Tecnologie speciali - riassunti e prove d'esame

TECNOLOGIE SPECIALI

Continuazione di tecnologie meccaniche della triennale. Questo corso racchiude il

complesso di nozioni che si riferiscono ai processi di lavorazione dei materiali (sorta di

“com’è fatto?”.

FORTUNATO: lavorazioni laser e Additive Manufacturing (15 PUNTI ALL’ESAME)

TOMESANI: processi di deformazione lamiere, presse e alcuni processi speciali (20 PUNTI

ALL’ESAME)

Qui di seguito si riportano alcune note integrative per capire meglio i concetti spiegati successivamente:

Processi di formatura massiva: forgiatura o stampaggio, estrusione, laminazione, trafilatura, ricalcatura o fucinatura

Nei casi di processo a freddo la forza è indipendente dalla velocità (PRESSE)

“Ma nel grafico di Von Mises cosa cambia se chiede di inserire i punti nell'istante in cui sono stati formati o al termine

del processo?”

Dipende dal punto considerato ma sommariamente si Immagini un’imbutitura, se sei a fine deformazione un punto

dovrebbe trovarsi in parete quindi primo quadrante di trazione biassiale, se ti chiedesse nell'istante di formatura

questo stesso punto sarebbe nel quadrante della trazione mista poiché sottintende che la formatura sia avvenuta

quando quel punto apparteneva alla flangia.

L’appunto è organizzato così: riassunto Tomesani, riassunto

Fortunato, prove d’esame.

• No spessori troppo elevati

• Lo spessore rimane circa costante (ci sarebbe una riduzione

circonferenziale dovuto ad anisotropia e longitudinale

dovuto a diversa incrudimento ma trascurabile)

• Sostanzialmente 3 zone:

Negli spigoli il materiale si deforma molto di più, mentre lungo i lati del rettangolo il

materiale segue più facilmente il punzone—> il materiale deve uire in ogni direzione

con la stessa velocità avendo un moto regolare e privo di difetti—> rompigrinze

• Diminuzione di spessore sulla calotta

• Sostanzialmente opposto dell’imbutitura

• Gli unici punti che si deformano sono quelli sulla calotta

• Se ci sono più ellissi vuol

dire che ci sono diversi Se un punto è a rischio

incrudimenti cambiare geometria,

• Punti sull’ellisse si stanno lubri cazione, usura

deformando • I punti che stanno sulla curva = strizione incipiente

non esiste

• Fuori dall’ellisse • I punti fuori dalla curva = frattura

VANTAGGI: SVANTAGGI:

• Minore costo del sistema di stampi • Costo elevato due tamponi, usura

• Possibilità di avere un lago lamiera non gra ato • Maggiore forza massima

• Risparmio di doppie operazioni (ri niture successive) • Maggiore energia spesa per il processo

Nessun punzone, solo una matrice

• (costi utensili inferiori)

• Il piano superiore svolge il compito di premilamiera

• Regolando la pressione del piano superiore si possono regolare gli spostamenti passando da operazioni di

puro STRETCHING a operazioni di IMBUTITURA

• Disuniformitá di spessore mano a mano che la lamiera si poggia sulla matrice—> resistenze maggiori nei

punti più sottili (maggior incrudimento)

• Tempi di realizzazione + lunghi dei precedenti

Prodotti: tubi, giunture a tre vie, sassofoni, tubi di scappamento, culle motore alberi a camme, ecc

SVANTAGGI:

VANTAGGI: • Tempi lunghissimi

• È l’unico processo di formatura che non richiede la • Produzioni esclusivamente prototipali

realizzazione dello stampo, o comunque è poco costoso

• Forme parecchio complesse

• È una ricalcatura punto a punto, lamiera soggetta a

compressione, limiti di formatura FLD molto superiori

Prodotti: parecchio complessi

Solo per prodotti assialsimmetrici

•

• Produttività bassa

• L’operazione può avvenire con riduzione di spessore oppure a spessore costante, in funzione della spinta

impostata sull’utensile spalmatore

Prodotti: coppe, … (solitamente prodotti economici)

• La corsa può essere interrotta in qualsiasi punto

• Il processo non può essere posizionato sul diagramma FLD (processo misto)

• In ogni punto lungo lo spessore e procedendo dal raggio di piega verso la periferia la deformazione (e

dunque l’incrudimento) è di erente: dal centro verso le pareti esterni l’incrudimento aumenta, così come

procedendo dal raggio di piega verso l’esterno

Il limite di piegatura dipende dall’orientamento

dell’asse di piega rispetto alla direzione di

laminazione:

• se si tende a separare le bre —> frattura

• se si segue il senso delle bre —> top (max

piegabilitá) larghezza.

La formabilitá dipende in maniera consistente dalla Lamiere

larghe sono meno piegabili perché nella zona centrale sono in

deformazione perfettamente piana (condizione peggiore), lamiere strette

invece possono contrarsi.

Se la lamiera è larga che sia liscia o rugosa non conta nulla. Se la lamiera è

stretta: se è rugosa la su piega peggio, se è liscia la si piega meglio (bassi

valori del raggio di piegatura).

• È un processo di piegatura e ettuato tramite rulli rotanti

• Permette di ottenere prodotti con lo stesso raggio di curvatura dappertutto

• Non si veri cano variazioni di spessori

• Una volta arrotolata tutta la lamiera di solito la si chiude con una saldatura

• Sono la stessa operazione ma vista da due punti di vista diversi (punzonatura—> il materiale estratto con il

punzone viene scartato, tranciatura—> il pezzo che viene estratto dalla lamiera è il prodotto che ci interessa)

• Stampi importantissimi e molto costosi (punzone + matrice)

• Costi ssi elevati, sostenibili solo per lotti consistenti

• Altissima produttività

4 zone di erenti sia sul pezzo che sulla lamiera:

• Rollover (negativo)

• Scorrimento (positivo)

• Frattura (negativo)

• Bava (negativo)

forze sono troppo elevate

Se le —> punzone o matrici inclinate Nel caso di tranciatura interrotta la

(aumentando la corsa di lavoro) curva deve giacere sul PMI (no

extracorsa)

• Operazione di “ nitura” della tranciatura

• Serve per aumentare la zona di scorrimento

• La zona di frattura tuttavia non scompare mai

Prodotti: ingranaggi, ruote elicoidali

C’è un dentino che serve per bloccare la lamiera da scorrimenti laterali, il prodotto esterno è

compromesso—> per questo non c’è la punzonatura ne

• Pezzo perfetto, 100% di scorrimento

• Aggiunta di 2 elementi che creano compressione: PREMILAMIERA spinge la lamiera sulla matrice,

CONTROPUNZONE spinge la lamiera sul punzone

• Costi molto alti per i motivi sopra (4 stampi anziché 2)

• Viene interrotta prima che si veri chi la frattura

• Si possono realizzare prodotti a più livelli partendo da un unico blank (aumenta la resistenza del prodotto

nella zona assottigliata.

Il punzone obbliga il materiale ad uscire attraverso Il materiale esce dal verso opposto rispetto al

una cavità praticata sul contenitore. Viene punzone. Il prodotto nale è tipo un bicchierino,

sagomato con la forma del foro stesso. (simil imbutitura) ma si parte da un massello di

grosso spessore.

Si suddividono sostanzialmente in tagli caldi e tagli freddi, in

tecnologie lente e tecnologie veloci

Ossitaglio Arco plasma Waterjet EDM

Laser

• Non ci sono limiti • Può trattare diversi Taglio privo di zone (elettroerosione)

•

• Padrone

per quanto riguarda materiali (molti) • Altissima

termicamente

incontrastato

lo spessore delle • Temperature raggiunte precisione ma

dei bassi alterate (NO

lamiere (no sotto i 3 molto elevate (usura operazione

spessori CRICCHE)

mm ugelli) lentissima

• Può trattare • La qualità del bordo

surriscaldamento • C’è un gas plasma • Solitamente

molti materiali di taglio dipende

eccessivo) utile per il taglio e un utilizzata per la

• Facile dalla velocità di

La velocità di

• gas di assistenza per realizzazione di

portabilità su taglio

taglio non dipende protezione stampi e

sistemi 3D • Può realizzare

dallo spessore La velocità di taglio

• matrici

• Spessore operazioni di

• Super cie grezza dipende dallo • Possono

tagliabile sfondamento

(operazioni post- lavorati

dipendente

spessore essere

della lamiera • Può tagliare

trattamento) dalle solo materiali

• Può e ettuare praticamente

SOLO

• Può tagliare caratteristiche

operazioni di conduttori

qualsiasi tipo di

acciai al carbonio di ri ettivitá

sfondamento (usura • Lavorazione

materiale e solo

del materiale

(cantieri edili e ugelli) indipendente

alcuni materiali

Velocità di

•

navali) • Due modalità: ARCO dalla durezza

possono essere

taglio

• No operazioni di TRASFERITO del materiale

tagliati con acqua

sfondamento (il (materiali conduttori) e dipendente • Possibilità di

(gomma, plastica,

taglio deve ARCO NON foratura

dallo vetro, marmo, bra

cominciare dal TRASFERITO (anche profonda

spessore e di

di carbonio)

bordo tranne rari materiali non • Solitamente usata piccolissimo

casi) conduttori) per turbine integrali diametro

• Assenza di

bave

• ZTA

L’e etto di trascinamento (taglio lungo lo spessore un po’ obliquo) è presente in tutti i tagli lineari, così come

il problema delle striature (diminuiscono con il diminuire della velocità) e di mancato distacco verso la ne

Quando voglio togliere molto

materiale è opportuno che

aumenti il valore della corrente

ma anche le durata dell’impulso

—> FASE DI SGROSSATURA,

l’utensile non si usura troppo e

lavoro velocemente. Il problema

di lavorare con grandi correnti

(max energia) è quello di avere

crateri molto grandi—> la

rugosità super ciale

complessiva è molto alta; devo

ottenere una nitura super ciale

ottima, invece, devo lavorare

con una metodologia

completamente opposta: tante

scariche e molto piccole (crateri

La rugosità dipende

piccoli).

dall’energia immessa.

VANTAGGI: SVANTAGGI:

• Assenza di bave • Elevati costi richiesti per l’energia elettrica

• Problema di smaltimento del metallo asportato

No usura dell’utensile

• No ZTA

• (unico processo insieme a waterjet)

• Discreta velocità indipendente dalla durezza

• Assenza di tensioni residue

• Possibilità di realizzare forme complesse

• Assenza di zone fuse

• Assenza di cricche

È possibile e ettuare anche operazioni di foratura—> STEM. Non scende sotto 1 mm di diametro ma può fare

fori di profondità elevatissima Processi di lavorazione non convenzionali

nalizzate all’asportazione di materiale

grazie all’attacco chimico dei reagenti.

Solitamente utilizzate per alleggerimento

strutturale (FRESATURA CHIMICA) o per

altri scopi (TRANCIATURA E INCISIONE

FOTOCHIMICA). Processo:

• Eventuale ricottura di distensione

• Sgrassaggio super ci

• Applicazione maschera

• Lavorazione

• Lavaggio

• Rimozione maschera

• Eventuali operazioni di nitura

• Nessuna possibilità di controllare la corsa

• La struttura non si carica delle forze generate nel processo

forze corse

• Al crescere delle richieste le diminuiscono: la

mazza battente non viene caricata subito con tutta l’energia

necessaria, si procede per step di colpi. L’energia nominale

è sempre la stessa (stessa altezza del maglio)

• Tipicamente si e ettuano 2 operazioni (molto diverse):

fucinatura libera stampaggio

(magli piccoli) e (magli grandi)

• Le strutture del maglio sono diverse per dimensione e

telaio a C telaio a O

tipologia: (più colpi ma piu cedevole) e

(meno colpi ma più rigida)

• Il primo colpo è di tipo plastico, mano a mano che si colpisce

la componente di elasticità aumenta

• Sono tipicamente più semplici e • Energie nominali maggiori e rateo di • Mazza e incudine sono entrambi dotati

meno costosi, vengono anche colpi maggiore. di moto

chiamati a semplice e etto • Maggiori energie in assoluto

urto:

L’e cienza del colpo dipende dal tipo di con un urto

perfettamente anelastico l’energia persa risulta 1/4 rispetto all’energia

persa in caso di urto perfettamente elastico. Nella realtà l’urto non

avviene in nessuno dei due modi—> via di mezzo. Esprimo quindi con

q

un fattore variabile da 1 (anelastico) a 4 (elastico) l’energia persa nei

casi reali Nel caso di incudini molto grandi

l’e cienza del colpo rimane

comunque molto elevata, con una

piccola il primo colpo risulta

e ciente poi crolla vertiginosamente

n

Se ho una macchina con grande per arrivare al mio

pezzo nito mi bastano pochi colpi perché l’e cienza

n

è molto elevata, mentre con piccolo all’aumentare

del numero dei colpi cala l’e cienza e quindi l’energia

che riesco a trasferire al pezzo. Avrò bisogno di molti

più colpi per ottenere il pezzo

Combinando i discorsi precedente: magli a gravità presentano solitamente un’e cienza più bassa per via

dell’incudine piccola, magli a doppio e etto avendo un’incudine più grande hanno un’e cienza maggiore

L’energia persa nel processo è dunque energia che viene ceduta al pezzo e all’incudine. In realtà questa non è

tutta energia persa una quota parte di questa energia mi aiuta a far risalire la mazza nuovamente per il colpo

recupero di energia.

successivo. C’è

• Non posso regolare la corsa ma solo l’energia (nel caso posso mettere un anello per diminuire la corsa)

• Funzionano come i magli (un oggetto viene lanciato sul pezzo)

• La forza del processo si scarica sulla struttura

• È caratterizzata sia da una forza che da un’energia nominale (bisogna regolare l’energia in ingresso

così da non sovraccaricare la macchina, la forza sulla struttura deve essere < Fmax)

• Si cerca di realizzare il pezzo in un colpo solo—> grande produttività

• A parità di En (rispetto ai magli) hanno corse minori, maggior precisione (giochi molto più piccoli), minori

perdite di attrito, minori sovrametalli e dunque minori lavorazioni secondarie

• Pressa tradizionale, 90% delle presse in • La chiocciola è costruita all’interno della • I dischi di frizione sono sostituiti da

utilizzo slitta CONI DI FRIZIONE (super cie di

contatto maggiore)

• Forza maggiore e dunque energie più

elevate

• Produttività molto elevata

L’energia di deformazione elastica è molto consistente (maggiore • Basso rendimento (molto attrito)

di quella del maglio, in questo caso c’è una struttura che reagisce alla • Presenza di un controtelaio che

forza di processo). Le componenti elastiche assumono il valore garantisce una maggiore precisione in

massimo a ne corsa quando la forza è massima. fase di stampaggio e e una riduzione

delle deformazioni elastiche

L’energia elastica dipende dal quadrato della forza,

maggiore è la forza e minore è l’e cienza.

quindi

All’inizio ho tutta l’energia nominale poi mano a mano

che la forza aumenta l’e cienza cala (una parte di

energia nisce in energia elastica e attriti.

È opportuno utilizzare la pressa a vite in operazioni a

forza limitata.

• Se l’energia richiesta dal processo è superiore a

quella disponibile dalla macchina (punto fuori dalla

curva) saranno necessari più colpi per portare a

termine il processo

• Se l’energia richiesta dal processo è inferiore a

quella disponibile il processo va al di là del ne

corsa desiderato (devo ridurre l’altezza del colpo)

• Bisogna sempre veri care che la forza raggiunta

dal processo non superi MAI la forza nominale della

macchina (SOVRACCARICO)

• Per questo motivo si a ronta il processo partendo

da un energia minore di quella nominale

l’energia non viene persa

Anche in questo caso che viene messa nel telaio ma, essendo elastica, aiuta a far

risalire la slitta per il colpo successivo (recupero di maggiore entità del maglio).

• Sono macchine a corsa ssa, immodi cabile che si sviluppa tra un PMS è un PMI

• Anche la velocità di discesa non è regolabile (varia durante la corsa). È nulla al PMS e al PMI dove

avvengono i cambi di direzione. È massima a 90º dell’angolo di manovella (metà corsa della slitta)

• La forza del processo si scarica sulla struttura

• L’energia immessa viene persa per sempre

• Il PMI coincide con il termine del processo Per regolare la corsa di deformazione plastica avendo ssato

la corsa della slitta devo regolare la posizione dello stampo

inferiore in modo che il processo sia nito al PMI

forza disponibile (Fr)

La è variabile lungo la corsa di lavoro e

deve essere sempre superiore alla forza di processo

(altrimenti INCHIODAMENTO)

forza nominale (Fn)

La NON deve mai essere superata (leggero sovraccarico, di poco). È la forza che può

essere sopportata dalla macchina. L’angolo per cui la forza disponibile uguaglia la forza nominale si chiama

angolo nominale della macchina. Per angoli inferiori all’angolo nominale le forza disponibile è maggiore di

quella nominale