Tecnologia studi fabbricazione

TERZO COMPITINO

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:

1. Ruota il pezzo (Tornitura)

2. 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 vado a sprecare 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

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 chiamato petto

dell’utensile, la parte dietro dorso dell’utensile.

L’utensile deve essere creato di un materiale

resistente per resistere ad alte temperature, es.

tungsteno. (Alpha è angolo di petto o di spoglia frontale o angolo di spoglia superiore).

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

sx 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 va a rompersi va a peggiorare la finitura del materiale e inoltre può portare via

anche una parte di utensile. 1

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 quadrati

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:

1. Forza di taglio

2. Forza di avanzamento

3. 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 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

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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, 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 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:

1. Frontale

2. Periferica

Esistono macchine a tre assi o a cinque assi. Quella a tre assi è formata dall’asse x,y,z; quella a 5 ha

in aggiunta degli assi rotanti. Quella a 5 assi ha dei software di controllo e 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.

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L’utensile da fresatura è progettato in maniera da lavorare un

certo tipo di materiale, quindi quando devo scegliere quali 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 rispetto all’asse longitudinale. Tale angolo aiuta l’evacuazione del truciolo e genera

una lavorazione graduale. Un utensile con un grande angolo d’elica ha un indebolimento dei

taglienti. Una fresa a candela, fresa integrale, ha un fondo che può avere caratteristiche differenti

a seconda del materiale che devo lavorare. (smussato, radiale, sferico..).

Esistono inoltre due profili differenti dell’utensile:

1. Da sgrossatura-> zigrinato, vantaggiosa per rompere il truciolo, ma non lascia una buona

rugosità superficiale nel materiale.

2. Da finitura-> più liscio che va a lasciare un’ottima rugosità superficiale.

Il materiale per l’utensile deve avere buona durezza, che rimanga anche ad alte temperature. Ci

sono diversi gruppi di materiali utilizzati per la creazione dell’utensile:

▪ High speed steel (HSS)-> sono molto duri e resistono anche ad alte temperature

▪ Carburi-> sono molto duri, rigidi e vengono normalmente rivestirti

▪ Ceramici-> duri, vengono utilizzati per creare utensili a placchetta, sono più adatti alla

tornitura

▪ Diamante-> è il più duro materiale in natura, ha una buona capacità di mantenere le

capacità meccaniche, è sintetico e viene utilizzato negli inserti. Ha il difetto di essere

interamente in carbonio, reagisce quindi con tutti i materiali da lavorare che hanno il

carbonio

Gli utensili rivestiti non possono essere riaffilati, per questo una volta usurati vengono buttati.

Altri processi:

Barenatura-> È una tornitura interna. Posso fare una barenatura anche in fresatrice che

dipende dal diametro del bareno, è un processo continuo. La barenatura è la finitura dei fori.

Piallatura-> il moto di taglio è lineare, di conseguenza anche la velocità di taglio. L’utensile si

muove asporta il materiale in maniera costante. Viene utilizzata di solito per spianare il materiale.

Esistono due tipi di piallatura a seconda dei moti che avvengono.

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Brocciatura-> l’avanzamento non è dat