [mm/min]

à

a

L = l + l + l

a 0

dove : = l distanza dalla lamiera a cui parte l’utensile

à

a

l spessore della lamiera da forare

à

l lunghezza di sicurezza per essere sicuri di avere forato la lamiera

à

0 Studi di fabbricazione - modulo 22 Foratura - Benassi Simone 2

Solitamente l è 1mm (non deve essere troppo piccolo ne troppo grande.

0

La direzione di taglio non è costante per tutti i punti del tagliente ma varia dal centro alla periferia: per

ogni punto cambiano le condizioni di taglio e gli angoli di spoglia.

svergolatura del profilo.

Questo fenomeno è detto Andando dal centro alla

Sezione B - B periferia l’angolo di

γ spoglia superiore

β aumenta mentre l’angolo

di spogolia inferiore

α diminuisce.

sezioni

C A -A

B

A B- B C – C

C

B

A

@Trapani e foratrici

trapano foratrice

La differenza fra un convenzionale ed una è che quest’ultima è a CNC.

Nelle foratrici ogni testa foratrice ha un proprio motore elettrico ed è indipendente dalle altre presenti (nel

caso) sulla macchina utensile.

Quando bisogna effettuare dei fori di diametro molto grandi (a partire dai 6mm di diametro) e molto

punta cannone.

profondi si può utilizzare la

Le vecchie punte a cannone hanno l’alimentazione del fluido lubro-refrigerante interna e lo scarico del

truciolo esterno: il truciolo però danneggiava la parete forata.

Le nuove punte cannone hanno l’alimntezione del fluido lubro-refrigerante esterna e lo scarico del

truciolo interno.

Questa tipologia di utensile lavora con velocità di taglio elevate, ma l’avanzamento va limitato

notevolmente (0,01 – 0,05 mm/giro) e pertanto il rendimento è piuttosto scarso.

Per fori ancora di maggiori dimensioni la punta cannone assume la forma di un tubo cavo (assenza di

forma elicoidale) con utensile di carburi incastrato su un lato, dal centro alla periferia.

All’interno del tubo sono presenti due cavità, separate dal tagliente: una per l’irrorazione nella zona di

lavoro del fluido lubro-refrigerante e l’altro per l’estrazione del truciolo asportato.

Questa tipologia di utensile può effettuare fori di grandissimo diametro (fino a 600 mm) con ottima

finitura superficiale ed un altissimo grado di precisione.

Studi di fabbricazione - modulo 22 Foratura - Benassi Simone 3

Trapano a colonna (MU conv.) mensola guide verticali montante.

In un trapano a colonna è presente una scorrevole lungo poste un

trapani sensitivi a colonna

I sono detti così poiché gli avanzamenti della punta a forare si ottengono

leva, percepire

mediante una che permette all’operaio di man mano lo sforzo che incontra la punta.

In tal modo l’operaio si regola, per non sforzare eccessivamente la punta, evitando così difetti o rotture.

Queste macchine utensili normalmente sono utilizzate per praticare fori di piccolo diametro (da 1 a 10

mm), mentre la velocità di rotazione del mandrino è elevatissima e può raggiungere i 15.000 giri/min.

trapani sensitivi da banco,

Analoghi ai trapani sensitivi a colonna sono i nei quali la mensola è sostituita

basamento tavola portapezzi:

da un che funge da questa tipologia di trapano viene appoggiata

direttamente sil banco di lavoro. motore guide verticali

testa motrice

leve cambio

di velocità montante

mandrino

vano comandi elettrici

tavola mensola basamento

Illustrazione di un trapano a colonna.

Studi di fabbricazione - modulo 22 Foratura - Benassi Simone 4


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DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti di Studi di fabbricazione T-1 per l’esame del professor Tani. E' presente un'analisi delle varie lavorazioni meccaniche realizzate nei contesti produttivi moderni (tornitura, fresatura, foratura, alesatura, ecc).
Approfondimenti sia su macchine tradizionali che su macchine a Controllo Numerico Computerizzato (CNC).
Studio delle caratteristiche dei vari materiali utilizzati nella realizzazione di componenti meccanici di alta precisione.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria gestionale
SSD:
Università: Bologna - Unibo
A.A.: 2014-2015

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher bens89 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Studi di fabbricazione e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bologna - Unibo o del prof Tani Giovanni.

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