Classe 4^ - Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n 2: Taglio dei metalli - Fluidi da taglio FLUIDI DA TAGLIO

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1 FLUIDI DA TAGLIO Il calore che si sviluppa durante l asportazione di truciolo é causato da: - lavoro di deformazione del materiale - lavoro di attrito 1) Il calore dovuto alla deformazione dipende dalle caratteristiche meccaniche del materiale, in particolare dagli attriti interni, dall elasticità, dalla durezza... 2) Il calore dovuto all attrito é provocato dallo scorrimento del truciolo sul petto dell utensile e dallo strisciamento dello spigolo tagliente sulla superficie del pezzo. Esso dipende quindi dall angolo di spoglia superiore, dalla levigatezza della faccia da taglio e dalla natura del materiale. In conseguenza del calore si ha: a) aumento della temperatura del pezzo con conseguente alterazione della forma (e quindi delle dimensioni) e della struttura cristallina (e quindi delle caratteristiche meccaniche superficiali); b) aumento della temperatura dell utensile con conseguente diminuzione della durezza dell utensile e relativo consumo del tagliente. Influenza della temperatura nell asportazione di truciolo La maggior parte dell energia necessaria all asportazione di truciolo si trasforma in calore, in particolare in tre aree principali. 1) Zona di deformazione del materiale E il calore che determina la temperatura del truciolo (circa 200 C). 2) Zona di strisciamento sul fianco dell utensile E il calore che determina la temperatura del pezzo in lavorazione e l usura sul fianco dell utensile (circa 800 C). 3) Zona di strisciamento sul petto dell utensile E il calore che determinerà la temperatura dell utensile e, in parte, la temperatura del truciolo; é inoltre causa dell usura per craterizzazione (circa 1000 C). La figura a sinistra indica l andamento della temperatura sulle zone interessate dallo sviluppo del calore. La temperatura più alta si riscontra sul petto dell utensile, in una zona arretrata rispetto alla punta dello stesso. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 1

2 Osservando il grafico a destra, possiamo notare che la variazione della velocità di taglio non influenza la temperatura del pezzo e dei trucioli, mentre tende a far aumentare considerevolmente la temperatura del tagliente. La quantità maggiore di calore viene asportata dai trucioli. E indispensabile adottare particolari accorgimenti per ridurre il calore, in particolare: - Ridurre l attrito tra l utensile ed il pezzo - Allontanare il calore dalla zona dove avviene la lavorazione - Prolungare la vita dell utensile (tagliente) - Ottenere la qualità richiesta della superficie lavorata Oltre che adottare angoli di spoglia e levigare accuratamente il petto dell utensile, si limita il calore, cercando di ottenere quanto sopra indicato, ricorrendo a fluidi da taglio che agiscono da raffreddanti o da lubrificanti. Requisiti dei fluidi I fluidi devono possedere: a) massima capacità lubrificante - ottima viscosità (basso attrito interno, buona scorrevolezza) - alta adesività (mantenimento del velo fluido anche a pressioni elevate) b) buona capacità refrigerante - elevata conducibilità termica - elevato calore specifico c) buona capacità antiruggine (per proteggere il pezzo dalla corrosione) d) attitudine a trasportare i trucioli (per allontanarli dalla faccia di taglio) e) sufficiente trasparenza (per rendere visibile la zona di lavoro) f) inalterabilità nel tempo (per non perdere le proprie caratteristiche) g) assenza di sostanze nocive (per l operatore e per il pezzo) h) bassa volatilità (tendenza a passare allo stato di vapore creando nocive esalazioni) i) altissimo potere emulsionabile (cioé miscibili coi liquidi mantenendo omogeneità costante) j) alto punto d infiammabilità (per poter resistere alle alte temperature generate da alte velocità di taglio) Non esistono oli che posseggono tutte le suddette proprietà. Si hanno piuttosto oli con potere lubrificante ed oli con potere refrigerante. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 2

3 - Extreme Pressure (EP) La proprietà Estreme Pressure consente la formazione di un sottile strato (film) ad elevata capacità lubrificante, formato da una reazione chimica tra il lubrificante ed il materiale a contatto in condizioni di elevata pressione. Il film così formato è in grado di impedire anche la formazione del tagliente di riporto, cioè la saldatura tra utensile e truciolo. Classificazione dei fluidi I fluidi si possono suddividere in due grandi categorie: 1) Oli da taglio veri e propri Sono oli minerali additivati con sostanze dotate di untuosità o di proprietà EP. Essi hanno il compito principale di lubrificare e di proteggere dall ossidazione il pezzo in lavorazione. La capacità refrigerante é secondaria. Sono più adatti per lavori di finitura in cui, a causa delle elevate velocità di taglio, il calore dovuto all attrito é preponderante. 2) Oli emulsionabili Sono oli costituiti da acqua, olio, additivi. Gli additivi hanno la funzione di favorire la formazione di emulsioni olio-acqua e sono stabilizzanti. Le emulsioni ottente hanno colore lattescente, opaco. Gli oli emulsionanti hanno il compito principale di refrigerare. Vengono infatti impiegati miscelati con acqua. La capacità lubrificante ed antiruggine é secondaria. Sono più adatti per lavori di sgrossatura in cui, essendo elevate le sezioni di truciolo, il calore dovuto alla deformazione é notevole. Norme d impiego secondo la natura del materiale Ghise grigie: lavorazione a secco. Le ghise infatti contengono grafite che é già lubrificante. L uso di lubrificante creerebbe una poltiglia. Leghe ultraleggere: lavorazione a secco. Non si devono utilizzare soluzioni acquose perché l ossigeno dell acqua insieme al magnesio ed all alluminio provocherebbe l accensione dei trucioli. Materiali a truciolo lungo (acciai dolci, rame, ottone...). E consigliabile la lavorazione con oli lubrificanti per consentire l allontanamento del truciolo. Materiali a truciolo corto (acciai a medio ed alto tenore di carbonio...). E consigliabile la lavorazione con oli lubrificanti e refrigeranti. Limiti dei fluidi di taglio e tendenze costruttive L uso dei fluidi da taglio, utilizzati inondando abbondantemente l area in lavorazione, determina problematiche sia per quanto riguarda l igiene dell ambiente di lavoro che lo smaltimento dei fluidi esausti. I fluidi utilizzati nelle lavorazioni per asportazione di truciolo, a causa delle ripetute fasi di riscaldamento-raffreddamento, danneggiano gli utensili. Da ciò la necessità di utilizzare utensili Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 3

4 aventi elevata resistenza all usura alle alte temperature senza l impiego di fluidi lubrorefrigeranti, come lo sono i metalli duri rivestiti ed i materiali ceramici. Gli additivi, utilizzati per migliorare le proprietà lubrificanti degli oli emulsionanti, formano inoltre sostanze che sono nocive per i lavoratori e, nello stesso tempo, costituiscono un composto inquinante da smaltire. La ricerca di fluidi che abbiano minor impatto ambientale e riducano i costi di lavorazione, ha portato all utilizzo di un getto spray, cioè di un piccolo meato d olio iniettato ad alta pressione nel punto di contatto tra utensile e pezzo. Tale tecnologia è detta Lubrificazione minimale (LM) per il ridottissimo consumo di lubrificante. Si ha: Lubrificazione tradizionale: 300 l/h di emulsione oleosa al 3% Lubrificazione minimale: 10 ml/h 500 ml/h di olio nebulizzato in aria fredda. - Sistemi di lubrificazione minimale (aria-olio) La lubrificazione aria-olio è una tecnologia recente che si affianca agli altri sistemi di raffreddamento utensili e garantisce rispetto dell ambiente e riduzione dei costi di gestione dei fluidi refrigeranti. Grazie al metodo della lubrificazione minimale si ottiene un efficace lubrificazione del processo di truciolatura utilizzando minime quantità di olio. Si ottengono quindi sia un aumento della produttività attraverso maggiore velocità di taglio che una maggiore durata degli utensili ed un risparmio di sostanze lubrificanti all interno del processo. In questo modo la lubrificazione minimale contribuisce efficacemente alla salvaguardia dell ambiente e riduce in maniera significativa i costi di processo. Un sistema di lubrificazione minimale ha il compito di erogare minuscole quantità di lubrificante nel punto attivo tra utensile e pezzo in lavorazione quando si tratta di operazioni di taglio o di nontaglio. La lubrificazione viene realizzata mediante un aerosol formato da goccioline di olio nebulizzate. La lubrificazione minimale (LM) può essere erogata all utensile o al pezzo in lavorazione in due modi, interno o esterno: 1) Con il metodo della lubrificazione interna, l aria compressa o l aerosol vengono applicati attraverso il mandrino, il porta utensile e l utensile, direttamente nel punto tra utensile e pezzo in lavorazione. 2) Con la lubrificazione minimale esterna, l aerosol viene erogato al punto di lubrificazione dall esterno, attraverso degli ugelli. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 4

5 Funzionamento AIR LUBROCOLD fornisce un flusso continuo d aria fredda (a temperatura regolabile) arricchito da micro-iniezioni cicliche di olio (anch esse regolabili) che provvedono a raffreddare e contemporaneamente a lubrificare l utensile in lavorazione. Centralina La lubrificazione minimale viene realizzata con una centralina costituita da: - Un serbatoio contenente da 1 a 3 litri di olio pressurizzato; - Una pompa per l iniezione dell olio; - I gruppi di alimentazione costituiti da una o più linee d aria; - Gli ugelli terminali aria-olio nei quali avviene la miscelazione e la formazione del getto spray, con l aria e l olio ivi portati da due condotti separati e che si uniscono in una camera di miscelazione. Nell immagine è la centralina Magugliani (Busto Arsizio). Air Lubrocold di Caratteristiche tecniche Temperatura aria regolabile da temperatura ambiente fino a 0 C Portata olio regolabile da 0 a 30 mm 3 ogni ciclo di iniezione Tempo ciclico di iniezione regolabile da meno di un secondo ad oltre un minuto Consumo aria compressa: 250 Nlitri/min a 5,5 BAR (una uscita) 450 Nlitri/min a 5,5 BAR (due uscite) Vantaggi velocità di taglio elevate lunga durata dell utensile niente shock termici qualità dei pezzi lavorati, pressoché puliti a fine lavorazione lavorazioni esenti da fumi e vapori rispetto dell ambiente, questo sistema non produce nebulizzazione nessuna gestione di emulsioni nella vasca economia di lubrificante niente schizzi di liquidi, ottima visibilità durante le lavorazioni riciclaggio dei trucioli privi di residui oleosi Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 5