Materiali per utensili da taglio: usura e durata degli utensili

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1 Maeriali per uensili da aglio: usura e duraa degli uensili Riferimeni: Levi/Zompì ap. 4 Sanohi/Giusi ap. 8 1 Inroduzione Il omporameno di un uensile influenza in maniera deerminane la qualià ed il oso delle pari lavorae: Sgrossaura: l uensile deve asporare elevai volumi di ruiolo; Finiura: l uensile deve permeere l oenimeno di finiure superfiiali adeguae. La apaià di un uensile di soddisfare ali esigenze dipende dal ipo e dalle proprieà del maeriale impiegao per la sua osruzione, dalla sua geomeria e dai parameri di lavorazione. L uensile è soggeo a solleiazioni meanihe e ermihe he si manifesano ome usura progressiva e alvola ome ollasso improvviso. Ogni uensile è araerizzao da un empo di via uile (duraa) durane il quale può eseguire, on le presazioni desiderae, una daa operazione on parameri di aglio definii. 2 1

2 Prinipali requisii dei maeriali per uensili da aglio Elevaa durezza, soprauo ad elevae emperaure Elevaa enaià, inesa sia ome apaià di resisere agli uri he solleiano l uensile in ondizioni di aglio inerroo, sia ome apaià di deformarsi soo ario prima di rompersi Elevaa resisenza alla deformazione plasia he può presenarsi a ausa delle elevae solleiazioni meanihe e ermihe ageni sull uensile Elevaa resisenza all usura, ausaa dallo srisiameno del ruiolo sul peo e della superfiie lavoraa sul dorso dell uensile Elevaa onduibilià ermia, allo sopo di favorire lo smalimeno del alore dalla zona di aglio Elevaa inerzia himia per eviare he si esali il fenomeno dell usura Basso oeffiiene d ario, allo sopo di impedire eessivi risaldameni nella zona di aglio 3 Maeriali per uensili 1) Aiai al arbonio ed aiai debolmene legai 2) Aiai rapidi e superrapidi (High-Speed Seels, HSS) 3) Leghe fuse di obalo (Sellii) 4) Carburi meallii sinerizzai 5) Carburi meallii rivesii 6) Maeriali eramii 7) Niruro di boro ubio (CBN) 8) Niruro di siliio 9) Diamane polirisallino (PCD) 4 2

3 Proprieà meanihe e fisihe dei maeriali per uensili 5 Aiai al arbonio ed aiai debolmene legai Caraerisihe: elevaa enaià, basso oso, failmene riaffilabili e profilabili, limiaa durezza, resisenza all usura relaivamene bassa Usai nella osruzione di uensili per lavorazioni eseguie a bassa v Composizione himia di due aiai al arbonio per uensili Composizione himia di aiai debolmene legai per uensili Cr: migliora la resisenza all usura W: migliora la durezza a aldo Mn: migliora la emprabilià V: migliora la enaià 6 Al resere del enore di C aumenano durezza e resisenza all usura ma diminuise la enaià 3

4 Aiai rapidi e superrapidi Elevao enore di C (0.7 1%) on aggiune di elemeni di lega. Consenono v noevolmene superiori rispeo agli aiai al C e debolmene legai grazie a di rinvenimeno maggiori. Largamene diffusi per uensili da aglio di forma omplessa (pune elioidali, pune da enro, frese di forma, mashi fileaori, alesaori muliaglieni). Gli aiai rapidi si suddividono in due gruppi: al molibdeno (serie M): fino al 10% di Mo on Cr, V e W al ungseno (serie ): 13 19% di W on Cr e V Serie M araerizzaa da migliore resisenza all abrasione, minori disorsioni durane i raameni ermii e minore oso Resisenza all usura miglioraa mediane rivesimeno di in Gli aiai superrapidi (4 15% di Co) non subisono la dissoiazione a aldo dei arburi doppi e manengono elevaa durezza fino a 600 C. 7 Composizione himia di aluni aiai rapidi e superrapidi per uensili 8 4

5 Andameno della durezza di un aiaio % Co in funzione della emperaura di rinvenimeno 9 Leghe fuse di obalo (sellii( sellii) Composizione himia: Co=38 58%, Cr=30 33%, W=10 20% Composizione % di re diversi ipi di sellie Durezza a ambiene pari a quella degli aiai rapidi ma on valori adeguai alle ondizioni di aglio anhe a elevae Chimiamene più sabili rispeo agli aiai rapidi Buona resisenza all usura Maggior rigidezza rispeo agli aiai rapidi Maggiore fragilià rispeo agli aiai rapidi he non ne onsene l uso in ondizioni di aglio inerroo Disponibili solo in forme relaivamene semplii Coso elevao 10 5

6 Carburi meallii sinerizzai (mealli duri) Cosiuii da una fase dura di arburi meallii (WC, ic, ac, NbC), dal 50 al 95%, inglobaa in una marie meallia on funzione di legane. Prodoi mediane enihe di meallurgia delle polveri Durezza a aldo molo elevaa veloià di aglio elevaa Elevaa onduibilià ermia Basso oeffiiene di dilaazione ermia Elevaa sabilià himia Modulo di Young maggiore (2-3 vole) rispeo agli aiai rapidi enaià noevolmene più bassa rispeo agli aiai 11 Carburi meallii sinerizzai Variazione di alune araerisihe e proprieà meanihe dei arburi sinerizzai in funzione della % di obalo 12 6

7 Carburi meallii sinerizzai Carburi di ungseno (WC): Fase legane a base di Co aglio di ghisa o di maeriali non ferrosi Resisenza all usura inadeguaa per raerizzazione nelle lavorazioni su aiaio a ausa di una migrazione per diffusione di aomi di W e C dal peo dell uensile al ruiolo Durezza a aldo e soprauo resisenza all usura per raerizzazione aresiue aggiungendo ic, ac e NbC Carburi di ianio (ic): Fase legane a base di Ni e Mo Maggiore resisenza all usura e minore enaià rispeo al WC Veloià di aglio più elevae nella lavorazione di aiai legai e ghise rispeo al WC 13 Fabbriazione dei arburi meallii sinerizzai Fasi del proesso enologio di produzione del arburo di ungseno 14 7

8 Durezza a aldo dei maeriali per uensili 15 Inseri La osruzione di un uensile da aglio in un solo maeriale non onsene di soddisfare appieno i prinipali requisii di resisenza rihiesi (elevaa durezza e resisenza all usura dei aglieni, elevaa resisenza agli uri del orpo) Con lo sviluppo degli inseri in arburi meallii sinerizzai è sao possibile osruire uensili di ipo omposio per soddisfare le diverse esigenze Alune forme ipihe di inseri per operazioni di orniura e fresaura 16 8

9 Collegameno dell insero allo selo Uensile da ornio on plahea riporaa mediane brasaura Carburo meallio sinerizzao Problemi: Rishi di fessurazioni o sheggiaure dell insero durane la brasaura Diffiolà nel sosiuire l insero usurao Aiaio da osruzione 17 Bloaggio a vie: Collegameno dell insero allo selo semplie da realizzare pohe pari di riambio ingombro ridoo deflusso del ruiolo non osaolao rihiede l impiego di inseri forai Bloaggio a saffa: onsene l impiego di inseri non forai on inseri piani permee di inerporre fra saffa e insero una piasrina rompiruiolo 18 9

10 Collegameno dell insero allo selo Bloaggio a leva: adao per il bloaggio meanio di inseri fragili (ad es. in maeriali eramii) Bloaggio on sanalaura prismaia: aoppiameno sabile smonaggio rapido 19 Classifiazione ISO dei arburi meallii sinerizzai Aiai low C, inox, ghise mall. Inox aus., aiaio Mn, ghise legae enaià Ghisa, aiaio emprao, non ferrosi Resis. usura 20 10

11 Uensili rivesii Oenui riporando su inseri in arburo meallio (reenemene anhe su uensili in HSS) uno o più srai di maeriale molo duro per aumenare: la resisenza all usura la resisenza alle solleiazioni ermihe senza ridurne la enaià in Al 2 O 3 WC ic 21 Uensili rivesii Requisii dei maeriali da rioprimeno: - elevaa durezza ad ala emperaura - sabilià himia rispeo al maeriale in lavorazione - bassa onduibilià ermia - buon legame on il subsrao per eviare sheggiaure - porosià molo bassa - basso oeffiiene d ario ol ruiolo 22 11

12 Prinipali maeriali uilizzai per il rivesimeno Niruro di ianio (in) basso oeffiiene di ario, elevaa durezza e resisenza alle ale emperaure, buona adesione al subsrao Carburo di ianio (ic) elevaa resisenza ad usura sul fiano nella lavorazione di maeriali abrasivi Ossido di alluminio (Al 2 O 3 ) resisenza alle ale emperaure, bassa onduibilià ermia, elevaa resisenza all usura sul fiano e per raerizzazione, diffiolà di adesione al subsrao poihé himiamene poo reaivo 23 Rivesimeni mulisrao Inseri rivesii a srao doppio e riplo (spessori: 2 12 µm) per ombinare le diverse proprieà di iasun maeriale di rivesimeno. Esempi: subsrao ic in subsrao ic Al 2 O 3 subsrao ic Al 2 O 3 in Srao inerno: deve garanire buona adesione al subsrao Srao eserno: deve garanire buona resisenza all usura e fungere da barriera ermia Srao inermedio: deve essere ompaibile per la realizzazione di un legame sabile on gli alri srai 24 12

13 Proessi di fabbriazione degli inseri rivesii 1) Deposizione himia mediane vapore (Chemial Vapor Deposiion, CVD): Uilizzao per il rivesimeno di uensili in HSS sagomai e molo affilai (es: frese a andela, pune elioidali) 2) Deposizione on maeriale di rioprimeno allo sao di plasma (Physial Vapor Deposiion, PVD): Uilizzao per il rivesimeno di inseri di arburi meallii sinerizzai e per rioprimeni on più srai di maeriali diversi 25 Maeriali eramii Componene prinipale: Al 2 O 3 on enori anhe > 99% Alri omponeni evenualmene preseni: ic e ZrO per inremenare alune proprieà fisihe e meanihe (onduibilià ermia, enaià, resisenza agli shok ermii) Ceramia biana: omposa quasi eslusivamene da Al 2 O 3 oenua on pressaura delle polveri a freddo e suessiva sinerizzazione a emperaure elevae ( C) Ceramia nera (CERME): omposa indiaivamene dal 70% di Al 2 O 3 e dal 30% di ic alri CERME onengono MoC, NbC e ac oenua mediane pressaura e sinerizzazione a emperaure elevae 26 13

14 Maeriali eramii Collegameno al orpo dell uensile mediane bloaggio a saffa (insero privo di foro enrale) per la minore resisenza al aglio Caraerisihe: elevaissima durezza a aldo oima resisenza all usura he onsene di lavorare ad alissime v sabilià himia maggiore degli alri maeriali per uensili elevaa fragilià he provoa un degrado premauro dell insero (aenuao on MU rigide e aglio non inerroo) non idonei alla lavorazione di Al, i e rispeive leghe per la maraa affinià himia di aluni dei loro omponeni Campi di impiego: lavorazione di semifiniura o finiura di pari in ghisa ed in aiaio adoando valori elevai di v e bassi di a lavorazione di aiai dopo raameni ermii di indurimeno superfiiale eviando suessive operazioni di reifiaura 27 Maeriali eramii Alune forme di inseri in maeriale eramio Profili di raordo fra peo e fiano del agliene 28 14

15 Maeriali eramii a base di niruro di siliio Riadono nella famiglia dei eramii anhe se hanno proprieà meanihe e enologihe he differisono sosanzialmene da quelli a base di Al 2 O 3 Componene prinipale: Si 3 N 4 a ui vengono aggiuni Al 2 O 3, ic e Y 2 O 3 Proesso produivo: sinerizzazione Esempio: Sialon (Silion - Aluminum - Oxygen - Nirogen): onserva elevaa durezza a emperaure superiori a quelle dei arburi meallii è più enae della eramia a base Al 2 O 3 e presena migliore resisenza agli shok ermii Campi di impiego: lavorazioni su ghise e superleghe a base i (non sugli aiai) 29 Niruro di boro ubio (Cubi( Boron Niride,, CBN) Caraerisihe: elevaissima durezza (inferiore solo al diamane) oima resisenza all usura per abrasione buona sabilià himia (himiamene inere rispeo a Fe e Ni) Proesso produivo: sinesi a emperaure e pressioni elevae Uilizzo: osruzione di inseri e di mole abrasive inseri prodoi riporando, sopra un insero in arburo, in prossimià del agliene, uno srao soile di CBN mediane brasaura soluzioni più reeni prevedono la realizzazione di inseri on riporo di CBN realizzao durane la sinerizzazione del arburo o in CBN inegrali ma più pioli Oime presazioni in operazioni di finiura su aiaio emprao (Ra=0.3 μm e olleranze molo onenue) ed una duraa del agliene più elevaa rispeo agli inseri in arburo e in eramio Operano, ome i eramii, prevalenemene in ondizioni di aglio a seo 30 15

16 Diamane polirisallino (Poly Crysalline Diamond, PCD) Caraerisihe: elevaissima durezza (seonda solo al diamane naurale) basso ario elevaa resisenza all usura apaià di manenere a lungo l affilaura del agliene Uilizzo: osruzione di inseri e di mole inseri oenui riporando, mediane sinerizzazione, uno srao di parielle di diamane a grana molo fine su un subsrao in arburo Campi di impiego: la fore affinià on il Fe non onsene di lavorare pari in ghisa o aiaio lavorazione di leghe non ferrose e di maeriali non meallii foremene abrasivi oenimeno di olleranze dimensionali molo sree e finiure superfiiali elevae 31 Proessi di fabbriazione degli inseri in PCD Shema del proesso di fabbriazione di un insero in PCD 32 16

17 Proprieà e ampi di impiego dei maeriali per uensili 33 Evoluzione emporale dei prinipali maeriali per uensili 34 17

18 Degrado ed usura degli uensili da aglio Durane la lavorazione l uensile, srisiando onro il ruiolo e la superfiie lavoraa, si usura. agliene nuovo 35 Zona usuraa Degrado ed usura degli uensili da aglio Prinipali ause di degrado delle araerisihe di un uensile a) usura per abrasione b) usura per adesione ) usura per diffusione d) sheggiaura e) deformazione plasia 36 18

19 Degrado ed usura degli uensili da aglio Usura: perdia o asporazione progressiva di maeriale dalla superfiie di un orpo. Originaa da ause diverse he di rado agisono singolarmene: Usura per abrasione: prodoa dallo sorrimeno di una superfiie dura e rugosa su una superfiie più enera. Usura per adesione: originaa dalle elevae pressioni di onao fra ruiolo e uensile he provoano vere e proprie saldaure fra le sporgenze delle superfii a onao Usura per diffusione: prodoa dalla migrazione di aomi araverso l inerfaia uensile-ruiolo ed è originaa da proessi di muua solubilià fra aluni omponeni dei due maeriali a onao 37 Degrado e usura degli uensili da aglio Sheggiaura: asporazione di parielle meallihe in prossimià del agliene per effeo di uri o pressioni eessive Deformazione plasia: si manifesa quando la emperaura della zona di aglio raggiunge valori ali da ausare una riduzione della ensione di sorrimeno plasio del maeriale dell uensile ed una deformazione dello sesso 38 19

20 Modalià di degrado e usura degli uensili da aglio a)per usura dorsale e raerizzazione b)per sheggiaura )per solleiazione di faia d)per deformazione plasia 39 Modalià di degrado e usura degli uensili da aglio 40 20

21 Caraerisihe geomerihe di un agliene usurao Usura sul peo: si manifesa araverso la formazione di una avià o raere originaa prevalenemene per diffusione Usura sul fiano: si manifesa mediane il labbro d usura, araerizzao da una serie di sriaure // alla direzione di aglio originae da fenomeni di abrasione In enrambi i asi l uensile subise una perdia di maeriale e un alerazione: della forma delle dimensioni 41 Labbro d usurad Provoao dallo srisiameno del dorso sulla superfiie lavoraa Sempre presene in maggiore o minore misura Influenza la finiura superfiiale e la preisione dimensionale Prinipali dimensioni: larghezza misuraa araverso il valore medio (VB) o quello massimo (VB max ) lunghezza b (oinide on la profondià di aglio) disanza ra agliene prinipale usurao e originario (N) 42 21

22 Modalià di degrado e usura degli uensili da aglio 43 Craere d usurad Causao dall usura per diffusione he si manifesa a elevae Presene solo negli inseri in maeriali he onsenono di raggiungere v elevae (ad es. i arburi meallii sinerizzai) Non è presene nella lavorazione dei maeriali fragili he danno origine ad un ruiolo inerroo (ad es. ghisa) Deermina l indebolimeno dell insero Prinipali dimensioni: profondià massima (K) larghezza (KL) disanza del enro del raere dal agliene originario (KM) disanze dei bordi del raere dal agliene originario (KB e KF) 44 22

23 Duraa dell uensile E influenzaa: dalla veloià di aglio dall avanzameno dalla profondià di passaa dal maeriale dell uensile dal maeriale in lavorazione dalla geomeria dell uensile dall azione del fluido da aglio se presene 45 Curve di usura del agliene Duraa () definia imponendo un limie al valore di VB. Quando ale limie viene superao, l uensile ha esaurio la via uile: nel aso di uensili inegrali, la geomeria originale del agliene può essere riprisinaa mediane riaffilaura nel aso di uensili on inseri, il agliene viene sosiuio mediane riposizionameno e riambio della plahea Valore massimo dell usura sul dorso (VB max ) dipendene dal maeriale dell uensile e dal ipo di operazione. Orienaivamene: per aiai rapidi: 1.5 mm in orniura e fresaura fronale, 0.5 mm in fresaura periferia, 0.4 mm in foraura e 0.15 mm in alesaura per arburi meallii sinerizzai: 0.8 mm in operazioni di orniura o fresaura di sgrossaura e 0.4 mm in finiura 46 23

24 Curve di usura del agliene Andameno ipio del labbro d usura d in funzione del empo di onao on il ruiolo Perdia delle araerisihe di forma e dimensionali: apaià di aglio ompromessa. Aumeno di forza e emperaura di aglio he può ondurre al ollasso 47 Curve di usura del agliene v è il paramero he influenza maggiormene l usura e quindi la duraa essendo orrelao alla emperaura nella zona di aglio All aumenare di v le urve si sposano verso l alo e la duraa del agliene diminuise Curva -v : andameno di ipo iperbolio Curva -v su sala logarimia: andameno di ipo reilineo 48 24

25 Curve di usura del agliene Se v varia in un inervallo molo ampio Variazione di on v non monoona Per v <v 1 diminuise all aumenare di v e raggiunge un minimo in orrispondenza di v 1 Per v 1 <v <v 2 rese all aumenare di v Per v >v 2 orna a diminuire all aumenare di v e la urva divena monoona. Queso è il rao he, per le elevae v, presena ineresse praio e enio. 49 Curve di usura del agliene Curva di usura per v = 100 m/min 50 25

26 Influenza della veloià di aglio sull usura usura uensile K Grafii K-: andameno di ipo lineare Grafii K- su sala log: andameno reilineo on ree sempre più inlinae, rispeo all asse delle asisse, di quelle relaive a VB 51 Duraa dell uensile: legge di aylor n v = C : duraa uile [min] v : veloià di aglio [m/min] C: osane pari alla v orrispondene ad una duraa dell uensile di 1 min n: sensibilià della duraa alla veloià di aglio Su sala logarimia la legge di aylor assume andameno lineare: C è individuaa dall inersezione on l asse delle asisse per =1 min n è pari alla angene dell angolo minore ra rea e asse delle ordinae n=1 orrisponderebbe ad un proesso di usura a asso osane, dipendene solo dallo spazio perorso e indipendene da v In realà, la emperaura all inerfaia, resene on v, aelera il degrado per ui n<

27 Duraa dell uensile: legge di aylor Valori indiaivi della osane C e dell esponene n dell equazione di aylor Rappresenazione grafia della legge di aylor per: Aiaio rapido (C=60, n=0.15) Carburo meallio sinerizzao (C=300, n=0.3) Maeriale eramio (C=1500, n=0.6) 53 Duraa dell uensile: legge di aylor generalizzaa v a p = C a: avanzameno [giri/min] p: profondià di passaa [mm] r: sensibilià della duraa all avanzameno s: sensibilià della duraa alla profondià di passaa n r s = C 1 n v 1 n a r n p s n Uensili in aiaio rapido (n=0.15, r=0.6, s=0.15): = C 7 v 7 a 4 p 1 a è il paramero he, dopo v, eseria la maggiore influenza su 54 27

28 Duraa dell uensile: legge di aylor generalizzaa = C 1 n v 1 n a r n p s n Per manenere invariaa, ad un aumeno di v deve orrispondere una diminuzione di a e/o p Sgrossaura: la prinipale rihiesa è asporare elevae quanià di ruiolo è opporuno adoare sezioni del ruiolo (p a) grandi e v moderae Finiura: è neessario adoare bassi valori di a si uilizzano v maggiori Per aumenare la sezione del ruiolo è preferibile aresere p poihé ha una minore inidenza su rispeo ad a 55 Duraa dell uensile Influenza di v e di a sulle modalià di degrado di un uensile in meallo duro nella lavorazione di un aiaio inox auseniio: v basse: agliene di riporo. La v a ui sompare diminuise al resere di a v medio-ale: degrado per raerizzazione e deformazione plasia. Al resere di a, ali meanismi si innesano e divenano marai a v più basse La zona di uilizzazione è delimiaa dai diversi meanismi di degrado (area più hiara) 56 28

29 Lavorabilià Aiudine di un maeriale a subire lavorazioni di aglio on asporazione di ruiolo. Puno di visa eonomio: definia ome pezzi/h, oso di lavorazione Puno di visa enologio: definia on riferimeno ad uno dei rieri: a)duraa del agliene: la lavorabilià è proporzionale al volume di ruiolo asporao durane il periodo di via uile dell uensile b)forza ed energia assorbia nel aglio: la lavorabilià è inversamene proporzionale all energia speifia di aglio )Finiura ed inegrià superfiiale: la lavorabilià è ano maggiore quano migliore è la finiura superfiiale e/o l inegrià superfiiale d)ipo e forma del ruiolo: un maeriale lavorabile onsene di oenere ruioli frammenai failmene evauabili Diffiilmene un maeriale soddisfa ui i rieri elenai quanifiazione della lavorabilià piuoso aleaoria 57 Indie di lavorabilià Rapporo ra la v orrispondene ad una duraa prefissaa dell uensile nella lavorazione del maeriale in prova e quella orrispondene alla sessa duraa nella lavorazione di un maeriale ampione (AISI B 1112 per i maeriali ferrosi) I = v v maeriale in prova maeriale ampione Lavorabilià proprieà di sisema ui i parameri he la araerizzano devono essere definii in modo preiso (norma ISO : odifia le proedure sperimenali per la valuazione di I) 58 29

30 Lavorabilià Influenzaa signifiaivamene dalle proprieà fisihe e meanihe del maeriale in lavorazione: bassa duilià: onsene formazione e disao del ruiolo on minimo sorrimeno e failia la roura del ruiolo bassa τ s : ridue l energia e quindi la forza di aglio Debole legame meallurgio ra uensile e ruiolo: ridue l usura per diffusione ridoa presenza di inlusioni dure: ridue l usura per abrasione elevaa onduibilià: ridue le emperaure raggiune nella zona di aglio e nella pare di uensile a direo onao basso puno di fusione: ompora emperaure non roppo elevae nella zona di aglio e quindi ridue il rishio di deformazioni plasihe dell uensile o di reazioni himihe 59 Lavorabilià dei maeriali meallii Aiai: aumeno di durezza e resisenza meania e diminuzione della lavorabilià al resere del C% e degli elemeni di lega Aiai ad elevaa lavorabilià: oenui on aggiuna di elemeni di lega ome Pb o S he però riduono le proprieà meanihe. Uilizzai quando la lavorabilià è prioriaria rispeo alle proprieà meanihe (solleiazioni non gravose) Aiai inossidabili: - auseniii: diffiili da lavorare sia per la endenza ad inrudire, sia per la bassa onduibilià ermia; - ferriii: presenano buona lavorabilià, simile a quella degli aiai al C debolmene legai; - marensiii: sono generalmene abrasivi e rihiedono uensili ad elevaa durezza a aldo e resiseni all usura

31 Lavorabilià dei maeriali meallii Ghise: buone araerisihe di lavorabilià relaivamene alla formazione del ruiolo (la grafie, soprauo in forma sferoidale, favorise la fraura del ruiolo a ausa della sua resisenza meania inferiore rispeo a quella della marie meallia), alle v ammissibili, alla duraa degli uensili e all energia assorbia durane il aglio. Al e sue leghe: soddisfano la maggior pare dei rieri di lavorabilià. Le basse emperaure nella zona di aglio permeono di adoare v elevae Cu e sue leghe: il Cu ha bassa lavorabilià he migliora sensibilmene nel aso di leghe (oone meglio del bronzo) 61 Aspei eonomii nel aglio dei mealli Faori onsiderai nelle diverse sraegie di oimizzazione: Cilo di lavorazione Disponibilià e sela delle MU Possibilià di eseguire più operazioni onemporaneamene Maeriale del pezzo e sua lavorabilià Maeriale, ipo e geomeria dell uensile Parameri di aglio Condizioni di lubro-refrigerazione Crieri di oimizzazione: a) minimo oso b) massima produivià ) massimo profio 62 31

32 Cosi di un operazione di asporazione Coso omplessivo di una singola operazione di aglio seondo il modello proposo da Gilber: C = Ci Cl Cu Cu Cg C i : oso assoiao al empo di non aglio (o improduivo); C l : oso della lavorazione; C u : oso dell operazione di sosiuzione dell uensile; C u : oso dell uensile; C g : osi generali di produzione riparii per pezzo. 63 Coso assoiao al empo di non aglio (o improduivo) Comprende: il empo per l arezzaggio della mahina [ a, min/pezzo] il empo per le operazioni di ario e sario del pezzo sulla mahina [ s, min/pezzo] il empo di apposameno dell uensile [ ap, min/pezzo] Ci = m ( a s ap ) = m i m : oso della mahina e della manodopera per unià di empo [ /min] i : empo improduivo [min/pezzo] 64 32

33 Coso della lavorazione Coso assoiao al empo in ui la MU esegue l operazione di aglio on asporazione di ruiolo: Cl = m l l : empo di aglio dell operazione [min] Esempio: orniura longiudinale di un pezzo ilindrio l L = = n a D:diamero del pezzo [mm] L: lunghezza del pezzo [mm] π DL 3 10 v a v : veloià di aglio [m/min] a: avanzameno [mm] n: veloià di roazione del pezzo [giri/min] 65 Coso dell operazione di sosiuzione dell uensile Deve essere ripario sul numero di pezzi (N p ) lavorai on il medesimo uensile (o agliene per uensili pluriaglieni): C u u = m Np = l m u u : empo rihieso per l operazione di sosiuzione dell uensile o agliene [min] : duraa dell uensile o agliene [min] 66 33

34 Coso dell uensile ripario sulle pari lavorae Cu = u Np = l u u : oso dell uensile (o agliene) relaivo alla duraa [ /agliene]. Per uensili a aglieni mulipli: C ins u = n C ins : oso del singolo insero [ ] n : numero di inseri dell uensile 67 Cosi generali di produzione riparii per pezzo Cg = g g : oso per unià di empo omprendene ue le voi di spesa a araere generale (quoe di ammorameno di impiani, spese generali di gesione, energia, maeriali di onsumo, manuenzione,.) [ /min] : empo omplessivo rihieso dalla lavorazione di un pezzo [min]: l = i l u 68 34

35 35 69 Coso oale di un operazione C l u g m l u l g m i g m = ) ( ) ( ) ( C l u L l u l L i L = L : oso omplessivo della lavorazione per unià di empo [ /min] g u u l i C C C C C C = 70 Andameno qualiaivo dei osi di una lavorazione in funzione della veloià di aglio Esempio: orniura longiudinale a v L D a v L D a v L D C u L u L i L = π π π Appliando la legge di aylor alla relazione preedene e ponendo: n n n u u L L i L C v H v H C 1/ ) / (1 ) ( = a L D H = 3 10 π si oiene:

36 Andameno qualiaivo dei osi di una lavorazione in funzione della veloià di aglio Esempio: orniura longiudinale (1 n) / n H v C = L i L ( L u u ) H v 1/ n C 71 v Veloià di aglio di minimo oso Si oiene uguagliando a zero la derivaa prima rispeo a v del oso oale: C min = C (1 n) n ( u / ) A parià di ondizioni, uensili di basso oso uniario e rapidamene sosiuibili porano a v Cmin elevae u L n Noa v Cmin, dalla legge di aylor eonomia del agliene ( e ): e 1 n = n 72 u si risale alla duraa u L 36

37 Veloià di aglio di massima produivià E la v he minimizza il empo rihieso per lavorare un singolo pezzo. Nel aso di orniura longiudinale: ( 1 n) / n l H v = i l u = i u H v 1/ n C Il primo ermine è indipendene da v, il seondo è inversamene proporzionale a v menre il erzo rese all aumenare di v ammee una ondizione di minimo La veloià di aglio di massima produivià si oiene derivando rispeo a v e uguagliando a zero: v P max C = 1 n n u n v Pmax > v Cmin Se u << L v Cmin v Pmax 73 Andameno del oso oale di lavorazione e produivià in funzione della veloià di aglio Coso oale (C ): linee raeggiae Produivià (P): linee oninue La sela di un uensile è più imporane di quella della v Al resere di n v influenza in modo meno marao P e C 74 37

38 Oimizzazione enendo ono dell avanzameno Si possono ripeere le onsiderazioni fae a proposio della v. Si riava a dalla legge di aylor generalizzaa Si sosiuise ale espressione nella relazione di C Si deriva rispeo ad a (on v e p osani) e si uguaglia a zero oenendo l avanzameno he minimizza il oso: 1 Cr acmin = 1 s n r r r n u r v p u n m Noa a Cmin si può riavare la duraa eonomia dell uensile sulla base dell avanzameno: r n = u e u n L 75 Oimizzazione enendo ono della veloià di aglio e dell avanzameno Faendo variare simulaneamene sia a he v, per rovare il minimo dei minimi, si devono annullare simulaneamene le due derivae parziali rispeo ad a e v. ale minimo esise se: 1 n r n = n n ovvero quando n=1. Poihé n<1 il minimo dei minimi non esise 76 38

39 Oimizzazione enendo ono della veloià di aglio e dell avanzameno e = r n n u u L Per realizzare la lavorazione al minimo oso è neessario segliere l avanzameno max e la veloià di minimo oso orrispondene 77 Veloià di aglio di massimo profio Se si india on S il riavo oenuo per un operazione di aglio, si definise profio il rapporo fra la differenza (S-C ) ed il empo oale P r S = C 78 39