Cinematica e dinamica del processo di taglio stazionario

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1 LE LAVORAZIONI PER ASPORTAZIONE TRUCIOLO 1 Cinematica e dinamica del processo di taglio stazionario Bugini, Giardini, Pacagnella, Restelli Tecnologia Meccanica: Lavoraz. per asportazione di truciolo Altri riferimenti: Giusti/Santochi Tecnologia meccanica cap

2 Operazione di taglio Operazione nella quale un utensile, dotato di opportuni moti relativi rispetto al pezzo, ne asporta uno strato superficiale (sovrametallo) trasformandolo in truciolo e generando una superficie con le caratteristiche di precisione e rugosità superficiale specificate sul disegno del pezzo. Eseguita a freddo anche se il calore sviluppato sia dalla deformazione plastica che dall attrito provoca un incremento rilevante della temperatura del pezzo. Elementi che concorrono alla sua realizzazione: pezzo grezzo; macchina utensile; utensile; attrezzatura. 3 Esempio: tornitura 4 2

3 LAVORAZIONI PER ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO Lavorazioni alle macchine utensili Tornitura Fresatura Foratura Alesatura Filettatura Maschiatura Rettificatura Brocciatura Limatura e stozzatura Piallatura 5 Formatura Stato liquido: fonderia Stato solido: polveri PROCESSI DI LAVORAZIONE Deformazione Asportazione Laminazione Estrusione Trafilatura Forgiatura Lamiere 6 Con taglienti a geometria definita: - tornitura, - fresatura, Con taglienti a geometria indefinita: - rettificatura, Con metodi non convenzionali 3

4 sbozzato finito 7 LAVORAZIONI ALLE MACCHINE UTENSILI Vantaggi Accuratezze dimensionali superiori a quelle ottenibili con processi di fonderia, formatura, o foggiatura in genere, Profili esterni o interni, spigoli vivi, o planarità non realizzabili altrimenti, Parti trattate termicamente per aumentare la durezza o la resistenza all usura: la lavorazione va fatta dopo il trattamento per ovviare a problemi di distorsione a causa di tensioni interne o colorazione superficiale, Caratteristiche superficiali, come la finitura speculare, non producibili con altri metodi, Convenienza rispetto ad altri processi di fabbricazione, in particolare per volumi di produzione relativamente bassi. Svantaggi Maggior spreco di materiale, Più alto dispendio di energia rispetto agli altri processi, Tempi di produzione più lunghi, Specializzazione del personale mediamente più elevata rispetto ai processi di fabbricazione per fusione o per deformazione plastica. 8 4

5 9 Principali moti nelle operazioni di taglio La macchina utensile deve consentire i moti: di taglio di avanzamento di appostamento e registrazione 10 5

6 Principali moti nelle operazioni di taglio Moto di taglio: componente principale del moto relativo utensile-pezzo. Consente all utensile di eseguire l operazione di taglio vera e propria. Definisce direzione e velocità di taglio. Moto di avanzamento: permette all utensile di entrare in contatto con nuovo sovrametallo da asportare e quindi di lavorare la superficie per la sua intera estensione. Definisce direzione e velocità di avanzamento. Moto attivo: risulta dalla composizione vettoriale dei moti di taglio e di avanzamento. Moti di appostamento e registrazione: consentono di posizionare l utensile rispetto al pezzo (o viceversa) prima di avviare l operazione di taglio. I moti di registrazione consentono, in genere, di definire lo spessore di sovrametallo da asportare. 11 Moti di taglio e di avanzamento nelle principali lavorazioni OPERAZIONE Moto di taglio Moto di avanzamento Moto attivo Conferito a tipo unità di Conferito a tipo unità di misura misura Tornitura pezzo R m/min utensile T mm/giro E Piallatura pezzo TA m/min utensile TI mm/doppia T corsa Limatura e utensile TA m/min pezzo TI mm/doppia T Stozzatura corsa Foratura utensile R m/min utensile T mm/giro E Alesatura utensile R m/min pezzo, utensile T mm/giro E Fresatura utensile R m/min pezzo T mm/giro C dente Brocciatura utensile T, R, E m/min T Rettificatura utensile R m/s pezzo T + R T m/min E cilindrica R giri/min Rettificatura utensile R m/s pezzo T m/min C piana frontale C = cicloidale; E = elicoidale; R = rotatorio; T = traslatorio; TA = traslatorio alternato; TI = traslatorio intermittente. 12 6

7 Moti di taglio e avanzamento nelle principali lavorazioni 13 Parametri di taglio Grandezze da definire per eseguire l operazione di taglio: Velocità di taglio Velocità di avanzamento Profondità di passata 14 7

8 Parametri di taglio Velocità di taglio v t [generalmente in m/min]: velocità con cui avviene il moto di taglio. Esempio: v t D n = π 3 10 D [mm] è il diametro del pezzo da lavorare (tornitura cilindrica) o dell utensile (fresatura, foratura, alesatura); n [giri/min] è la velocità di rotazione del pezzo (tornitura cilindrica) o dell utensile (fresatura, foratura, alesatura). 15 Parametri di taglio Velocità di avanzamento v a [mm/min]: velocità dell utensile (o del pezzo) nella direzione del moto di avanzamento. Avanzamento a [mm/giro o mm/doppia corsa]: spostamento dell utensile (o del pezzo) nella direzione del moto di avanzamento per ogni giro o corsa di lavoro completa del pezzo (o dell utensile). Avanzamento per tagliente a z (=a/z): avanzamento ripartito tra i taglienti dell utensile (z=1 per utensili da tornio, z=2 per punte elicoidali; z = numero dei taglienti per una fresa) Profondità di passata p [mm]: spessore di sovrametallo da asportare misurato in direzione all avanzamento (tornitura longitudinale: p = (D d)/2) 16 8

9 Sezione di asportazione Area del truciolo indeformato da asportare Tornitura: A = p a 17 Velocità di taglio v -> [m/min] Avanzamento al giro a -> [mm/giro] Profondità di passata p -> [mm] Numero di giri n -> [giri/min] Velocità di avanzam. v a = a n -> [mm/min] Sezione del truciolo s = a p -> [mm 2 ] Tornitura 18 9

10 Velocità di taglio v -> [m/min] Avanzamento al giro a -> [mm/giro] Diametro punta D -> [mm] Numero di giri n -> [giri/min] Velocità di avanzam. v a = a n -> [mm/min] Sezione del truciolo s = a/2 D/2 -> [mm 2 ] Avanzam. al dente al giro a z =a/z -> [mm/giro/dente] Foratura 19 Velocità di taglio Alesatura v -> [m/min] Avanzamento al giro a -> [mm/giro] Profondità di passata p -> [mm] Numero di giri n -> [giri/min] Velocità di avanzam. v a = a n -> [mm/min] Avanzam. al dente al giro a z = a/z -> [mm/giro/dente] Sezione del truciolo s = a p -> [mm 2 ] oppure s = a z p -> [mm 2 ] 20 10

11 Fresatura periferica Velocità di taglio v -> [m/min] Avanzam. al dente al giro a z = a/z -> [mm/giro/dente] Diametro D larghezza L Numero di denti z Profondità di passata p -> [mm] Numero di giri n -> [giri/min] Avanzamento al giro a = a z z -> [mm/giro] 21 Velocità di avanzamento v a = a n = a z z n -> [mm/min] Fresatura periferica Spessore del truciolo (Distanza misurata radialmente fra la traiettoria di un dente e la traiettoria del successivo) h = AC senφ = a z senφ -> [mm] Sezione del truciolo s = h B -> [mm 2 ] 22 11

12 Fresatura periferica 23 Velocità di taglio v -> [m/min] Avanzam. al dente al giro a z = a/z -> [mm/giro/dente] Diametro D Numero di denti z Profondità di passata p -> [mm] Numero di giri n -> [giri/min] Avanzamento al giro a = a z z -> [mm/giro] Fresatura frontale 24 12

13 Velocità di avanzamento v a = a n = a z z n -> [mm/min] Fresatura frontale Spessore del truciolo (Distanza misurata radialmente fra la traiettoria di un dente e la traiettoria del successivo) h = AC senφ = a z senφ -> [mm] Sezione del truciolo s = h p -> [mm 2 ] 25 Rettifica circolare Velocità di taglio v -> [m/s] Velocità periferica del pezzo v -> [m/min] Avanzamento del pezzo a -> [mm/giro] Profondità di passata p -> [mm] Diametro mola D Larghezza mola L M 26 13

14 Rettifica in paino Velocità di taglio v -> [m/s] Velocità tangenziale del pezzo v p -> [m/min] Avanzamento mola a -> [mm/doppia corsa] Profondità di passata p -> [mm] Diametro mola D Larghezza mola L M 27 Piallatura Utilizzata per realizzare superfici piane molto estese e caratterizzate da elevata lunghezza Velocità di taglio v -> [m/min] Avanzamento a -> [mm/doppia corsa] Profondità di passata p -> [mm] Numero di doppie corse n -> [doppie corse/min] Sezione del truciolo s -> [mm 2 ] 28 14

15 Limatura 29 Stozzatura La stozzatura è impiegata per la realizzazione di superfici interne a spigoli vivi, cave per chiavette, profili scanalati

16 Brocciatura Viene utilizzata per ampliare, sagomare, modificare una cavità interna (anche esterna) 31 Caratteristiche geometriche e di forma di utensili monotaglienti stelo testa petto o faccia di taglio dorso o fianco principale dorso o fianco secondario tagliente principale tagliente secondario arco di raccordo 32 16

17 Caratteristiche geometriche e di forma di utensili monotaglienti Stelo: parte dell utensile che ne consente l afferraggio alla torretta Testa: parte dell utensile che stabilisce il contatto diretto con il pezzo e sulla quale si trovano superfici attive e taglienti Petto o faccia: superficie attiva sulla quale si forma e scorre il truciolo Dorso o fianco: superficie attiva adiacente al petto Dorso principale: superficie laterale contigua al petto Dorso secondario: superficie laterale prospiciente la superficie lavorata Tagliente principale: spigolo di intersezione petto-dorso principale Tagliente secondario: spigolo di intersezione petto-dorso secondario Arco di raccordo: arco di cerchio che raccorda i taglienti 33 Riferimenti spaziali Servono per definire le caratteristiche geometriche dell utensile e le condizioni di taglio. Piano di lavoro: piano contenente la direzione dei moti di taglio e di avanzamento Piano di taglio: piano, a quello di riferimento, su cui giace il tagliente principale Piano di riferimento: piano di appoggio dello stelo sulla superficie orizzontale della torretta portautensili 34 17

18 Angoli di taglio Caratterizzano la parte dell utensile direttamente impegnata nell operazione di taglio (testa) Sezione A-A: sezione, la cui traccia A-A è al tagliente principale, eseguita con un piano a quello di riferimento. Sezione B-B: sezione, la cui traccia B-B è al tagliente secondario, eseguita con un piano a quello di riferimento. 35 Angoli di taglio Angolo di spoglia frontale γ: angolo tra petto e piano di riferimento. Nella sez. A-A è formato dalla traccia del petto con la alla direzione del moto di taglio Angolo di spoglia dorsale α: angolo tra dorso principale e piano di taglio. Nella sez. A-A è formato dalla traccia del dorso principale con la direzione del moto del taglio Angolo di taglio β: angolo tra petto e dorso principale. Nella sez. A-A è compreso tra le tracce del petto e del dorso principale (α + β + γ = π/2) Angolo di spoglia dorsale secondario α : angolo tra dorso secondario e un piano contenente il tagliente secondario e al piano di riferimento. Nella sez. B-B è formato dalla traccia del dorso secondario con la direzione del moto del taglio 36 18

19 Angoli di taglio Angolo di spoglia frontale γ Determina, con l angolo λ, la posizione del petto rispetto al piano di riferimento e quindi influenza il meccanismo di formazione del truciolo E considerato positivo se il petto forma con la direzione di taglio un angolo > 90, negativo in caso contrario Scelto in funzione del materiale dell utensile, del materiale in lavorazione e dei parametri di taglio 37 Angoli di taglio Angolo di spoglia frontale γ γ>0 minori deformazioni e forze per produrla riduzione dell attrito sul petto grazie alla diminuzione della pressione di taglio riduzione della potenza assorbita e della temperatura di taglio possibilità di scelta dei parametri di taglio in modo meno conservativo con evidenti vantaggi produttivi riduzione della resistenza meccanica dell utensile γ 0 aumento della sezione resistente sollecitazione prevalente a compressione anziché a taglio necessaria con materiali per utensili poco tenaci (es. ceramici) aumento di forze, potenze assorbite e temperature di taglio 38 19

20 Valori caratteristici dell angolo γ Materiale dell'utensile Materiale da lavorare Acciai Carburi Ceramici Diamanti Diamanti sinterizzati sintetici naturali Acciaio UNI-C20 TD Acciaio UNI-C20 TD Acciaio UNI-C20 TD Acciai debolmente legati Acciaio al manganese (12% Mn) Acciai inox (ferritici e martensitici) Acciai inox (austenitici) Ghise grigie (UNI-G10/G20) Ghise grigie (UNI-G25/G35) Ghisa malleabile a truciolo corto Ghisa malleabile a truciolo lungo Ghisa sferoidale Alluminio e leghe allo stato ricotto Leghe fuse di alluminio Rame Bronzo fuso Bronzo di alluminio Ottone Materie plastiche Angoli di taglio Angolo di spoglia dorsale principale α Ha la funzione di impedire lo strisciamento del dorso dell utensile sulla superficie lavorata α>0 L aumento di α causa: il raggiungimento, in un tempo maggiore, del valore ammissibile di usura la diminuzione della sezione resistente Dipende del materiale in lavorazione: diminuisce al crescere della pressione di taglio poiché deve aumentare la sezione resistente deve essere maggiore per materiali che subiscono un consistente recupero elastico dopo la lavorazione Dipende dal materiale dell utensile: deve essere piccolo nel caso di materiali poco tenaci (ad es. i ceramici) poiché questi necessitano di sezioni resistenti maggiori 40 20

21 Valori caratteristici dell angolo α Materiale dell'utensile Materiale da lavorare Acciai Carburi Ceramici Diamanti Diamanti sinterizzati sintetici naturali Acciaio UNI-C20 TD Acciaio UNI-C20 TD Acciaio UNI-C20 TD Acciai debolmente legati Acciaio al manganese (12% Mn) Acciai inox (ferritici e martensitici) Acciai inox (austenitici) Ghise grigie (UNI-G10/G20) Ghise grigie (UNI-G25/G35) Ghisa malleabile a truciolo corto Ghisa malleabile a truciolo lungo Ghisa sferoidale Alluminio e leghe allo stato ricotto Leghe fuse di alluminio Rame Bronzo di alluminio Ottone Materie plastiche Angoli di taglio Angolo di spoglia dorsale secondario α Assolve la stessa funzione di α anche se il tagliente secondario partecipa marginalmente al taglio (α α ) Angolo di taglio β Definisce l angolo solido dell utensile ed è robustezza dello stesso legato alla 42 21

22 Angolo di inclinazione del tagliente principale (λ)( Angolo formato tra tagliente principale e piano di riferimento È assunto negativo se il tagliente si eleva dalla punta verso lo stelo Esercita una notevole influenza sulla robustezza dell utensile: λ<0 per utensili in materiali poco tenaci (ad es. i ceramici) poiché questi necessitano di sollecitazioni di compressione Influenza la direzione di deflusso del truciolo 43 Effetto di γ e λ sullo stato si sollecitazione λ e γ positivi λ e γ negativi 44 22

23 Angoli di attacco (o di appostamento) Angolo di attacco del tagliente principale χ: formato, sul piano di riferimento, tra la proiezione del tagliente principale e la generatrice della superficie da lavorare Angolo di attacco del tagliente secondario χ : formato, sul piano di riferimento, tra la proiezione del tagliente secondario e la generatrice della superficie lavorata Angolo dei taglienti ε: formato, sul piano di riferimento, tra le proiezioni ortogonali del tagliente principale e di quello secondario (χ + χ +ε = π) χ e χ determinano, con a e r, in condizioni ideali, la rugosità teorica 45 Controllo della direzione di flusso del truciolo in tornitura χ e λ influenzano forma e direzione di flusso del truciolo Caso di truciolo continuo: λ determina il verso secondo cui fluisce il truciolo nel suo moto di allontanamento da utensile e pezzo χ permette di controllare l angolo formato tra la direzione di flusso del truciolo e quella dell asse del pezzo Direzione di flusso e forma del truciolo nella tornitura di materiali duttili nel caso di utensile con χ = 90 e λ > 0 Il truciolo tende ad avvolgersi intorno allo stelo e al portautensile 46 23

24 Controllo della direzione di flusso del truciolo in tornitura Direzione di flusso e forma del truciolo nella tornitura di materiali duttili nel caso di utensile con χ = 90 e λ < 0 Il truciolo tende ad avvolgersi attorno al pezzo con peggioramento della finitura superficiale 47 Controllo della direzione di flusso del truciolo in tornitura Direzione di flusso e forma del truciolo nella tornitura di materiali duttili nel caso di utensile con χ = 90 e λ = 0 Il truciolo fluisce in direzione parallela alla generatrice della superficie lavorata e si avvolge a spirale su se stesso 48 24

25 Controllo della direzione di flusso del truciolo in tornitura χ 45 λ > 0 Flusso del truciolo verso lo stelo Al crescere di λ: rotazione in senso orario della direzione di flusso aumento dell angolo formato tra direzione di flusso e generatrice della superficie lavorata 49 Controllo della direzione di flusso del truciolo in tornitura χ 45 λ < 0 Flusso del truciolo verso la superficie lavorata Al diminuire di λ: rotazione in senso antiorario della direzione di flusso aumento dell angolo formato tra direzione di flusso e generatrice della superficie lavorata 50 25

26 Angolo di attacco del tagliente principale Influenza le dimensioni della sezione del truciolo da asportare La diminuzione di χ, a parità di p e di a, comporta: un aumento della lunghezza del tagliente in presa e quindi una minore sollecitazione meccanica e termica per unità di lunghezza con aumento della durata dell utensile una riduzione dello spessore del truciolo indeformato con aumento di pressione specifica di taglio, energia assorbita nel taglio e forza di repulsione 51 Condizioni di taglio Se χ= 90 il piano di taglio è sia al piano di lavoro, sia all asse del pezzo utensile a coltello. Se anche λ = 0, la forza risultante giace su un piano a quello di riferimento e // all asse del pezzo ed ha due sole componenti (forza di taglio e forza di avanzamento) condizione di taglio bidimensionale (o ortogonale) Se χ 90 la forza di taglio ha tre componenti (le due precedenti e la forza di repulsione) condizione di taglio tridimensionale 52 26

27 Angoli di taglio in condizioni dinamiche (definizioni) Sono riferiti alla direzione del moto relativo tra utensile e pezzo v at Moto attivo: risultante dei moti di taglio e di avanzamento Direzione attiva: direzione istantanea del moto attivo Velocità attiva v at : velocità relativa istantanea utensile-pezzo nella direzione del moto attivo (composizione vettoriale di v t e v a ) 53 Angoli di taglio in condizioni dinamiche (definizioni) Angolo della direzione attiva η: angolo compreso tra la direzione attiva e quella di taglio Angolo della direzione di avanzamento ϕ: angolo compreso tra la direzione di avanzamento e quella di taglio v at 54 27

28 Angoli di taglio in condizioni dinamiche (definizioni) Piano di riferimento effettivo p re : piano alla direzione attiva contenente il tagliente principale. E inclinato dell angolo η rispetto al piano di riferimento p r Piano di taglio effettivo p te : piano contenente il tagliente principale e la direzione attiva. E inclinato dell angolo η rispetto al piano di taglio p t v at 55 Angoli di taglio in condizioni dinamiche Relazione tra gli angoli ϕ e η: Se ϕ = 90 : Relazione tra γ e e γ: tan η = tan η = γ e = v v t a senϕ + cos ϕ v v γ a t + η Relazione tra α e e α: α e = α η v at 56 28

29 Tipologia di truciolo Dipende da: caratteristiche meccaniche e metallurgiche del materiale lavorato tipo di operazione angoli di taglio parametri di taglio condizioni di lubrificazione all interfaccia petto-truciolo TRUCIOLO CONTINUO Ottenuto in operazioni di taglio stazionario (ad es. tornitura) su materiali duttili (ad es. acciai dolci e debolmente legati) con v t comprese tra qualche decina e qualche centinaio di m/min TRUCIOLO FRAMMENTATO Ottenuto in operazioni di taglio interrotto (ad es. fresatura) o in operazioni di taglio continuo su materiali fragili (ad es. ghisa) 57 Tipologia di truciolo Classificazione delle forme di truciolo ottenibili in operazioni di tornitura (ISO/TC 29/WG 22) 58 29

30 Dispositivi rompitruciolo Favoriscono la formazione di truciolo spezzettato nella lavorazione di materiali duttili in condizioni di taglio stazionarie Utensili con inserti riportati meccanicamente sullo stelo Interposizione tra inserto e staffa di serraggio una piastrina con spigolo cuneiforme che costringe il truciolo a subire un marcato incurvamento che ne favorisce la rottura Danneggiamento piastrina e staffa Sostituzione più dell inserto di lenta 59 Dispositivi rompitruciolo Si preferisce usare inserti con scanalature sul petto che svolgono la funzione di rompitruciolo Esempi di inserti quadrangolari con petto variamente sagomato per favorire la frammentazione del truciolo 60 30

31 Campo di impiego economico [p-a] di inserti per utensili Efficacia dell azione di rottura del truciolo garantita nelle zone indicate nel piano p a entro un dato intervallo di v t Inserti in metallo duro rivestito impiegati nelle lavorazioni di acciai per: (a) sgrossatura, (b) lavorazioni intermedie e (c) finitura v t molto elevate frammentazione spontanea del truciolo anche con materiali duttili per instabilità adiabatica non sono necessari dispositivi rompitruciolo 61 Dimensioni del truciolo indeformato in tornitura Condizioni di taglio tridimensionale (χ 90 ) Sezione del truciolo indeformato (quadrilatero ACDG): A = b h b: larghezza di asportazione b = p/sen χ h: spessore di asportazione h = a sen χ A = b h = p a Area effettiva del truciolo asportato (ACFG) < dell area teorica (ACDG). Differenza (CDFE) piccola rispetto all area nominale e trascurabile 62 31

32 Parametri di rugosità R = 1 N a y i N i= 1 63 Rugosità superficiale: definizioni e richiami Rugosità media (R a ): media aritmetica dei valori assoluti y i delle ordinate del profilo reale relativa alla lunghezza di campionatura R a L 1 = y L 0 i dx Rugosità quadratica media (R q ): radice quadrata della media dei quadrati delle ordinate yi misurate rispetto alla linea media 1L 2 Rz = yi dx L

33 Rugosità superficiale: definizioni e richiami Rugosità massima (R t ): distanza tra cresta più elevata e gola più profonda, valutata entro la lunghezza di campionatura Altezza della irregolarità del profilo valutata in 10 punti distinti (R z ): media dei valori assoluti dei cinque picchi del profilo più alti e delle cinque valli più profonde, compresi all interno della lunghezza di campionatura e misurati rispetto ad una linea // alla linea media e non intersecante il profilo y + y + y + y + y ) ( y + y + y + y R z = 5 ( y ) Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura Profilo teorico della superficie lavorata in tornitura con utensile privo di raccordo fra tagliente principale e secondario 66 33

34 Rugosità superficiale Fattori che determinano lo scostamento della finitura di una superficie lavorata per asportazione di truciolo da quella teorica: velocità di taglio formazione del tagliente di riporto vibrazioni attrito e condizioni di lubrificazione microstruttura e proprietà meccaniche del materiale lavorato acutezza e finitura dei taglienti irregolarità periodiche ed aleatorie dei moti di taglio e di alimentazione 67 Rugosità superficiale L aumento di v t provoca la diminuzione: della rugosità reale della differenza tra i valori reali di R a e quelli teorici calcolati sulla base dell avanzamento e delle caratteristiche geometriche dell utensile NB Al di sotto di un certo valore limite di v t, nella lavorazione di materiali duttili e incrudenti, si ha la formazione del BUE con degrado della finitura superficiale 68 34

35 Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura Superficie reale della parte lavorata caratterizzata da solchi con andamento elicoidale originati dall impronta lasciata dall utensile Parametri che influenzano la rugosità teorica: raggio di raccordo tra i taglienti (r) angoli di attacco (χ e χ ) avanzamento (a) 69 Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura a sufficientemente piccolo (a 1 ) Parte di utensile interessata al taglio limitata al solo arco di raccordo tra i taglienti Forma d onda composta da archi di cerchio di raggio r riprodotti con passo pari ad a 1 Cresta di due onde contigue definita dall intersezione di due archi di cerchio di raggio r 70 35

36 Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura a > di un certo valore limite (a 2 ) Parte di utensile interessata al taglio riguarda l arco di raccordo ed uno dei due taglienti Forma d onda composta da archi di cerchio di raggio r e da segmenti rettilinei dovuti all azione di uno dei due taglienti Cresta di due onde contigue definita dall intersezione di un arco di cerchio di raggio r con un segmento rettilineo // ad uno dei taglienti 71 Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura a ancora più grande (a 3 ) Parte di utensile interessata al taglio riguarda l arco di raccordo e i due taglienti Forma d onda composta da archi di cerchio di raggio r e da segmenti rettilinei dovuti all azione dei due taglienti La cresta di due onde contigue è definita dall intersezione di due segmenti rettilinei // al tagliente principale e a quello secondario 72 36

37 Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura Condizione limite affinché l intersezione di due profili consecutivi si presenti in corrispondenza degli archi di raccordo tra i taglienti: χ > χ a 1 = 2 r senχ' Rugosità teorica massima (μm): R t = MH = ( r r 2 2 a 4 ) a Rt 10 8 r 3 73 Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura a = HB + TA' + A' H ' = 2 = rsenχ' + BTctgχ' + rsenχ BT = M ' H ' MH = r(cos χ' cos χ) 74 37

38 Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura χ > χ Condizione limite affinché l intersezione di due profili consecutivi si presenti in corrispondenza dall intersezione di un arco di cerchio di raggio r con un segmento rettilineo // ad uno dei taglienti: a 2 = 2r 2 χ + χ' sen 2 sen χ' R t sen2 χ' = a sen 2 Rugosità teorica massima (μm): 2 χ' 2r 2 χ' 1 + 2r sen 10 a senχ' Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura χ > χ Rugosità teorica massima (μm): R t = a sen χ senχ' sen χ + senχ' r 1 10 ( ') sen χ + χ ( ') sen χ + χ

39 Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura Rugosità media in prima approssimazione: R a R t /4 Sostituendo l espressione di R t per bassi valori di a si ottiene: R a 2 a r 3 [μm] 77 Influenza dell avanzamento e del raggio di punta sulla rugosità superficiale teorica in tornitura (R( t ) 78 39

40 Valori di rugosità superficiale media ottenibili con alcuni processi produttivi 79 Vibrazioni nelle lavorazioni per asportazione di truciolo Sono accompagnate da oscillazioni relative tra utensile e pezzo, variazioni nelle forze di taglio e irregolarità sulle superfici lavorate VIBRAZIONI LIBERE Innescate da impulsi occasionali (ed es. trasmessi dall ambiente esterno attraverso le fondazioni) o da urti ed inversioni di moto nella MU Controllate isolando la MU e agendo sulle sue caratteristiche dinamiche VIBRAZIONI FORZATE Caratterizzate dall esistenza di fonti specifiche di eccitazione sulla MU quali variazioni periodiche nella generazione e nella trasmissione dei moti, impulsi e fluttuazioni cicliche della forza di taglio. Controllate agendo sia sulle cause che su configurazione e parametri che determinano il comportamento dinamico (masse, rigidezze e smorzamenti) VIBRAZIONI AUTOECCITATE Si sviluppano anche in assenza di una forzante specifica Intrattenute dal processo di taglio stesso attraverso un prelievo ciclico di energia: quando il saldo è positivo le vibrazioni aumentano di ampiezza 80 40

41 Vibrazioni autoeccitate Si originano dall interazione tra le caratteristiche dinamiche del processo di taglio e della MU L insieme MU pezzo utensile si comporta come un sistema ad anello chiuso nel quale si introduce energia dall esterno per alimentare il processo di taglio Vengono generate forze statiche e dinamiche che introducono deformazioni elastiche dando luogo a periodici accumuli e rilasci di energia Quando si instaura un meccanismo di trasferimento di energia dal processo di taglio alla struttura per alimentare vibrazioni di ampiezza crescente il processo diventa instabile Ciò può avvenire semplicemente aumentando a sufficienza la lunghezza del tagliente in presa con il pezzo 81 Vibrazioni autoeccitate: : cause Meccanismo rigenerativo tipico di quando l utensile ripercorre traiettorie precedenti e lo spessore istantaneo del truciolo viene modulato in ampiezza da irregolarità superficiali periodiche lasciate nella passata precedente Se le conseguenti fluttuazioni della F t producono un saldo positivo nei confronti degli smorzamenti, qualsiasi disomogeneità inizialmente presente tende ad estendersi e ad amplificare il fenomeno Riduzione della pressione di taglio all aumentare della v t e della sezione del truciolo 82 41

42 Vibrazioni nelle lavorazioni per asportazione di truciolo Le strutture delle MU possiedono infiniti gdl Solo i gdl corrispondenti ai principali modi di vibrare risultano interessanti. Essi sono individuati dalle deformate dinamiche corrispondenti alle relative frequenze naturali Se i modi di vibrare sono ben distinti (frequenze molto diverse) possono essere trattati in via approssimativa singolarmente come casi a 1 gdl Se i modi di vibrare hanno frequenze simili possono essere accoppiati con aumento della complessità dell analisi Due modi di vibrare tipici di un tornio parallelo a due diverse frequenze di risonanza: prevalentemente sul piano orizzontale (a) e su quello verticale (b) 83 Vibrazioni nelle lavorazioni per asportazione di truciolo Insorgenza delle vibrazioni ritardata agendo: sulle variabili di processo sulle caratteristiche dinamiche di MU, attrezzature ed utensile sulle caratteristiche dinamiche del pezzo (in misura minore) progettandolo in funzione della lavorazione che andrà a subire (DFM) Caratteristiche dinamiche delle MU migliorate attraverso: la disposizione delle masse principali vicino al basamento e delle restanti con massa decrescente all aumentare degli sbalzi l utilizzo degli elementi strutturali con schemi ad anello chiuso (portale) rispetto a quelli aperti (mensola) e, a parità di sezione, di strutture a guscio rispetto a quelle piene l utilizzo di materiali ad elevato smorzamento interno (ghisa, calcestruzzo polimerico e granito) in basamenti e montanti anche se il loro minore valore di E richiede sezioni maggiori per ottenere la rigidezza desiderata l uso di smorzatori dinamici l impiego di frese con geometrie particolari (spaziatura angolare irregolare dei taglienti, ecc.) per ridurre gli effetti rigenerativi 84 42