La deformazione plastica. La deformazione plastica. Lavorazioni per deformazione. Il processo di laminazione Estrusione e trafilatura La forgiatura

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1 La deformazione plastica La deformazione plastica Il processo di laminazione Estrusione e trafilatura La forgiatura La formatura della lamiera Politecnico di Torino 1

2 Obiettivi dell Unità Riconoscere le principali lavorazioni meccaniche per deformazione Capire l effetto dei principali parametri di processo su qualità e tempi Dimensionare un processo per deformazione a livello di studio di fattibilità 3 Prerequisiti per l Unità Meccanica del continuo Elementi di fisica Elementi di metallurgia Prove meccaniche distruttive e non distruttive Politecnico di Torino 2

3 Bibliografia per l Unità Sistemi di Produzione A. Villa, G. Murari, D. Antonelli C.L.U.T. Editrice, 2004 capitolo 3 Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione Santochi, Giusti Casa Editrice Ambrosiana, 2000 capitolo 5 5 Bibliografia per l Unità Manufacturing processes for engineering materials S. Kalpakjian Addison-Wesley Publishing Company, 1991 capitoli 6 e Politecnico di Torino 3

4 Classificazione dei processi Proprietà comuni Comportamento dei diversi metalli Politecnico di Torino 4

5 Classificazione dei processi Lavorazioni a caldo Lavorazioni a freddo Lavorazioni a semicaldo 9 La lavorazione a caldo Il materiale subisce un riscaldamento prima della lavorazione Politecnico di Torino 5

6 La lavorazione a caldo Il materiale subisce un riscaldamento prima della lavorazione Vantaggi grandi deformazioni forme complesse con macchinari semplici 11 La lavorazione a caldo Il materiale subisce un riscaldamento prima della lavorazione Vantaggi grandi deformazioni forme complesse con macchinari semplici Svantaggi energia richiesta per il riscaldamento ossidazione dei materiali precisione dimensionale non costante Politecnico di Torino 6

7 Classificazione dei processi Lavorazioni a caldo Lavorazioni a freddo Lavorazioni a semicaldo 13 Lavorazioni a freddo Le operazioni avvengono a temperatura ambiente, mentre il pezzo viene riscaldato dal lavoro di deformazione Politecnico di Torino 7

8 Lavorazioni a freddo Le operazioni avvengono a temperatura ambiente, mentre il pezzo viene riscaldato dal lavoro di deformazione Vantaggi miglior finitura superficiale precisione dimensionale dei pezzi agevole lubrificazione materiale - utensile 15 I processi di deformazione plastica Lavorazioni a caldo Lavorazioni a freddo Lavorazioni a semicaldo processo a C per gli acciai qualità simile alle lavorazioni a freddo possibilità di aumentare le dimensioni del pezzo e le deformazioni impartite Politecnico di Torino 8

9 Altra classificazione Processi continui laminazione estrusione trafilatura 17 Classificazione dei processi di deformazione Processi continui Processi discreti stampaggio fucinatura Politecnico di Torino 9

10 Classificazione dei processi Proprietà comuni Comportamento dei diversi metalli Politecnico di Torino 10

11 Effetto delle dislocazioni Semipiano atomico in eccesso Movimento delle dislocazioni 21 Proprietà meccaniche Le proprietà meccaniche dei pezzi lavorati per deformazione aumentano: raffinamento del grano cristallino orientazione ottimale delle fibre incrudimento statico e dinamico chiusura delle cavità interne Politecnico di Torino 11

12 Anisotropia La deformazione plastica allunga il grano in una sola direzione 23 Anisotropia La deformazione plastica allunga il grano in una sola direzione La resistenza meccanica ora dipende dalla direzione Politecnico di Torino 12

13 Anisotropia La deformazione plastica allunga il grano in una sola direzione La resistenza meccanica ora dipende dalla direzione Il materiale è detto anisotropo 25 Anisotropia La deformazione plastica allunga il grano in una sola direzione La resistenza meccanica ora dipende dalla direzione Il materiale è detto anisotropo Anche le proprietà fisiche vengono cambiate (permeabilità magnetica, resistenza elettrica) Politecnico di Torino 13

14 Anisotropia La deformazione plastica allunga il grano in una sola direzione La resistenza meccanica ora dipende dalla direzione Il materiale è detto anisotropo Anche le proprietà fisiche vengono cambiate (permeabilità magnetica, resistenza elettrica) Due tipi di anisotropia: cristallografica e orientazione delle fibre 27 Ricristallizzazione 1/2 Formazione di una nuova struttura cristallina senza tensioni residue Avviene solo a temperature elevate Il tempo di ricristallizzazione diminuisce al crescere della temperatura Politecnico di Torino 14

15 Ricristallizzazione 2/2 Ricristallizzazione statica e dinamica Più il materiale è stato deformato più piccolo diventa il grano con la ricristallizzazione L anisotropia rimane dopo la ricristallizzazione 29 Tribologia Modello dell adesione: Attrito di Coulomb: τ Fattrito S a = τ = µ p Attrito per scorrimento (fattore d attrito): τ a = m Y a Politecnico di Torino 15

16 Tribologia τ a m Y 3 µ my µ 3 p 31 Il lavoro di deformazione Il lavoro generato durante il processo di deformazione può essere scomposto in: lavoro di deformazione uniforme lavoro ridondante lavoro di attrito L unif L = L unif = Y ε V + L L rid attr + L attr = µ p S c Politecnico di Torino 16

17 Generazione di energia termica Il lavoro di deformazione plastica è irreversibile Il lavoro di deformazione plastica viene trasformato in: calore per il 90% energia di legame per il 10% In condizioni adiabatiche il calore generato provoca un aumento di temperatura del corpo Politecnico di Torino 17

18 Classificazione dei processi Proprietà comuni Comportamento dei diversi metalli 35 Caratteristiche generali La capacità di deformazione di un metallo dipende dalla sua struttura cristallina Politecnico di Torino 18

19 Caratteristiche generali La capacità di deformazione di un metallo dipende dalla sua struttura cristallina I metalli più plastici (alluminio) appartengono al sistema cubico a facce centrate 37 Caratteristiche generali La capacità di deformazione di un metallo dipende dalla sua struttura cristallina I metalli più plastici (alluminio) appartengono al sistema cubico a facce centrate I metalli meno plastici fanno parte del sistema esagonale Politecnico di Torino 19

20 Caratteristiche generali La capacità di deformazione di un metallo dipende dalla sua struttura cristallina I metalli più plastici (alluminio) appartengono al sistema cubico a facce centrate I metalli meno plastici fanno parte del sistema esagonale I metalli puri hanno capacità di deformazione maggiore delle leghe 39 Leghe ferrose Il carbonio limita la capacità di deformazione plastica modesta se C 1% inesistente nelle ghise ( C 2,5%) Il silicio riduce la plasticità in misura minore del carbonio Politecnico di Torino 20

21 Leghe ferrose Il fosforo ( 0,4%) causa fragilità a freddo delle leghe Lo zolfo in quantità minime ( 0,1%) rende la lega ferro-carbonio fragile a caldo ma deformabile a freddo 41 Leghe ferrose Tungsteno, cromo, molibdeno diminuiscono notevolmente la plasticità Il manganese non influisce sulla capacità di deformazione fino ad un valore dello 0,7% Politecnico di Torino 21

22 Leghe di rame Ottone plasticità e deformabilità a freddo per Zn = 35% lavorazioni a caldo per 35% = Zn = 45% plasticità nulla se Zn > 45% 43 Leghe di rame Ottone Bronzo notevole capacità di deformazione per Sn < 10% lavorazioni a caldo se 10% < Sn < 25% plasticità nulla se Sn > 25% Politecnico di Torino 22

23 Leghe di alluminio Alluminio puro notevolmente plastico Al Mn plastico per Mn < 1,5% Al Mg lavorabile se Mg 5% se Mg > 5% problemi di tensocorrosione 45 Leghe di alluminio Il silicio in lega binaria Al Si tende a fragilizzare la lega Al Mg Si e Al Mg Si Mn (leghe Anticorodal) presentano capacità di deformazione nello stampaggio a caldo Politecnico di Torino 23

24 Leghe di alluminio Al Zn Mg (leghe Ergal) leghe leggere da deformazione plastica ad elevata resistenza 47 Leghe di alluminio Al Zn Mg (leghe Ergal) Al Cu (leghe Avional) deformabili per Cu < 12% Al Cu Mg presentano Cu 4% e Mg 0,5% all aumentare di Cu aumenta la resistenza del materiale ma anche la fragilità Politecnico di Torino 24

25 Sommario della lezione Proprietà comuni ai processi per deformazione plastica Classificazione dei processi per deformazione Proprietà dei diversi materiali metallici Domande di riepilogo Politecnico di Torino 25

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