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6 Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Lavorazione di tornitura Lavorazione che ha lo scopo di ottenere superfici di rivoluzione variamente conformate. Moti caratteristici Moto di taglio (posseduto dal pezzo) v velocità di taglio (m/min) Moto di alimentazione (posseduto dall utensile) a avanzamento (mm/giro) Moto di appostamento (posseduto dall utensile) p profondità di passata (mm) Moto di lavoro: combinazione del moto di taglio e alimentazione

7 Angoli di registrazione Angolo di registrazione del tagliente principale c Angolo di registrazione del tagliente secondario c

8 Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Tornitura cilindrica esterna Moto di alimentazione parallelo all asse di tornitura Dn v m 1000min Utensile sgrossatore c=45 Utensile a coltello c=90 Tornitura piana esterna Angolo c=45 Utensile a coltello Angolo c=90 Moto di alimentazione perpendicolare all asse di tornitura (regolazione in continuo della velocità angolare)

9 Tecnologia Meccanica 2 Tornitura piana esterna Tornitura di superfici a geometria complessa Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Moto di alimentazione perpendicolare all asse di tornitura. Affinché la velocità di taglio rimanga costante è necessario variare la velocità angolare. Infatti, nelle macchine tradizionali, la velocità angolare si riduce al ridurre del diametro, fino a poter raggiungere valori tanto bassi da provocare il fenomeno del tagliente di riporto. Nei moderni torni a controllo numerico è possibile controllare tale velocità Sfacciatura di superfici non circolari (taglio interrotto utensile di idonea tenacità) La combinazione dei moti di alimentazione al tornio permette l esecuzione di lavorazione con profili a geometria complessa non necessariamente paralleli all asse di tornitura. E di fondamentale importanza la scelta degli angoli di registrazione per ottenere i profili desiderati.

10 Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Torniture interne Cilindratura Generazione di una superficie a tratti rettilinei Le lavorazioni appena descritte possono essere effettuate anche internamente al pezzo in lavorazione. In tale tipo di lavorazione si deve tener conto del fatto che l utensile è soggetto a sollecitazioni di flesso-torsione. La rigidezza dell utensile si riduce all aumentare del rapporto lunghezza diametro. E ovvio quindi scegliere sempre il diametro dello stelo più grande possibile compatibilmente con gli ingombri. Per evitare le vibrazioni, bisogna settare avanzamento e profondità di passata a valori inferiori rispetto alle analoghe lavorazioni su superfici esterne

11 Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Filettature Si possono effettuare con il tornio delle operazioni di filettatura partendo da superfici cilindriche ed impiegando utensili di geometria idonea. Il moto di alimentazione deve essere parallelo all asse e l avanzamento corrisponde perfettamente al passo della filettatura. Il moto di rotazione del pezzo e l avanzamento devono essere perfettamente coordinati. Gli inserti vengono montati sul porta-inserti con una certa angolazione (in genere, da 0 a 2 ) per tener conto dell inclinazione della superficie del filetto e per fare in modo che il tagliente lavori i due fianchi con angoli di spoglia uguali (condizione valida per certi rapporti diametro/passo!)

12 Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Realizzazione di gole mediante tornitura Le gole vengono generate su superfici già pre-tornite. Ogni tipo di gola richiede un inserto con appropriato profilo. Il moto di alimentazione è in generale radiale ma, talvolta, inclinato rispetto all asse di tornitura. Sono disponibili inserti per gole unificate. Un caso particolare di tale tipo di lavorazione al tornio è la troncatura. Essa viene effettuata con utensili di larghezza compresa tra i 3 e i 6 mm. Valori superiori porterebbero a fenomeni vibratori inammissibili

13 Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Zigrinatura Si tratta di un operazione di deformazione plastica grazie alla quale è possibile lavorare una superficie pre-tornita generando una serie di piccole scanalature che ne facilitano l afferraggio. Si impiegano utensili formati da due rulli, con zigrinatura incrociata, montati su idoneo supporto, che vengono premuti contro la superficie cilindrica Foratura su tornio In generale mediante l impiego di particolari utensili è possibile realizzare al tornio delle forature. Tale operazione è tipicamente utilizzata successivamente alla sfacciatura per realizzare il centraggio necessario per il montaggio di un pezzo tra le punte del tornio

14 Tecnologia Meccanica 2 La scelta dei parametri di taglio Tecnologie e Sistemi di Lavorazione La scelta opportuna dei parametri di taglio deve tenere conto dei seguenti fattori tecnologici: Velocità angolare deve tener conto della massima velocità disponibile al mandrino e delle condizioni di stabilità del pezzo Giusta combinazione tra profondità di passata e avanzamento tali da generare forze di taglio tali da non deformare il pezzo, comprometterne la stabilità o provocare vibrazioni pericolose Combinazione dei parametri di taglio compatibile con la potenza e la coppia disponibili al mandrino

15 Tecnologia Meccanica 2 La scelta dei parametri di taglio Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Alcuni ulteriori indicazioni per la scelta dei parametri di taglio: Profondità di passata tra 0.1 e 1 mm in finitura e 1 e 10 mm in sgrossatura. Le velocità di taglio in filettatura, troncatura e tornitura interna sono inferiori del 50% rispetto a quelli in uso per operazioni di tornitura esterna Gli avanzamenti in operazioni di troncatura (e gole) varia da 0.05 a 0.15 mm/giro Alcune formule utili in tornitura 2 V D mediol Na 2 MRR D medioan, Dmedio D0 Df / 2 t l 2 L dove p è la profondità di passata, a l avanzamento, N il numero di giro al minuto t l L/ an dove L è la lunghezza del tratto lavorato. Inoltre si ricordi che la potenza è il prodotto della forza di taglio per la velocità, la coppia è il rapporto tra la potenza e la velocità di rotazione e che infine forza di taglio e coppia sono legate dal braccio (D medio /2)

16 Componenti della forza di taglio FORZE DI TAGLIO 1200 kn 1000 kn Ft 800 kn 600 kn 400 kn 200 kn 0 kn Fr Fa Angolo di registrazione χ Ft : Fr 1 : 1/2-1/4 : Fa : 1/4-1/8

17 Forza di taglio e potenza di lavorazione Relazione di Kronemberg (per acciai) K S pressione di taglio KS0 pressione specifica di taglio (per A=1 mm 2 ) n costante dipendente dal materiale Rm resistenza a trazione POTENZE DI LAVORAZIONE potenza di taglio: W t =F t v t ; potenza di avanzamento: W a =F a v a potenza di repulsione: W r =F r v r dovuta alla reazione del materiale alla sollecitazione, è caratteristica della macchina. F a determina l'inflessione dell'utensile (F a =20-30% F t ), F r determina l'inflessione del pezzo e quindi le tolleranze di lavorazione (F r =15-25% F t ).

18 Individuazione della sezione del truciolo c A=h x b h h = a x sin c b = p / sin c A=axp h p g g g a A = sezione del truciolo h = spessore del truciolo b = larghezza del truciolo a = avanzamento per giro p = profondità di passata = angolo di registrazione del tagliente principale =angolo di registrazione del tagliente secondario c c b

19 Calcolo Calcolo della della Rugosità Teorica Teorica in in presenza di di raccordo sulla sulla punta punta dell utensile Affinché la generazione del profilo avvenga interessando esclusivamente il raggio di raccordo dovranno essere verificate le seguenti condizioni: ND AC DE QB a c arcsin 2r a r sin c a 2 c arcsin 2r a r sin c 2 Per il calcolo della rugosità teorica avremo: KZ OK OZ a 2 R * t r r a 2 * R * Rt a 10 3 m 32r 4 m Con un approssimazione, sostituendo l arco di circonferenza NE con un arco di parabola avremo: Approssimazione di Schamlz R * t a 2 8r 10 3 m

20 0,25

21 r c h0 h 1 rc cos tg 1 r sen tan F N c Ft tan Fn F F tan arctan 0,52 29,76 t n r c 0,25 0,54 0,46 0,460,99 tg 1 0,460, , ,105 RELAZIONE DI MERCHANT 0,44 arctg 0,44 25,51 0,52 C 2 225,51 29, , 78

22 Applicazione delle formule per il calcolo delle forze Nella tornitura di un grosso albero in acciaio fucinato del diametro di 200 mm si debba tornire un tratto lungo 1500 mm (parte lavorata); per ottenere il diametro desiderato si debba eseguire una passata di sgrossatura con profondità 6 mm ed avanzamento 0,7 mm/giro seguita da una di finitura con profondità 1 mm ed avanzamento tale da produrre una rugosità Ra = 2,6 μm. Sia per la sgrossatura che per la finitura si impiegherà un utensile con inserto quadrato ed angolo di spoglia superiore (γ) pari a 6 e avente raggio di punta paria 1,2 mm. Sapendo che: ks = da tabella con R m = 850 N/mm 2 vt = 180 m/min in sgrossatura vt = 280 m/min in finitura η = 0,85 il rendimento meccanico della trasmissione si calcolino: 1. la potenza necessaria al motore nella fase di sgrossatura 2. il tempo di taglio effettivo nell operazione di finitura 1/n s 0

23 Area truciolo = a x p = 0,7 x 6 = 4,2 mm 2 Relazione di Kronemberg (per acciai) K S pressione di taglio KS0 pressione specifica di taglio (per A=1 mm 2 ) n costante dipendente dal materiale Rm resistenza a trazione Dalle tabelle K s0 = 3,2 KN/ mm 2 1/n=0,19 K s = 3,2 x 4,2-0,19 = 2,43 KN/mm 2 F t = K s x A = 2,43 x 4,2 = 10,2325 KN = 10232,5 N P = F t X v t = 10,2325 x 180 / (60)= 30,69 KW Pm = P /0,85 = 36,11 KW

24 t l = L/ag D v g g 1000 v DL t D l av 1000 a =? D = ( ) / 2 v = 280 m/min Dalla relazione di R a R * a 2 a 10 32r 3 a * Ra 32r ,6 321, ,31mm/ giro t l DL av , ,14 min

25 Applicazione delle formule di ottimizzazione Una tornitrice ha un motore mandrino della potenza di 15 kw. Si debba eseguire la tornitura cilindrica di un particolare in acciaio sul diametro 200 mm. Si calcoli la massima profondità di passata, compatibile con la potenza disponibile, alla velocità di minimo costo sapendo che: Costo orario manodopera (inclusivo di S.G. e ammortamento macchina): 60 /ora Costo tagliente: 4 Tempo di cambio utensile: 5 min Costanti di Taylor: V 1 = 351; n = 0,25 Costanti del materiale: ks0 = /n = 0,19 Avanzamento: 0,5 mm Angolo d attacco dell utensile: 95 Rendimento della trasmissione: 90%

26 T T e e 1 1t u n 1 0,25 C C 1 5 ut p min v e V ,98m n 0,25 T 27 e / min Potenza disponibile = Pd= η x potenza motore = 0,9 x = W F t = Pd/ V t =13500/ (178,954/60) = 5260,4 N K s = 2,8 x A -0,19 = F t = K s x A (1-0,19) A= (F t / K s ) (1/(1-0,19) A= (5260,4/ 2800) (1/(1-0,19) =2,17 mm 2 A= a x p a= A / p = 2,17 / 1 = 2,17 mm