Estrusione-Trafilatura- Laminazione

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Sofia Di Martino
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1 Estrusione-Trafilatura- Laminazione

2 Estrusione Forme complesse Forme cave 2

3 Estrusione Estrusione diretta Estrusione inversa Estrusione idrostatica 3

4 Estrusione Forze in gioco durante l estrusione Estrusione inversa: 4

5 Estrusione Presse di Estrusione 5

6 Estrusione Il processo di estrusione viene generalmente considerato come un tipico processo stazionario poiché se si isola un volume di riferimento, contenente la zona nella quale avviene la riduzione di diametro, il flusso del materiale avviene in condizioni di assoluta stazionarietà, con tensioni e deformazioni costanti nel tempo Anche il carico richiesto per effettuare la lavorazione si mantiene sostanzialmente costante, anche se, nel caso della estrusione diretta, si assiste ad una modesta riduzione del carico man mano che il processo tende al termine per via della diminuzione della superficie di contatto tra matrice e pezzo e quindi della resistenza dovuta all attrito 6

7 Estrusione Angolo pari a 90, il materiale crea comunque un invito conico: si assiste infatti alla formazione di una zona morta di materiale che non partecipa al processo di estrusione Il materiale che estrude scorre su quello della zona morta; in questo caso le tensioni tangenziali all interfaccia raggiungono il valore limite t 0 Per trovare l angolo di conicità ottimo, si fa riferimento a tre aliquote energetiche: l energia di deformazione ideale, necessaria per portare il diametro dal valore D 0 a D f con una sollecitazione monoassiale (E id ) l energia di distorsione, necessaria per causare la deviazione di flusso del materiale (E dist ) l energia necessaria per vincere le resistenze d attrito (E attr ) È evidente come all aumentare dell angolo di conicità l energia di distorsione aumenta, mentre quella necessaria a vincere le resistenze di attrito diminuisce Chiaramente l energia ideale non viene influenzata dall angolo della matrice conica 7

8 8 Estrusione p ave A 0 P ) 1.2 (0.8 p tot ave ave finale 0 tot A A ln tot d tot ave n C n C d C n tot n tot n tot ave tot tot ) ( ) ( n C d n n

Estrusione I principali limiti che interessano il processo sono rappresentati dai seguenti problemi: pericolo di fratture della matrice errore sul diametro finale del pezzo estruso a causa della

9 Estrusione I principali limiti che interessano il processo sono rappresentati dai seguenti problemi: pericolo di fratture della matrice errore sul diametro finale del pezzo estruso a causa della deformazione elastica della matrice presenza di difetti interni nel pezzo estruso I primi due problemi sono connessi direttamente ai carichi richiesti per eseguire il processo. La riduzione di tale pressione, che in genere è maggiore nella sezione d imbocco, si può ottenere tramite una buona lubrificazione, mediante la divisione in più passate dell intero processo, nonché con l ottimizzazione del profilo conico Un notevole aiuto per prevenire l insorgenza dei problemi connessi all eccessiva pressione agente sulla matrice viene, oggi, garantito dai codici numerici poiché consentono di simulare il processo e, ove necessario, intervenire con opportune modifiche 9

Estrusione Il problema del pericolo di difetti interni, noti come central bursting, è molto pericoloso poiché il pezzo

sezione resistente Ciò perché in tali condizioni la parte centrale non viene interessata dalla deformazione e, a causa

di trazione che provoca lo strappo del materiale In tal modo, infatti, nella zona centrale del provino si verifica uno

10 Estrusione Il problema del pericolo di difetti interni, noti come central bursting, è molto pericoloso poiché il pezzo estruso superficialmente presenta una forma integra mentre all interno da dei vuoti che nucleano riducendone la sezione resistente Ciò perché in tali condizioni la parte centrale non viene interessata dalla deformazione e, a causa delle differenti velocità tra la zona centrale e quella al contatto tra pezzo e matrice, si può determinare uno stato di trazione che provoca lo strappo del materiale In tal modo, infatti, nella zona centrale del provino si verifica uno stato tensionale medio positivo che favorisce la nucleazione, la crescita e la coalescenza dei microvuoti fino alla frattura 10

11 Estrusione Applicazioni Industriali Estrusione di Tubi Varianti Classiche 11

12 Estrusione Applicazioni Industriali Estrusione di Tubi Estrusione Porthole 12

13 Estrusione 13

14 Estrusione Applicazioni Industriali Estrusione di Tubi Estrusione Porthole 14

15 Trafilatura 15

Trafilatura Nella trafilatura la riduzione di diametro è ottenuta non con una azione di compressione, ma di trazione Per questa ragione, vengono utilizzati valori dell'angolo a molto più piccoli

16 Trafilatura Nella trafilatura la riduzione di diametro è ottenuta non con una azione di compressione, ma di trazione Per questa ragione, vengono utilizzati valori dell'angolo a molto più piccoli rispetto a quelli in uso nel processo di estrusione (6, 8 in genere) Infine, la trafilatura viene condotta quasi esclusivamente a freddo, ottenendo, così, elevate caratteristiche meccaniche Per i fili metallici si arriva a mm in diametro P A z finale z ave A0 1 ctg ln A f 16

17 17 Trafilatura n f 0 z A A ln C Condizione limite n f f ave A A C A A ctg 0 0 ln ln 1 n f n C A A ctg n C 0 ln 1 1 ctg n f f e A A ctg n A A ln I materiali che generalmente vengono impiegati nei processi di trafilatura sono caratterizzati da un coefficiente di incrudimento molto elevato, ovvero materiali fortemente incrudenti, al fine di evitare che nel corso del processo possa verificarsi la rottura del filo Da questa relazione si vede come la massima riduzione che è possibile realizzare dipende dall'indice di incrudimento, dal coefficiente d'attrito e dall'angolo della matrice All'aumentare dell'indice di incrudimento aumenta, infatti, la riduzione realizzabile, mentre invece diminuisce all'aumentare del coefficiente d'attrito

18 Laminazione 18

19 Laminazione Schema generale di laminazione 19

20 Laminazione 20

21 Laminazione A R B bu Laminazione su tavola piana (flat rolling) Vi hi Vu hu A B Laminazione entro scanalature chiuse (shape rolling) 21

22 Laminazione Meccanica della laminazione 22

23 Laminazione V r i V u Nella realtà accade che istante per istante la sezione neutra si sposta verso l'ingresso o verso l'uscita dipendentemente dalle condizioni di attrito e dalle tensioni di trascinamento di cui necessita il sistema per funzionare correttamente: se diminuisce il coefficiente di attrito la sezione neutra si sposta verso l'uscita se invece aumenta il coefficiente di attrito la sezione neutra si sposta verso l'ingresso 23

24 Laminazione F R condizione di trascinamento: F a > P r F a = F cos P r = F R sin F = F R F cos >F R sin cos >sin tg L R h i h u tan=((h i -h u )/R) 0,5 h i h u 2 R 24

25 25 Laminazione P p L/2 ave ave ave 2h L 1 1,15 p Lb p P ave 60 N 2 2 L P W 2 L P M Inflessione dei rulli Effetto «Cambering»

26 Laminazione Sistemi di laminazione 26

27 Laminazione Esempio di laminatoio 27

Laminazione Difetti di Laminazione 1) L inflessione elastica dei rulli determina un laminato di spessore non costante nella direzione della larghezza; 2)

28 Laminazione Difetti di Laminazione 1) L inflessione elastica dei rulli determina un laminato di spessore non costante nella direzione della larghezza; 2) Deformazione piana solo nella parte centrale del laminato. I bordi laterali subiscono un lieve allargamento 3) difetto della bocca a coccodrillo (Alligatoring). 28

29 Laminazione Altri tipi di laminazione Shape Rolling 29

30 Esercizio n 1 Esercizio Si vuole laminare a freddo una lamiera di alluminio (ρ = 2700 kg/m 3 ) di spessore pari a 6 millimetri e larghezza 1600 millimetri, fino a portarla ad uno spessore di 3 millimetri. Calcolare la coppia necessaria per eseguire l operazione, la forza agente sui rulli e la produzione oraria di materiale sapendo che: 1) il materiale in questione presenta una caratteristica tensione deformazione ben approssimabile con una legge di flusso plastico in cui C=160 MPa ed n=0,16; 2) I rulli del laminatoio hanno un diametro di 400 millimetri, presentano una velocità periferica di 120 m/min ed un coefficiente di attrito di 0,08. 3) la precessione è pari a 1,1. Esercizio n 2 Un barra tonda in acciaio inox AISI 302 (C= 1300MPa e n= 0.3) viene trafilata in un solo passaggio da un diametro 10 mm ad un diametro 8 mm, con rendimento 0,7. Nota la velocità di uscita del filo dalla filiera (0.5m/s), calcolare la potenza richiesta per la lavorazione e la pressione a cui è sottoposto il materiale nella sezione d uscita. Angolo conicità della lamiera=6 e attrito =0.1. Esercizio n 3 Calcolare la forza e la potenza necessaria per trafilare un tubo in acciaio C40, avente diametro esterno 80mm, da uno spessore s 0 =3mm ad uno spessore s 1 =2mm. La velocità d ingresso è pari a 10m/min e il comportamento alla deformazione del materiale è individuato dai parametri caratteristici C= 500MPa e n= 0.3. Angolo conicità della lamiera=6. Angolo conicità della lamiera=6 e attrito =

31 Esercizio n 4 Esercizio Un filo in acciaio avente diametro iniziale pari a 3 mm è trafilato a freddo in due passaggi, ciascuno dei quali determina una riduzione di sezione pari al 20%. I motori che azionano i due tamburi di trascinamento del filo hanno la medesima potenza: 4 kw e rendimento pari a 0.8. Si calcoli la massima velocità possibile del filo all uscita dalla prima e della seconda filiera, sapendo che la resistenza del materiale alla deformazione è C = 530MPa, n=0,26. Angolo conicità della lamiera=6 e attrito =0.1. Esercizio n 5 Un materiale elastico e perfettamente plastico è caratterizzato da una costante C pari a 600 MPa. La potenza assorbita dalla rete risulta essere pari a 10 kw. La macchina ha un rendimento di 0,8 e la velocità del punzone è pari a 1.5mm/s. Determinare la massima riduzione di sezione possibile considerando appunto come vincolo di processo solo la capacità dell estrusore. Esercizio n 6 Si combinano un processo di estrusione e un processo di trafilatura. Il primo porta un cilindro da D0=30 a D1=25 mentre il secondo prende il semilavorato a 25 e lo riduce fino a 23. La legge di flusso plastico del materiale è caratterizzato da C=700 ed n=0.15. L estrusione viene condotta con una pressa di capacità pari a 2MN e con una matrice che sopporta una tensione di 3000MPa prima di arrivare a rottura. La trafilatura, invece, avviene con un attrito di 0.1 e un angolo di conicità pari a 8. Si verifichi se i due processi possono essere condotti in serie senza considerare eventuali passaggi di ricottura. 31

32 Esercizio n 7 Esercizio 32

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