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Terzo compitino

Asportazione di truciolo

L'asportazione di truciolo è un processo molto versatile, ma anche molto costoso. Ha dei vantaggi per quanto riguarda la finitura superficiale e la tolleranza, per questo è un processo che può essere fatto a seguito di processi di fusione e deformazione plastica. Sono processi molto lenti. Si dividono in due macro famiglie:

• Ruota il pezzo (tornitura)
• Ruota l’utensile (foratura, fresatura)

Ci sono processi di asportazione di truciolo che lavorano tramite un processo abrasivo. Si possono realizzare forme estremamente complesse, hanno lo svantaggio che si spreca molto materiale, in quanto il materiale che spreco posso riutilizzarlo, ma i processi che mi permettono di rendere riutilizzabile lo scarto sono molto costosi e quindi vengono spesso evitati.

Tornitura

La tornitura ruota l’oggetto. A seguito di tale processo i grani subiscono una stiratura, per questo la tornitura può essere comparata alla deformazione plastica. L’allungamento dei grani avviene lungo un piano (piano di scorrimento), nella tornitura l’oggetto viene fatto ruotare e l’utensile, formato da un solo tagliente, va a incidere il materiale. La parte dell’utensile che va a tagliare il materiale è chiamata petto dell’utensile, mentre la parte dietro è il dorso dell’utensile. L’utensile deve essere creato di un materiale resistente per resistere ad alte temperature, come ad esempio il tungsteno.

Il taglio può avvenire in vari modi, noi considereremo quello ortogonale. Se diminuisce l’angolo di scorrimento, diminuisce la forza in gioco. A velocità elevate aumenta la forza. Se scelgo un angolo di petto molto ampio, diminuisce la resistenza del materiale. Se voglio andare verso una condizione di minima energia posso fare riferimento alla relazione trovata da Merchant sugli angoli: dove beta è la tangente del coefficiente di attrito, alpha è l’angolo di petto e l’angolo a sinistra dell’= è l’angolo del piano di scorrimento. Noi usiamo gamma come angolo di petto e alpha come angolo di dorso. L’angolo di dorso serve a ridurre l’attrito al minimo, solitamente è costante nell’utensile e si aggira intorno ai 5 gradi.

BUE-> tagliente di riporto: a causa delle alte temperature e delle basse velocità si ha un fenomeno di saldatura del materiale asportato sulla punta dell’utensile, creando una zona in cui rimane il materiale. In un primo momento potrebbe sembrare quasi utile poiché si affila l’utensile, in realtà la punta che si crea è molto fragile e quando si rompe peggiora la finitura del materiale e può portare via anche una parte di utensile.

Nella tornitura posso realizzare forme anche complesse, infatti le macchine utilizzate sono molto versatili. È un processo con elevata produttività. L’utensile è costituito da uno stelo, formato da dei codoli quadratici che garantiscono la resistenza, e da una parte tagliente, la quale ha gli angoli di taglio. Quindi se volessi cambiare l’angolo di taglio per la lavorazione mi basta cambiare la placca tagliente. Placche con angoli di 90 gradi sono più robuste di quelle con angoli più piccoli. In tornitura abbiamo 3 forze:

• Forza di taglio
• Forza di avanzamento
• Forza di repulsione alla quale si oppone la macchina, valuta i movimenti del pezzo

L’area che va a tagliare l’utensile è data dalla profondità di passata moltiplicata per l’avanzamento per giro. Per quanto riguarda le forze, si verificano dei fenomeni strani, in quanto all’aumentare della velocità di taglio in generale le forze si abbassano. Come vediamo nel grafico, con la velocità le forze inizialmente salgono e, raggiunta una certa velocità, decrescono. La profondità di passata è legata alle dimensioni dell’oggetto che voglio raggiungere. È la differenza tra le dimensioni dell’oggetto di partenza e quelle dell’oggetto finale.

Quando voglio ottenere la massima produttività possibile ma anche massima finitura superficiale, vado a disaccoppiare il problema, in quanto per ottenere la prima ho bisogno di forze elevate, per ottenere la seconda ho bisogno di forze basse. Prima eseguo una sgrossatura, punto a togliere più materiale possibile, quindi lavoro a massime profondità di passate e massimo avanzamento. In seguito vado a effettuare un processo di finitura superficiale con parametri adeguati.

In tornitura, i parametri che influenzano le caratteristiche della lavorazione sono tutti i parametri di taglio e la lubrificazione. Le placche utilizzate possono essere di diversi materiali e forme, in base alle lavorazioni che devo fare. Durante il processo si creano delle temperature elevate (picco massimo poco dopo la punta), che portano la placca a uno stress termico provocando usura sul componente. Il truciolo si scalda durante la deformazione plastica. I tipi di usura che si creano sono dati da:

• Craterizzazione dell’utensile si crea dove le temperature sono massime. Va a togliere il rivestimento dell’utensile andando ad accelerare l’abrasione.
• Nell’usura sul fianco il materiale striscia sulla parte lavorata, la superficie dell’utensile aumenta il contatto con il materiale.
• Tagliente di riporto

Il primo problema che si crea a basse velocità è l’adesione, collegata al tagliente di riporto, poi l’abrasione che genera il cratere. All’aumentare delle velocità e delle temperature andiamo incontro a fenomeni di ossidazione e diffusione. Per l’utensile è particolarmente critica l’usura poiché un utensile usurato non è in grado di garantire una buona finitura superficiale; inoltre, quando avviene l’usura e in seguito la rottura dell’utensile, la parte rotta va a danneggiare l’oggetto. È molto importante dunque controllare periodicamente l’utensile, e utilizzare un utensile creato da molti layer differenti che hanno proprietà meccaniche differenti.

Può risultare utile stimare la vita dell’utensile in base alla velocità di taglio, data dalla formula di Taylor. Come vediamo dal grafico, a velocità di taglio elevate la vita dell’utensile diminuisce.

Fresatura

In fresatura, gli utensili che si utilizzano sono pluritagliente. Da un punto di vista del processo, quello in tornitura è continuo, una volta appoggiato l’utensile sull’oggetto si ha una lavorazione continua, mentre quello in fresatura è intermittente, si usano utensili che entrano nel pezzo in maniera discontinua. Di conseguenza, anche le forze sono differenti: in tornitura sono forze costanti e continue, mentre in fresatura no. In tornitura, lo spessore di truciolo è costante, questo non accade in fresatura.

La fresatura rispetto alla tornitura ci permette di andare a realizzare una molteplicità di oggetti maggiore, ad esempio di forma prismatica. In tale processo ruota l’utensile e non l’oggetto. Ho due tipi di fresatura:

• Frontale
• Periferica

Esistono macchine a tre assi o a cinque assi. Quella a tre assi è formata dagli assi x, y, z; quella a 5 ha in aggiunta degli assi rotanti. Quella a 5 assi ha dei software di controllo ed è più costosa. Ci sono due forme di fresatura, up-milling e down-milling, in cui la velocità di rotazione è oraria in entrambe, ma la velocità di avanzamento del pezzo è per verso opposto.

In up-milling entro con uno spessore di truciolo che è zero ed esco con uno spessore di truciolo più grande. In down-milling entro con uno spessore di truciolo grande e esco con uno spessore di truciolo più piccolo. Da un punto di vista tecnologico è preferita la down-milling, poiché in up-milling ottengo problemi di ricalcamento nella superficie.

L’utensile da fresatura è progettato in maniera da lavorare un certo tipo di materiale, quindi quando devo scegliere quale utensile utilizzare devo prima analizzare quale materiale ho in lavorazione. Ci sono 6 classi principali di materiali da poter scegliere, tali classi sono P acciai, M acciai inossidabili, N alluminio, K ghise, S e H per materiali incruditi.

Ci sono diversi tipi di utensili:

• Fresa integrale
• Corpi fresa con inserti (placche)
• Corpi fresa con inserti a guscio

In fresatura abbiamo il numero di taglienti che cambia in base a quanto spazio di evacuazione del truciolo ho bisogno. Nell’utensile da fresatura abbiamo inoltre l’angolo d’ elica, ossia l’angolo che ha il tagliente.