PRINCIPALI LAVORAZIONI DI BASE E RELATIVE ATTREZZATURE DI LABORATORIO (FUCINATURA, STAMPAGGIO, LAMINAZIONE, TRAFILATURA, ESTRUSIONE, IMBUTITURA)

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1 PRINCIPALI LAVORAZIONI DI BASE E RELATIVE ATTREZZATURE DI LABORATORIO (FUCINATURA, STAMPAGGIO, LAMINAZIONE, TRAFILATURA, ESTRUSIONE, IMBUTITURA) PRINCIPALI PROCEDIMENTI DI PRODUZIONE I principali metodi di produzione sono quelli per: Fusione Deformazione plastica Asportazione di truciolo Anche tramite pezzi saldati, o da lavorazione della lamiera, o per sinterizzazione è possibile ottenere un prodotto finito. 1) FUSIONE È un procedimento con il quale il materiale, dopo essere stato portato allo stato liquido mediante riscaldamento, viene colato in opportune forme, nelle quali solidifica prendendo forma e dimensioni. 2) DEFORMAZIONE PLASTICA È un procedimento con il quale il materiale, a freddo o a caldo, in seguito all applicazione di una forza, raggiunge la forma e le dimensioni volute. 3) ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO È un procedimento con il quale il materiale, sotto forma di un grezzo indefinito (barra, piastra ) è lavorato con l uso di utensili che asportano progressivamente il sovrametallo sotto forma di truciolo, cosicché il pezzo, per fasi successive, assume la forma e le dimensioni volute. 1

2 SCELTA DEL METODO DI FABBRICAZIONE I fattori che influenzano la scelta del metodo di fabbricazione sono: Il numero dei pezzi da produrre Il materiale utilizzato La precisione dei pezzi Le macchine disponibili nell azienda Il tempo assegnato Il fattore economico Nel caso di pochi pezzi piccoli è consigliabile utilizzare le macchine utensili tradizionali che lavorano per asportazione di truciolo (tornio, trapano, fresatrice, rettificatrice ), che, partendo da grezzi indefiniti come le barre, forniscono pezzi di buona precisione. Nel caso di lavorazione in serie (migliaia di pezzi) si può ricorrere a macchine utensili speciali, automatiche o a controllo numerico. Oppure si può ricorrere alla fusione o allo stampaggio a caldo, mediante i quali si ottengono grezzi definiti. Ghisa, leghe del rame e leghe dell alluminio sono adatte alla fusione; l acciaio è adatto allo stampaggio. Di contro, in questi due casi, occorre considerare il costo degli stampi (progettazione ed esecuzione) nonché la successiva finitura alle macchine utensili (ove richiesta). LAVORAZIONI PER DEFORMAZIONE PLASTICA La proprietà tecnologica che devono possedere i materiali perché possano essere lavorati per deformazione plastica é la plasticità. La plasticità é la capacità che ha un materiale di cambiare permanentemente di forma, sotto l effetto di forze esterne, senza rompersi. La plasticità può distinguersi in: - malleabilità, quando sotto l azione di forze di compressione, il materiale viene ridotto in lamine; - duttilità, quando sotto l azione di forze di trazione, il materiale viene ridotto in fili - piegabilità, quando sotto l azione di forze di flessione, il materiale viene piegato senza che si verifichino in esso screpolature. Principali lavorazioni plastiche sono: - laminazione - trafilatura - estrusione - fucinatura (stampaggio) In questa categoria possono essere incluse anche alcune lavorazioni della lamiera: - piegatura - imbutitura - stampaggio Le lavorazioni plastiche dei metalli, poiché non devono determinare la rottura dei materiali ma solo la loro deformazione permanente, devono avvenire solamente mediante l applicazione di carichi superiori a quelli di snervamento ed inferiori a quelli di rottura (vedi diagramma carichiallungamenti nella prova di trazione). 2

3 Le lavorazioni per deformazione plastica possono essere eseguite a caldo o a freddo, a seconda delle caratteristiche del metallo ed anche della forma più o meno complicata che deve assumere il pezzo. Lavorazioni a caldo e a freddo 1) Perché una lavorazione possa dirsi effettuata a caldo, é necessario che avvenga al di sopra di una temperatura caratteristica del metallo detta Temperatura di ricristallizzazione. Temperature di ricristallizzazione per alcuni materiali Acciai 850 Alluminio 275 Rame 250 La ricristallizzazione é il processo di formazione e crescita nel metallo, mediante somministrazione di calore, di nuovi grani cristallini. Risultato della ricristallizzazione é un addolcimento della struttura cristallina del materiale. A caldo aumenta la plasticità del materiale, che acquista uno stato pastoso. Perché la lavorazione plastica sia possibile, é necessario che tale stato pastoso duri per un intervallo di tempo e di temperatura sufficientemente lungo (cioè che non si abbia rapidamente il passaggio dallo stato solido allo stato liquido) durante il quale il pezzo possa essere trasferito dal forno alla macchina ed essere per esempio stampato. E inoltre essenziale che la massa del materiale sia omogenea, ossia i cristalli che costituiscono il materiale abbiano approssimativamente la stessa resistenza agli sforzi meccanici (per esempio la ghisa, che é costituita da cristalli duri di cementite e da cristalli teneri di ferrite, non é lavorabile plasticamente perché, quando soggetta a forze esterne di deformazione, la cementite, che é fragile, si romperebbe mentre la ferrite si deformerebbe). 2) Una lavorazione si dice a freddo quando avviene ad una temperatura inferiore a quella di ricristallizzazione. Fenomeno rilevante é in tal caso l incrudimento del materiale, cioè uno sminuzzamento della struttura cristallina ed una distorsione del reticolo cristallino, che provocano un aumento della durezza e della fragilità. L incrudimento si può eliminare con un trattamento termico di ricottura. Lavorabilità dei principali materiali per deformazione plastica (fucinabilità) L acciaio é lavorabile plasticamente a caldo. L aumento della percentuale di carbonio diminuisce la plasticità. L intervallo di temperatura entro il quale può essere lavorato l acciaio per deformazione plastica (per esempio stampaggio) é di C. Le ghise comuni non sono lavorabili per deformazione plastica perché non sono malleabili né a freddo né a caldo. Esse non presentano, inoltre, la fase di rammollimento (stato pastoso) in quanto passano rapidamente dallo stato solido allo stato liquido. Il rame é fucinabile a freddo; riscaldato diventa fragile. L ottone, che é una lega rame-zinco, é fucinabile a freddo e a caldo solo se ha zinco inferiore al 38 %, altrimenti é fucinabile solo a caldo. Il bronzo, che é una lega rame-stagno, non é fucinabile. L alluminio e le sue leghe sono fucinabili a freddo e a caldo. 3

4 Principali lavorazioni per deformazione plastica 1) Laminazione E un processo mediante il quale si produce l allungamento, lo schiacciamento e la sagomatura di un blocco di metallo (massello o lingotto) fatto passare tra due rulli, detti cilindri, rotanti in senso contrario, aventi elevata durezza, tenacità, resistenza all usura. Essi sono costruiti in acciaio speciale al Cr-Mn o in ghisa sferoidale. Di solito, i cilindri hanno diametro D = mm e lunghezza L 3,5 D. Per mezzo della laminazione (a caldo, più raramente a freddo) si trasformano i masselli metallici o lingotti prodotti dalle acciaierie in forme commerciali adatte per ulteriori lavorazioni (semilavorati) o per l impiego diretto (es.: profilati, lamiere, barre, rotaie ferroviarie...) - Temperature di laminazione La temperatura alla quale si può effettuare la laminazione dipende ovviamente dal materiale. Acciai da fucinatura Hanno basso tenore di carbonio. La temperatura di inizio laminazione deve essere T i = 1250 C circa. La temperatura dei lingotti prima dell ultimo passaggio non deve essere inferiore T u = 850 C. Treni di laminazione In genere, per ottenere un dato profilo, occorrono diversi passaggi, coi quali ci si avvicina gradualmente alla forma definitiva. Il complesso di due o più cilindri e dell incastellatura relativa prende il nome di gabbia. 4

5 Più gabbie in serie con i relativi trasportatori intermedi costituiscono un treno di laminazione. Si distinguono varie tipologie di treni di laminazione, tra i più diffusi e il laminatoio duo tandem (ideale per regolarità e velocità di laminazione di grossi lingotti, é adatto per lavorazione in serie nelle acciaierie). - Prodotti della laminazione Per mezzo della laminazione si trasformano i masselli metallici o lingotti prodotti dalle acciaierie e dalle fonderie in forme commerciali adatte per ulteriori lavorazioni o per l impiego diretto (rotaie ferroviarie, profilati...). Nella tabella seguente sono indicati alcuni prodotti della laminazione. Semilavorati Quadrati Rettangolari Tondi Per profilati Blumi Billette Bramme Billette rettangolari s > 120 mm S = mm S > S = D > 70 mm A > mm 2 mm 2 mm 2 Prodotti finiti Lamiere Nastri Barre Profilati Vergella Fili Sottili s < 3 Medie s < 5 Spesse s > 5 Larghi l > 600 Stretti l < 600 S > 169 mm 2 T ; I ; [ ; L Come barre ma con S < 169 mm 2 Tonde Triangolari Quadre Rettangolari Poligonali Ottenuti dalla vergella a freddo 5

6 2) Trafilatura Consiste nel ridurre la sezione di un filo, di un tubo o di una barra costringendola a passare a freddo, mediante uno sforzo di trazione, attraverso un foro (detto trafila o filiera) avente una sezione più piccola. I materiali utilizzati per la trafila sono la ghisa fusa in conchiglia metallica o acciai al tungsteno trattati e rettificati. A causa dell attrito e del restringimento della sezione, il moto di traslazione degli strati esterni del metallo viene ritardato rispetto al moto degli strati interni e perciò le zone centrali avanzano con velocità maggiore rispetto alle zone periferiche. - Produzione di un filo in acciaio: rapporto di riduzione La produzione dei fili metallici avviene mediante macchine trafilatrici. Sul banco di esse sono fissate le filiere (F), che hanno diametro decrescente, seguite dai rulli avvolgitori (D). Un tamburo avvolgitore (H) arrotola il filo in matasse. La macchina illustrata appresso riduce un tondino di Φ8 mm a filo di Φ1,4 mm, facendolo passare attraverso 9 filiere disposte in serie. 3) Estrusione E una lavorazione plastica mediante la quale, agendo per compressione, si costringe il materiale a passare attraverso un foro a contorno più o meno regolare (matrice). L estrusione può essere diretta, inversa o per corpi cavi. Nel caso di estrusione diretta il massello, posto all interno di un contenitore, viene estruso tramite un mandrino compressore ed è costretto a passare attraverso una matrice che ha la forma del particolare. Il metodo è utilizzato per estrudere particolari aventi dimensioni notevoli o profili complicati. Nell estrusione inversa, il mandrino compressore è costituito da un cilindro cavo che, agendo sulla matrice, costringe il materiale a risalire all interno del tubo. Nel terzo caso, detto anche estrusione dalla pastiglia, sotto l azione di un punzone, il metallo, posto all interno di una matrice, viene schiacciato e, non potendosi espandere lateralmente, è costretto a risalire attorno al punzone stesso. Il metodo è utilizzato per fabbricare piccoli astucci, capsule cilindriche in lega leggera o ottone, bossoli ecc. L estrusione può avvenire a caldo o a freddo. In quest ultimo caso le pressioni da applicare sul massello sono notevolmente più elevate. 6

7 Temperature di estrusione - Acciai legati 1300 C - Rame 950 C - Ottone 800 C - Leghe di alluminio 480 C - Electron 380 C - Zinco 100 C Possono essere estrusi a freddo pezzi di piccole dimensioni in alluminio, ottone, piombo, rame, stagno, zinco ed anche in acciaio dolce (C < 0,2 %) 4) Stampaggio a caldo E un operazione di formatura a caldo durante la quale il materiale viene compresso tra due utensili (stampo e controstampo) in cui é ricavata un impronta che riproduce in negativo la forma finale del pezzo. Caratteristiche dei pezzi stampati: fibrosità La fucinatura, rispetto alle altre lavorazioni, mantiene le migliori caratteristiche di resistenza meccanica del materiale lavorato. Ciò dipende essenzialmente dalla fibrosità dei metalli, che conferisce loro una notevole tenacità. Nei pezzi fucinati le fibre, formatisi con la laminazione, si deformano e tendono a seguire la forma del pezzo. Le fibre non risultano interrotte e questo rende il pezzo più resistente. - Utensili per lo stampaggio Gli utensili per lo stampaggio sono detti stampo e controstampo. Essi sono soggetti a notevoli sollecitazioni sia meccaniche che termiche. Essi sono infatti sottoposti a forze di stampaggio capaci di produrre carichi unitari fino a [N/mm 2 ] nel caso di stampaggio al maglio. Subiscono inoltre forti variazioni di temperatura durante il servizio (da 80 a 150 C) a causa del contatto col materiale caldo da stampare. Tali variazioni di temperatura sono più severe nel caso di stampaggio alla pressa in quanto il contatto tra materiale e utensile dura più a lungo che nel caso di stampaggio al maglio. I materiali per utensili da stampaggio devono avere pertanto i seguenti requisiti: - elevata durezza, resilienza, resistenza meccanica - elevata resistenza all usura - elevata refrattarietà - elevata resistenza alle variazioni di temperatura - buona lavorabilità - disponibilità ai trattamenti termici 7

8 Generalmente per lo stampaggio sono utilizzate presse meccaniche o idrauliche, la cui forza é trasmessa a tutta la massa metallica e perciò si possono fucinare pezzi anche di spessore notevole. - Presse eccentriche Sono impiegate per lavori di stampaggio, di tranciatura e di imbutitura poco profonda (quando a semplice effetto). Per imbutiture profonde si impiegano presse a doppio effetto (provviste cioè di un dispositivo premilamiera). Principio di funzionamento Il pignone (3), azionato da un motore elettrico attraverso un conveniente riduttore, mette in movimento il volano dentato (1). Attraverso l eccentrico (2) e la biella (4), il moto circolare del volano é trasformato in moto alternativo e trasmesso alla slitta-traversa mobile (5). Il punzone (6) effettua così il movimento rispetto alla matrice (7). La corsa della pressa, cioè la distanza percorsa dallo slittone in una direzione durante una rotazione dell albero, é data da: H = 2 e dove e = eccentricità tra perno eccentrico ed albero. - Presse idrauliche Sono impiegate per lavori di stampaggio e di imbutitura profonda. La forza di compressione é fornita da un fluido in pressione (acqua, olio...). La pressione dell olio é di [MPa]. Il funzionamento delle presse idrauliche é basato sul principio del torchio idraulico o di Pascal. Applicando una forza F 1 sullo stantuffo di sezione S 1, il liquido viene sottoposto ad una pressione p = F 1 / S 1 ; questa pressione, agendo sullo stantuffo di sezione S 2, origina una forza F 2 maggiore. Infatti: p = F 1 / S 1 = F 2 / S 2 da cui: F 2 = (F 1 / S 1 ) S 2 8

9 Ne consegue che, facendo S 1 molto piccolo ed S 2 molto grande, si possono ottenere forze F 2 rilevanti. Esempio: S 1 = 1 [cm 2 ] S 2 = 100 [cm 2 ] F 1 = 10 [N] Si ha: F 2 = (F 1 / S 1 ) S 2 = (10 / 1) 100 = [N] Principio di funzionamento In una robusta incastellatura sono sistemati il cilindro di compressione ed il cilindro di sollevamento. Una valvola (3) permette di inviare il liquido sottopressione, fornito da una pompa e proveniente dalla condotta (1), nell uno o nell altro cilindro situati nella traversa fissa (4), dove agiscono lo stantuffo di sollevamento (2) e lo stantuffo di compressione (5). Questi determinano lo spostamento della traversa mobile portamazza (6) sulle aste di guida (7) ottenendo così la corsa di sollevamento della mazza o quella di lavoro. LAVORAZIONI DELLE LAMIERE L impiego delle lamiere, come materiali grezzi per la produzione di pezzi meccanici, é molto esteso: i laminati sottili, in fogli o in rotoli o in nastri, superano il 50 % dell utilizzazione dell acciaio nel mondo. 1) Taglio Viene eseguito per mezzo di cesoie che, superando la resistenza del materiale, recidono la lamiera secondo il piano in cui scorrono i taglienti. Lo sforzo occorrente per il taglio dipende dalla durezza del materiale da tagliare e dalla sezione della lamiera (spessore e lunghezza). Le cesoie possono essere o a lame parallele o a lama inclinata. Nel secondo caso lo sforzo occorrente per il taglio é circa un quarto di quello necessario nel caso di cesoia a lama parallela. 9

10 2) Tranciatura e Punzonatura Consiste nel taglio di una lamiera che si estende simultaneamente o progressivamente ad una linea chiusa avente la forma degli utensili impiegati: punzone e matrice. Si parla di tranciatura nel caso della produzione di dischi (la lamiera residua é sfrido ); si parla di punzonatura nel caso della produzione di lamiere forate (i dischi residui sono sfridi ). Nel caso di attrezzature per punzonatura o tranciatura, per impedire che, per effetto dell attrito, il punzone trascini la lamiera, é bene che la macchina sia provvista di un apposito anello o disco premilamiera, avente il compito di mantenere il bordo del pezzo da tagliare aderente alla matrice finché dura l azione del punzone. Per rendere possibile il movimento relativo tra punzone e matrice deve esistere un certo gioco, uguale lungo tutto il perimetro di taglio. La rottura ed il conseguente distacco della lamiera avvengono per una corsa attiva del punzone inferiore allo spessore della lamiera. 3) Piegatura Consiste nel sottoporre la lamiera ad una sollecitazione di flessione con una forza (applicata mediante un punzone) che deformi permanentemente la lamiera stessa (senza romperla), in modo da costringerla ad assumere la forma prefissata della matrice. Si deve considerare la sollecitazione al limite di snervamento, perché il materiale non deve rompersi ma solo deformarsi plasticamente. 10

11 La piegatura si esegue con macchine che, nell aspetto, somigliano molto alle cesoie a lame parallele con la differenza che la lama superiore é sostituita da un punzone con le superfici di lavoro corrispondenti all angolo diedro della piegatura che si vuol ottenere, mentre al posto della lama inferiore si ha uno stampo (matrice) che riproduce in negativo la forma del punzone. 4) Imbutitura C onsi ste nell a trasf ormazione di un pezzo di lamiera piana in un pezzo conformato a scodella, scatola ecc. Anche per questa operazione, che può avvenire in più fasi a seconda della profondità dell oggetto da imbutire, si impiegano presse attrezzate con appropriati stampi costituiti da un punzone, una matrice ed un premilamiera. Per garantire il funzionamento dello stampo ed evitare riduzioni di spessore della lamiera durante l imbutitura, il gioco viene scelto maggiore o uguale allo spessore del materiale. Punzone e matrice devono avere un raggio di curvatura. 5) Stampaggio Per stampaggio della lamiera s intende la lavorazione di deformazione plastica che trasforma mediante una pressa e apposite attrezzature una lamiera piana in un pezzo a superficie curvilinea. Lo stampaggio non differisce sostanzialmente dall imbutitura se non per il fatto che sono stampo e controstampo, al posto di punzone e matrice, a costringere la lamiera ad assumere la forma voluta. 11

12 PRINCIPALI MACCHINE UTENSILI (TRAPANO, TORNIO, FRESATRICE, RETTIFICATRICI ECC.) LAVORAZIONE PER ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO Nelle lavorazioni per asportazione di truciolo viene sfruttata la proprietà tecnologica della truciolabilità. Mediante le lavorazioni per asportazione di truciolo, al grezzo indefinito o definito, semilavorato oppure ottenuto per fusione o stampaggio, si conferiscono le dimensioni e la forma definitive impiegando macchine utensili la cui scelta e le cui condizioni di lavoro influiscono sensibilmente sulla qualità del manufatto e sul suo costo. La lavorazione per asportazione di truciolo, in generale, consiste nell asportare a freddo, mediante un utensile opportunamente sagomato, il materiale eccedente (sovrametallo) sotto forma di trucioli. La macchina utensile, che sostiene il pezzo e l utensile, fornisce a questi i movimenti necessari per l asportazione di truciolo. Le macchine utensili ad asportazione di truciolo possono essere: - a moto rotatorio (tornio, fresatrice, trapanatrice...) - a moro rettilineo (limatrice, stozzatrice, brocciatrice...) - con utensili abrasivi (molatrice, rettificatrice...) La lavorazione dei materiali mediante asportazione di truciolo richiede lo studio preventivo dei seguenti elementi: - forma dell utensile - movimenti da imprimere al pezzo ed all utensile - condizioni di lavoro per ottenere la massima utilizzazione del tagliente (compatibilmente con la potenza della macchina) - Utensile elementare e suoi angoli caratteristici L utensile più elementare é costituito da uno stelo prismatico munito di una testa di forma appropriata, costituente la parte attiva. Questa comprende le seguenti parti: - AB = faccia superiore o petto (su cui scorre il truciolo) - AC = faccia inferiore o fianco (inclinato per evitare lo strisciamento col pezzo) - A = spigolo tagliente Rispetto all asse di riferimento y-y passante per la punta dell utensile, sono individuati tre angoli caratteristici: - α = angolo di spoglia inferiore, formato dalla faccia inferiore col piano normale a quello di riferimento contenente l asse y-y; - β = angolo di taglio, formato dalla faccia inferiore con la faccia superiore; 12

13 - γ = angolo di spoglia superiore, formato dal petto dell utensile col piano di riferimento contenente l asse y-y. La somma degli angoli é: α + β + γ = 90 La forma dell utensile dipende principalmente dal materiale da lavorare e dal genere di lavoro da eseguire. - Moti fondamentali I moti fondamentali delle macchine utensili che lavorano per asportazione di truciolo sono il moto di taglio ed il moto di alimentazione. A seconda della macchina, tali movimenti possono essere posseduti dal pezzo o dall utensile o da entrambi. a) Il moto di taglio (o di lavoro), é quello che provoca il distacco del truciolo dal pezzo (nel tornio é posseduto dal pezzo). Tale movimento é impresso dalla macchina attraverso il mandrino ed é caratterizzato da una velocità di taglio V t in m/min, o meglio da un numero di giri n in giri/min. b) Il moto di avanzamento (o di alimentazione), é quello che porta sempre nuovo materiale da asportare sotto l azione dell utensile (nel tornio é posseduto dall utensile). Tale movimento é trasmesso dalla macchina utensile attraverso appropriati servomeccanismi ed é caratterizzato da un avanzamento per giro a g in mm/giro o meglio da una velocità di avanzamento V a in mm/min. E la combinazione dei movimenti suddetti che causa la formazione di truciolo. - Condizioni di lavoro Rappresentano i parametri di taglio che l operatore deve impostare ed utilizzare durante la lavorazione: numero di giri del mandrino (velocità di taglio), profondità di passata, avanzamento per giro. Tali parametri devono essere scelti, tra l altro, in funzione del materiale da lavorare e del materiale dell utensile. Il Tornio parallelo Il tornio é la macchina utensile più adoperata perché consente l esecuzione di moltissimi lavori ad un costo relativamente basso. Esso é detto semplice quando l avanzamento é effettuato a mano; é detto parallelo quando é provvisto di avanzamento automatico. Il tornio parallelo, perché lento e non molto preciso, non permette una produzione in serie. Esso é quindi 13

14 utilizzato soprattutto nelle piccole e medie industrie, dove vengono prodotti pezzi singoli o piccoli lotti (numero limitato di pezzi). Tra le svariate lavorazioni eseguibili al tornio ricordiamo: 1) torniture cilindriche 2) torniture coniche 3) filettature esterne ed interne 4) torniture in piano o sfacciature 5) troncature (e gole) 6) torniture sferiche 7) zigrinature 8) forature 9) alesature - Parti del tornio Con riferimento alla figura precedente, le parti principali di un tornio parallelo sono il bancale, la testa motrice, la controtesta e il carrello. a) Bancale Il bancale ha la funzione di sostenere le diverse parti che compongono il tornio. Esso, data la dimensione, la forma complessa e la presenza delle nervature che gli conferiscono rigidità, é ottenuto per fusione, generalmente in un unico blocco. Per questo il materiale utilizzato per la fabbricazione é la ghisa, che é colabile, smorza le vibrazioni ed essendo autolubrificante per la presenza del carbonio grafitico, consente di ricavare le guide longitudinali direttamente sul bancale. Tra le ghise speciali più utilizzate sono la ghisa sferoidale e la ghisa Meehanite. Più raramente sono utilizzati parti di acciai saldati per la realizzazione del basamento. Le guide di ghisa hanno durezza elevata, resistenza all usura, basso coefficiente d attrito (0,2 0,4) e bassa rugosità (R a = 0,4 0,6 µm). b) Testa motrice Posizionata sul bancale, a sinistra dell operatore, é in pratica una scatola a tenuta d olio, realizzata anch essa per fusione di ghisa, contenente vari organi meccanici ed in particolare il mandrino. Il mandrino ha la funzione di trasmettere il moto rotatorio continuo di lavoro (moto di taglio) al pezzo. Esso é costruito in acciaio speciale al nichel-cromo-molibdeno ed internamente cavo per consentire il passaggio delle barre che devono essere lavorate. 14

15 Il mandrino, che durante la lavorazione é sottoposto a varie sollecitazioni di flessione (peso del pezzo, forze esercitate dall utensile sul pezzo, azione delle cinghie...) nonché a riscaldamento ed usura, é sostenuto agli estremi da due supporti (cuscinetti a sfere e a rulli). c) Controtesta (o toppo mobile) Ha la funzione di sorreggere il pezzo (cosiddetto tra punta e contropunta ) quando questo, data una notevole lunghezza, non può essere montato solo nel mandrino ma deve anche essere sostenuto all estremità destra rispetto alla posizione dell operatore. La linea immaginaria che passa tra la punta del mandrino e la contropunta della controtesta, costituisce l asse del tornio. La controtesta possiede tre movimenti: - un grande movimento longitudinale, secondo l asse del tornio, conseguibile manualmente; - un piccolo movimento longitudinale, sempre secondo l asse del tornio, realizzabile mediante la rotazione di un volantino che, spostando una madrevite, permette alla contropunta di avvicinarsi o allontanarsi dal pezzo; - un piccolo movimento trasversale, conseguibile tramite una vite laterale che, ruotando, determina lo spostamento laterale della controtesta. d) Carrello E composto da quattro slitte. - slitta longitudinale: é appoggiata sulle due guide dal bancale, si muove lungo l asse del tornio in modo manuale (tramite volantino) o in modo automatico (tramite barra e vite madre); - slitta trasversale: scorre in senso perpendicolare all asse del tornio sulle guide a coda di rondine della slitta longitudinale; il movimento può essere manuale o automatico; - piastra girevole: può ruotare intorno ad un asse verticale tramite una base graduata che poggia su una guida circolare ricavata sulla slitta trasversale; la rotazione avviene solo manualmente; é utilizzata per l esecuzione di pezzi conici; - slitta portautensile: é appoggiata, tramite guide a coda di rondine, sulla piastra girevole; il movimento é manuale (tramite volantino); su di essa é fissato l utensile tramite apposito morsetto. Il Trapano Il trapano é una macchina utensile utilizzata soprattutto per l esecuzioni di fori, ma anche per allargare, svasare, alesare e filettare fori già eseguiti. Un trapano molto utilizzato nelle officine é il Trapano sensitivo, cosiddetto per ché il sistema di avanzamento é a mano: 15

16 l operatore, agendo su una leva, regola la velocità di avanzamento del mandrino (e quindi dell utensile) in base alla resistenza che il materiale oppone alla penetrazione della punta elicoidale, resistenza che l operatore stesso apprezza con la sua sensibilità. Nelle macchine trapanatrici il pezzo rimane fermo durante la lavorazione e perciò: - l utensile possiede il moto di taglio, che é rotatorio - l utensile possiede il moto di avanzamento, che é traslatorio assiale Gli utensili per trapanatrici sono comunemente denominate punte elicoidali. Esse, grazie alla loro forma, facilitano l allontanamento del truciolo. La punta elicoidale é costituita da: - un codolo, di forma generalmente conica, che s investe nel serrapunte portato dal mandrino - uno stelo, provvisto di una testa munita di spigoli taglienti. Il grado di precisione e di finitura ottenibile con la punta elicoidale é scadente. In genere non si riesce ad ottenere una grado di precisione più ristretto di H 10. Quando é richiesta una precisione più spinta bisogna ripassare il foro con appropriati alesatori. La Fresatrice Le lavorazioni di fresatura sono effettuate mediante macchine dette fresatrici utilizzando utensili detti frese. Oltre alle lavorazioni di spianatura, si possono eseguire anche operazioni di contornatura, foratura, alesatura, scanalature diritte ed elicoidali, esecuzione di tasche e taglio di ruote dentate. Le fresatrici consentono elevata produttività, buona finitura superficiale, ottima precisione dimensionale dei pezzi lavorati, senza la necessità di dovere ricorrere a successive operazioni di rettifica. Nella fresatrice il moto di taglio é rotatorio continuo uniforme ed é posseduto dall utensile, a cui é impresso da un mandrino; il moto di alimentazione é rettilineo uniforme ed é posseduto dal pezzo, che é montato e fissato, di solito tramite morsa, sulla tavola della macchina. Nella fresatura non si ha asportazione continua del truciolo: durante la rotazione della fresa, ciascun dente lavora in modo intermittente, cioè taglia per un piccolo arco e poi rimane inattivo fino a che non attacca nuovamente il pezzo. Ciò é vantaggioso per la durata dei denti, che hanno il tempo di raffreddarsi. Di contro occorre rilevare l escursione termica cui gli stessi denti sono soggetti e le forti sollecitazioni meccaniche alle quali i taglienti sono sottoposti nel momento in cui entrano in contatto col pezzo. Al contrario del tornio, nel quale le lavorazioni si svolgono lungo due assi principali (asse del mandrino Z longitudinale ed asse dell utensile X trasversale), sulla fresatrice si distinguono tre assi: uno longitudinale X, uno trasversale Y ed uno verticale Z. 16

17 - Classificazione delle fresatrici Si distinguono generalmente due tipologie di fresatrici: 1) Fresatrice orizzontale, se l utensile é montato su un albero portafresa orizzontale. Può essere utilizzata soltanto per eseguire spianature e scanalature e per questo motivo sono ormai in disuso. L incastellatura di ghisa é costituita da un basamento, da un montante e da un braccio. Nell incastellatura sono posizionati il motore elettrico e gli organi di trasmissione della macchina (cinghie, cambi di velocità...). Il braccio sostiene il mandrino orizzontale sul quale é montata la fresa. Sulle guide del montante si muove in verticale, mediante una vite telescopica, la 1 a slitta, che ha la forma di mensola. Su di essa scorre trasversalmente, su guide disposte sulla mensola, la 2 a slitta, parallelamente all asse del mandrino. Sulla slitta trasversale scorre longitudinalmente, su guide disposte sulla slitta trasversale, la 3 a slitta, detta tavola portapezzo, che ha forma lunga e stretta e si muove perpendicolarmente all asse del mandrino. 2) Fresatrice verticale, se l utensile é montato su un portamandrino verticale inclinabile. E utilizzata per eseguire spianature accurate di superfici anche inclinate, scanalature e profilature anche circolari. Basamento, montante, slitte ed organi di trasmissione sono simili a quelli della fresatrice orizzontale. E differente la testa, che é ad asse verticale e, spesso, orientabile. Il mandrino riceve il moto da un albero orizzontale tramite una coppia di ruote dentate coniche. - Frese per la lavorazione dei metalli La fresa é un utensile a taglienti multipli, in grado di asportare trucioli sottili, fornendo una superficie di lavoro uniforme e con un buon grado di finitura. Ciascuno dei taglienti é assimilabile ad un utensile monotagliente. I denti delle frese presentano, come l utensile da tornio, angoli caratteristici. Il blocchetto dal quale viene ricavata la fresa si ottiene per fucinatura o per taglio dalla barra di un acciaio che può essere rapido o super rapido. Sono oggi diffuse, soprattutto per fresatura frontale, frese a denti riportati in metallo duro, che hanno un corpo centrale in acciaio al carbonio tipo C40, sul quale sono fissate o per brasatura o meccanicamente delle placchette. La Rettificatrice Le macchine rettificatrici impiegano come utensili la mola abrasiva con lo scopo di dare ai pezzi, già lavorati o trattati, forme e dimensioni contenute entro un ristretto campo di tolleranza 17

18 (IT6 IT7; R a = 0,2 µm). Per questo motivo bisogna lasciare sui pezzi un leggero sovrametallo (s = 0,10 0,50 mm) che viene appunto asportato mediante rettificatura. - Mola e sua costituzione Le mole abrasive sono costituite da due elementi fondamentali: l abrasivo ed il cemento. a) Gli abrasivi hanno il compito di asportare il truciolo. Sono infatti costituiti da granelli durissimi, a punte vive. Sono abrasivi naturali la pietra arenaria, il quarzo, lo smeriglio ed il corindone. Sono abrasivi sintetici l alundum ed il carborundum. b) I cementi hanno la funzione di mantenere legati i granelli di abrasivo e di conferire alla mola la necessaria resistenza e rigidità. Cementi utilizzati sono gli impasti ceramici o vetrificati, gli impasti al silicato, quelli resinosi e gli agglomerati metallici. - Lavorazioni di rettifica Tra le più importanti lavorazioni di rettifica ricordiamo quella cilindrica esterna e quella per piani. 1) Rettifica cilindrica esterna L asse della tavola portapezzi e l asse del portamola sono paralleli; il moto di avanzamento é posseduto dalla tavola portapezzi. 2) Rettifica per piani con mola tangenziale Il moto di avanzamento é posseduto dalla tavola portapezzo che, per coprire la larghezza del piano da rettificare, possiede un moto di avanzamento a scatti ad ogni inversione della tavola. 18

19 LAVORAZIONE PER FUSIONE Il procedimento tecnologico più antico é quello per Fusione che, col perfezionamento dei mezzi di indagine, delle attrezzature e degli impianti, ha assunto via via carattere industriale. Il grande sviluppo di questa industria é dovuto in gran parte ad un fattore economico, perché i pezzi ottenuti per via di fusione, specialmente se hanno forme complesse, sono in genere meno costosi degli oggetti ottenuti con altri procedimenti tecnologici anche se, in genere, possiedono caratteristiche meccaniche inferiori. La fonderia interessa notevolmente il settore produttivo, per la quantità dei getti ricavabili per fusione, per il numero di fonderie esistenti ad alto grado di organizzazione, di meccanizzazione ed anche automatizzazione, per la manodopera assorbita. MATERIALI ADATTI AL GETTO Per essere adatti al getto, i materiali devono avere i seguenti requisiti: Fusibilità: fondere a temperatura non troppo elevata (< 1600 C) Colabilità: fornire getti sani (omogenei, esenti da alterazioni e da soffiature). Le leghe sono più fusibili di almeno uno dei componenti della lega stessa e sono meno soggette alle soffiature ed alla ossidazione. Hanno maggiore fusibilità quei metalli che passano rapidamente dallo stato solido allo stato liquido. Le leghe più adatte al getto sono: Le Ghise Gli Acciai con C > 1 % I Bronzi per getti Gli Ottoni per getti Le Leghe leggere per getti (soprattutto al silicio) La colata del materiale fuso può essere effettuata in forme di terra (dette transitorie) o in conchiglie metalliche (forme permanenti). FONDERIA IN TERRA Nel caso di colata in terra, il materiale utilizzato per realizzare la forma è una miscela di sabbia, leganti, additivi ed acqua. La tecnica operativa consiste nella costipazione (pigiatura) del materiale intorno ad un modello posto entro una staffa. Il modello, che riproduce la forma del pezzo da colare, può essere in legno, ma anche in ghisa, ottone, alluminio, plastica, cera. La forma di terra viene distrutta per estrarre il getto e deve pertanto essere sostituita con una nuova per ogni getto. Per questo si dice che la forma è transitoria. TERRE DA FONDERIA Le terre da fonderia, che possono essere naturali o sintetiche, devono possedere i seguenti requisiti: 19

20 Refrattarietà: Plasticità: Permeabilità: Coesione: resistenza alle alte temperature lasciarsi plasmare per assumere la forma del modello lasciarsi attraversare dai gas incorporati nel metallo liquido durante la colata o sviluppatisi all atto della solidificazione conservare la forma del modello, senza lasciarsi sgretolare sotto la spinta del metallo liquido. Le terre da fonderia sono generalmente miscele di: IL MODELLO Sabbia silicea (che conferisce refrattarietà) Leganti (che sono sostanze, come per esempio l argilla, che si miscelano con la sabbia per rendere possibile la coesione fra i granelli di silice) Additivi (che sono sostanze carboniose che si aggiungono ala terra e che controllando l espansione del granelli e producendo uno strato di gas protettivo, evitano difetti nei getti). Non devono essere in eccesso, altrimenti sviluppano gas. Il modello costituisce la riproduzione corretta del pezzo da colare. L aggettivo corretto deriva dal fatto che la forma del modello deve essere maggiorata per compensare la contrazione (ritiro) dovuta al raffreddamento, deve possedere angoli di spoglia per facilitare l estrazione dalla terra, bordi arrotondati e sovrametallo per successive lavorazioni. Materiali I materiali utilizzati per la fabbricazione del modello dipendono dal tipo di produzione: per produzione limitata sono adoperati materiali anche scadenti, per produzione in serie sono adoperati materiali più costosi. Migliori sono le caratteristiche del modello, migliori saranno quelle del getto. Un materiale molto utilizzato è il legno. Il legno è poco costoso, facile da lavorare, leggero, però resiste meno del metallo all usura. Il più economico è l abete. Per i modelli che richiedono molto lavoro di intaglio riadopera il frassino, il melo, il pero. Per i modelli che debbano possedere molta resistenza all uso ripetuto, si adopera la quercia. I legnami per la costruzione del modello devono essere ben stagionati (da 2 a 4 anni). Altri materiali adoperati sono la ghisa, l ottone, le leghe di alluminio, le resine sintetiche e la cera. Ritiro Poiché il metallo versato nella forma, solidificando, si contrae, le dimensioni della forma e, quindi, del modello devono essere maggiori di quelle previste per il getto. La contrazione (o ritiro) dipende da: - tipo di metallo costituente il getto - spessore, lunghezza e geometria del getto Per esempio, le ghise grigie hanno un ritiro di 0,7 1,2 %, le leghe Al-Si hanno un ritiro di 1,3 %, i bronzi comuni di 1,2 1,6 % Se il getto non è a sezione uniforme, varia la velocità di raffreddamento, cioè gli spessori più grandi si raffreddano più lentamente e si contraggono meno velocemente. 20