RISPOSTE BREVI 2 QUADRIMESTRE

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1 1 di 6 05/03/ : RISPOSTE BREVI 2 QUADRIMESTRE U1. Formazione del truciolo e sue forme + tagliente di riporto U2. Descrizione delle grandezze caratteristiche: p, f, s, monotagliente/politagliente, rompitruciolo, taglio destro/ sinistro/ frontale e simmetrico U3. Descrivi gli angoli caratteristici: gamma, alfa, beta, ksi V1. Acciai al carbonio V2. Carburi metallici sinterizzati Z1. Usura dell'utensile Formazione del truciolo e sue forme + tagliente di riporto Se si esegue una prova di durezza sul truciolo distaccatosi da un pezzo durante una lavorazione alle macchine utensili, si nota che questa è superiore a quella del pezzo da cui il truciolo si è distaccato. Tale aumento di durezza sta a indicare che l'utensile, quando separa il truciolo dal pezzo in lavorazione, non solo distacca il materiale, ma lo deforma plasticamente. Se si osserva, attraverso particolari tecniche sperimentali, la zona di formazione del truciolo, si può notare: una zona di separazione (transizione) tra materiale indeformato e materiale deformato; una serie di linee sul materiale deformato, tutte parallele tra loro, che indicano la direzione di deformazione del materiale. Questo fenomeno, che può essere compreso immaginando il materiale costituito dalla sovrapposizione di tanti strati di spessore infinitesimo (teoria di Piispanen) che scorrono l'uno sull'altro sotto l'azione dell'utensile, ricorda quello delle carte da gioco Forme del truciolo: Truciolo frammentato discontinuo: costituito da elementi di truciolo tra loro separati, è caratteristico dei materiali che non presentano, prima della rottura, un'apprezzabile deformazione plastica (marmo, ghise dure e così via). Truciolo segmentato : costituito da un numero di elementi di truciolo più o meno collegati, è caratteristico di materiali come la ghisa non molto dura, alcuni tipi di bronzi e ottoni e le materie plastiche. Truciolo fluente: il materiale distaccato rimane continuo, mentre il truciolo si svolge come un nastro finché, raggiunto un certo peso, si rompe. Questa forma è dovuta a una deformazione quasi stazionaria nella zona di scorrimento ed è ciò che si riscontra nella

2 2 di 6 05/03/ :39 lavorazione della quasi totalità dei materiali metallici duttili, specie quando si asporta materiale a elevate velocità di taglio e piccole sezioni di truciolo Con il truciolo segmentato e con quello fluente può presentarsi il fenomeno del riporto, che consiste nell'accumulo di particelle di materiale duro in corrispondenza del tagliente. Questi frammenti metallici, a cui si dà il nome di tagliente di riporto, sono costituiti da pastiglie di materiale deformato plasticamente, quindi di particolare durezza, che creano una sorta di cuscino fra truciolo e utensile. Il tagliente di riporto si distacca periodicamente, rimanendo incorporato sia nel truciolo sia nel pezzo lavorato sia nell'utensile, per poi riformarsi. La presenza del riporto altera sia la finitura superficiale del pezzo lavorato sia gli angoli dell'utensile utilizzato per la lavorazione, producendo anche un aumento della potenza richiesta per il taglio. Questo fenomeno si manifesta solo a velocità di taglio inferiore a un certo limite, il quale dipende dalla natura del materiale in lavorazione e dalle caratteristiche di taglio. Infatti, all'aumentare della velocità di taglio, e quindi della temperatura al contatto tra utensile e pezzo, il truciolo presenta maggiore plasticità e il fenomeno del tagliente di riporto tende a scomparire. Per esempio, nella lavorazione di acciai dolci, non si ha la formazione del tagliente diriporto quando si superano i 70 m/1 '. Descrizione delle grandezze caratteristiche: p, f, s, monotagliente/politagliente, rompitruciolo, taglio destro/sinistro /frontale e simmetrico Profondità di passata p [mm]. Per profondità di passata si intende lo strato di materiale del pezzo che deve essere asportato da un'unica passata dell'utensile. Avanzamento f [mm/giro]. L'avanzamento è la distanza percorsa dall'utensile per effettuare un giro del pezzo. Sezione del truciolo q [mm 2 ]. La sezione del truciolo è data da: - spessore (s) del truciolo prima del distacco dal pezzo per la sua larghezza (/): q= s x l= p x f Gli utensili possono essere: monotaglienti: hanno un solo tagliente attivo, come per esempio gli utensili utilizzati sul tornio o sulle stozzatrici; politaglienti: presentano più taglienti, come le frese, le punte da trapano e gli alesatori. Rompitruciolo: gradino o solco sul petto, che evita la formazione di trucioli troppo lunghi. Un utensile si definisce a taglio destro quando, rivolto orizzontalmente con la testa verso l'osservatore e i taglienti verso l'alto, ha il tagliente principale alla destra

3 3 di 6 05/03/ :39 dell'osservatore; è invece a taglio sinistro quando il tagliente principale è a sinistra. Si definisce ancora utensile a taglio frontale quello in cui il tagliente principale è normale all'asse dello stelo e utensile simmetrico quello in cui il tagliente principale può essere indifferentemente quello di destra o di sinistra Descrivi gli angoli caratteristici: gamma, alfa, beta, ksi alfa angolo di spoglia inferiore: è formato dall'intersezione del fianco principale con un piano perpendicolare (_ _) al piano di riferimento (Pr) e contenente il tagliente principale; gamma angolo di spoglia superiore: è formato dall'intersezione della faccia dell'utensile con il piano di riferimento. L'angolo di spoglia superiore è l'angolo del tagliente che influenza maggiormente la resistenza al taglio, la dispersione del truciolo, la temperatura di taglio e la durata dell'utensile. L'angolo gamma può essere positivo, negativo o nullo beta angolo di taglio: è formato dall'intersezione del petto con il fianco principale Dalla definizione degli angoli della sezione normale, risulta sempre: alfa + beta + gamma = 90 Angolo alfa: ha lo scopo di evitare lo strisciamento tra il fianco principale e la parte già lavorata del pezzo (tallonamento). Non deve essere né troppo piccolo, per evitare che il materiale già lavorato, dilatandosi elasticamente, strisci sull'utensile usurandolo e riscaldandolo, né troppo grande: in quest'ultimo caso, infatti, l'utensile ne risulterebbe indebolito. L'angolo deve essere in ogni caso sempre positivo. Angolo gamma: si può dimostrare che, quanto più grande è gamma, tanto più sarà agevole il distacco del truciolo e tanto minore sarà lo scorrimento sul petto dell'utensile. Minori saranno quindi l'attrito e, di conseguenza, il riscaldamento dell'utensile. Non è però sempre possibile assumere valori elevati di gamma perché questo potrebbe determinare un eccessivo indebolimento dell'utensile. Alcuni materiali da utensile estremamente fragili (quali i materiali ceramici e il diamante) richiedono una sollecitazione esclusivamente a compressione e non a taglio, che si ottiene con angoli gamma negativi. Gli angoli gamma negativi comportano una maggiore potenza del taglio e un conseguente aumento della temperatura Un montaggio errato può comportare delle variazioni degli angoli di spoglia:

4 4 di 6 05/03/ :39 Angoli Xsi: determinano, insieme alla profondità di passata (p) e all'avanzamento (f), lo spessore del truciolo, da cui dipende la pressione di taglio (risultante degli sforzi trasmessi dall'utensile al pezzo), la direzione di scorrimento del truciolo e la possibilità di ridurre le vibrazioni. Con valori elevati di Xsi il tagliente dura di più e, di conseguenza, si può usare, a parità di durata, una maggiore velocità di taglio o un maggiore avanzamento. In assenza di raggio di raccordo in punta, l'angolo Xsi e l'angolo Xsi' sono quelli che determinano, in condizioni teoriche (cioè senza vibrazioni, imprecisioni della macchina ecc.), la rugosità del pezzo. Acciai al carbonio Agli acciai da utensile sono richieste non tanto caratteristiche meccaniche elevate, come per gli acciai da costruzione, quanto proprietà particolari quali la durezza, sia a freddo sia alle temperature di esercizio, in relazione agli impieghi da affrontare. Gli acciai per utensili più utilizzati sono i rapidi e i superrapidi. Gli acciai al carbonio perdono durezza già a temperature intorno ai 200 C, con una notevole diminuzione della resistenza all'usura. Non potendo quindi utilizzare elevate velocità di taglio, che determinano un intenso riscaldamento dell'utensile, la produttività risulta assai scarsa. Gli acciai rapidi manifestano, per la loro composizione e il trattamento cui vengono sottoposti, una durezza e una resistenza all'abrasione molto elevate sia a freddo che a caldo, e questo permette l'adozione di elevate velocità di taglio. I requisiti fondamentali di un acciaio rapido sono quindi: buona durata del filo tagliente; elevata durezza a caldo e a freddo; resistenza all'usura a caldo e a freddo; Questi requisiti sono ottenuti negli acciai rapidi con l'aggiunta di opportuni leganti.

5 5 di 6 05/03/ :39 I costituenti fondamentali degli acciai rapidi sono: carbonio: contenuto in tenori molto elevati (0,75-1,5%), forma carburi con gli elementi di lega, conferendo durezza a freddo; wolframio e molibdenc: migliorano la durezza a caldo e la resistenza al calore; il molibdeno può sostituire il wolframio, conferendo all'utensile maggiore tenacità; vanadic : aumenta la resistenza all'usura e la durezza a caldo; forma carburi durissimi; cromo: conferisce temprabilità e resistenza all'ossidazione; cobalto: aumenta la durezza a caldo; se contenuto in tenore superiore al 5%, l'acciaio viene detto superrapido. Carburi metallici sinterizzati Nel 1926 l'industria tedesca Krupp mise a punto un nuovo materiale, ottenuto per sinterizzazione di carburi duri in una matrice di cobalto portato a fusione (il cobalto funge da legante dei carburi). Il prodotto fu registrato con il nome WIDIA (dalla combinazione delle iniziali delle parole tedesche Wie Diamant = come il diamante, a indicare la grande durezza del materiale). Il Widia non richiede trattamento termico e ha contribuito a velocizzare enormemente le lavorazioni: un'operazione di tornitura che all'inizio del '900 richiedeva 100 minuti di lavorazione con un utensile in acciaio al carbonio, oggi può essere eseguita in un minuto con un utensile in WIDIA rivestito. Vediamo le fasi del ciclo di produzione dei carburi sinterizzati (fig. 7.29). 1. Dosatura: nella sua composizione più semplice, il metallo duro è costituito da carburo di W, che è il metallo duro, e cobalto come legante. 2. Macinatura: Il WC e il Co (e anche altri carburi) vengono macinati insieme per ottenere una polvere finissima; 3. Pressatura: dopo la macinatura le polveri vengono pressate in forma di barrette o placchette. 4. Sinterizzazione: la sinterizzazione è preceduta da un riscaldamento a circa 1000 C (presinterizzazione), effettuato al fine di eliminare i lubrificanti usati in pressatura e favorire la compattazione del materiale. 5. Rettifica: durante la sinterizzazione si ha un ritiro di circa il 17%; un calcolo accurato del fattore ritiro e una tecnica sofisticata nella produzione degli stampi spesso consentono di ottenere degli inserti pronti per l'uso dopo la sola sinterizzazione, eliminando la necessità di costose operazioni di rettifica. 6. Burattatura: è una lavorazione di finitura superficiale che avviene facendo rotolare in un contenitore (buratto) gli inserti, per eliminare eventuali residui, in particolare piccole bave derivanti dalle lavorazioni precedenti. Usura dell'utensile Nella zona di strisciamenti si sviluppa un forte calore a causa della conversione del lavoro di attrito. L'utensile si

6 6 di 6 05/03/ :39 Le principali zone di usura sul tagliente di un inserto sono: A = petto dell'inserto; B = fianco del tagliente principale; C = fianco del tagliente secondario; D = raggio di punta o tratto parallelo scalda intensamente nelle immediate vicinanze dello spigolo, raggiungendo temperature molto elevate, e ciò costituisce il principale fattore di limitazione nella scelta del valore della velocità di taglio. La durata dell'utensile viene generalmente definita in funzione dello stato di usura del tagliente. Le forme principali di usura provocano una cavità sulla faccia dell'utensile, detta cratere d'usura, e una variazione dell'angolo di spoglia inferiore detta labbro d'usura. La rappresentazione completa dello stato d'usura richiede il rilevamento di tre grandezze: VB: larghezza del labbro d'usura sul fianco principale; un utensile è usurato quando VB > 0,3-1 mm; KT: profondità del cratere sulla faccia dell'utensile; KM: distanza del punto medio del cratere dallo spigolo tagliente. Un utensile è usurato quando KT/KM > 0,1 o quando KT > 0,1-0,3 mm Nella pratica di officina, i criteri per la sostituzione dell'utensile sono costituiti: dalla rugosità superficiale raggiunta; dalla precisione dimensionale ottenuta; dal tipo di usura dell'utensile; dalla formazione del truciolo; dalla predeterminazione affidabile della durata del tagliente per le lavorazioni in assenza dell'operatore. usura per abrasione: è molto comune ed è causata principalmente dalle particelle dure del materiale del pezzo. La capacità del tagliente di resistere all'usura per abrasione è legata alla sua durezza; usura per diffusione: le proprietà chimiche del materiale dell'utensile e la sua affinità con il materiale del pezzo determinano lo sviluppo del meccanismo di usura per diffusione, mentre la durezza non condiziona il processo; usura per ossidazione; usura per fatica: il taglio interrotto comporta una variazione continua di temperatura con conseguente shock termico; usura per adesione: questo meccanismo porta spesso alla formazione del tagliente di riporto