Lavorazioni per asportazione di truciolo

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1 Lavorazioni per asportazione di truciolo Distacco di alcune parti di materiale dal pezzo attraverso l interazione con utensili che agiscono in maniera progressiva - cinematica del taglio - meccanica del taglio - parametri di lavorazione - risultati delle lavorazione - macchine e processi Asportazione di truciolo 1

2 FORMAZIONE DEL TRUCIOLO Azione di utensile elementare truciolo h c utensile h o misure sperimentali mostrano: -produzione di calore - spessore del truciolo h c > h o - durezza del truciolo > durezza metallo base materiale in lavorazione la formazione del truciolo avviene per deformazione plastica Asportazione di truciolo 2

3 Metodi per analizzare la deformazione plastica durante la lavorazione - taglio interrotto - microscopia ottica ed elettronica della morfologia del truciolo zona di deformazione plastica secondaria zona di deformazione plastica primaria Asportazione di truciolo 3

4 Dispositivo quick stop tests Asportazione di truciolo 4

5 TIPI DI TRUCIOLO Ad elementi staccati tipico di materiali duri fragili ottone, ghisa) non si ha deformazione nella zona secondaria Segmentato tipico di materiali duri ma tenaci (acciai alto carbonio) si ha modesta deformazione nella zona secondaria Fluente, continuo, tipico di materiali duttili (acciai basso carbonio, alluminio, alcune leghe leggere), la deformazione e l attrito nella zona di deformazione secondaria portano a notevole produzione di calore Fluente, continuo frammentato, indica che nella zona di deformazione primaria si è avuta una variazione della direzione di deformazione vibrazioni,irregolarità, durata inferiore di utensile Asportazione di truciolo 5

6 TAGLIO ORTOGONALE LIBERO IPOTESI: - larghezza del tagliente maggiore di larghezza del pezzo - velocità di taglio costante lungo tagliente - tagliente perpendicolare alla velocità di taglio Asportazione di truciolo 6

7 h 1 Φ h c angolo di scorrimento spessore del truciolo h o φ h o spessore del truciolo indeformato r c = h c / h o fattore di ricalcamento geometricamente: r c = sen ( φ ) / cos ( φ γ ) Asportazione di truciolo 7

8 ANGOLI DI TAGLIO γ angolo di spoglia frontale >0, <0, =0 α angolo di spoglia dorsale >0 β angolo di taglio?? γ β α γ + α + β = 90 Asportazione di truciolo 8

9 Modello di Pijspanen per la formazione del truciolo permette di ottenere la deformazione γ s = cot φ + tan (φ γ) e poi (minimizzando γ s ) φ = 45 + γ / 2 Asportazione di truciolo 9

10 CINEMATICA DEL TAGLIO V t velocità relativa utensile pezzo velocità di taglio V s velocità relativa truciolo pezzo velocità di scorrimento γ V f V t φ V s V f velocità relativa truciolo utensile velocità di flusso Con varie relazioni è possibile determinare tali valori V t x h o = V f x h 1 V f = V t x r c V s = V f cosγ / sinφ. ed infine la velocità di deformazione γ s = V t / x cos γ / cos ( φ γ ) Da osservazioni sperimentali è possibile stimare x e quindi, dopo calcolato e misurato le altre grandezze in gioco, anche la velocità di deformazione γ s [ s -1 ] Asportazione di truciolo 10

11 DINAMICA DEL TAGLIO Il truciolo è in equilibrio sotto l azione dell utensile e la reazione del pezzo la forza generica che si scambiano utensile e pezzo può essere scomposta lungo direzioni di interesse tecnologico: - direzione velocità di taglio potenza di taglio scelta macchina e parametri - direzione perpendicolare inflessione pezzo tolleranza di lavorazione - direzione petto utensile usura utensile cambio utensili - direzione piano di scorrimento minima forza condizioni per il taglio Asportazione di truciolo 11

12 Scomposizione della forza risultante secondo il cerchio di Merchant R = SQR ( F z2 + F x2 ) F z = R cos ( µ γ ) F x = R sen ( µ γ ) F s = R cos (φ + µ γ ) = F z cos φ F x sen φ F n = R sen ( φ + µ γ ) = F z sin φ + F x cos φ T = R sen µ e N = R cos µ Asportazione di truciolo 12

13 Sul piano di scorrimento R cos ( φ + µ γ ) sen φ τ s = F s / S s = F s / S sen φ = S e R sin ( φ + µ γ ) sen φ σ s = F n / S s = F n / S sen φ = S Queste relazioni ci suggeriscono come e quando sia possibile avere deformazione plastica sul piano di scorrimento Infatti, è possibile trovare un piano caratterizzato da un certo φ nel quale la τ s sia massima ed, eventualmente, maggiore della resistenza alla deformazione del materiale. La forza F z che provoca scorrimento su quel piano è quindi la forza minima che può formare truciolo. Il problema è quindi quello di trovare una espressione F z = f( φ, µ, γ ), ricavare il valore di φ che rende minima la F Asportazione di truciolo 13

14 F s cos ( µ γ ) τ s S cos ( µ γ ) F z = = cos ( φ + µ γ ) sen φ cos (φ + µ γ ) derivando rispetto a φ ed uguagliando a zero: df z cos φ cos ( φ + µ γ ) - sen φ sen (φ + µ γ ) = = 0 dφ sen 2 φ cos 2 (φ + µ γ ) cioè cos φ cos ( φ + µ γ ) - sen φ sen (φ + µ γ ) = cos ( φ + φ + µ γ ) = 0 Asportazione di truciolo 14

15 Relazione di Ernst - Merchant 2 φ + µ γ = π / 2 angolo di scorrimento: - diminuisce con l aumentare dell angolo di attrito - aumenta con l angolo di spoglia frontale L evidenza sperimentale mostra una certa differenza da tale relazione e allora Merchant, considerando anche la σ s, secondo la τ s = τ o + k σ s ha proposto la 2 φ + µ γ = ζ la determinazione sperimentale di ζ permette un migliore accordo Asportazione di truciolo 15

16 FORZA DI TAGLIO cos (ζ -2φ) Metodo del τ s F z = τ s S (analitico) sen φ cos (ζ - φ) sen (ζ -2φ) e F x = τ s S sen φ cos (ζ - φ) - difficile determinazione τs e φ - alcune ipotesi semplificative per ottenere soluzione Asportazione di truciolo 16

17 Metodo del K s (sperimentale) F z = K s A - tiene conto della reale situazione tecnologica - le approssimazioni sono più che accettabili e si evitano molti calcoli Il metodo è prettamente tecnologico in quanto la determinazione del Ks viene fatta attraverso la misura delle forze di taglio nelle condizioni reali di lavoro Determinazione del K s - si scelgono alcune condizioni sperimentali spessore del truciolo velocità di taglio angolo γ - si effettuano prove di taglio e si misura la F t - si calcola K s = F t / A o A o = h o b = a p sezione del truciolo indeformato Asportazione di truciolo 17

18 Relazione pressione (energia) specifica di taglio / spessore truciolo indeformato K s = K so h -z prove sperimentali per vari materiali danno i risultati riportati in tabella acciai ghise ottoni leghe leggere z Relazione di Kronemberg (per gli acciai): K so = 2.4 R m β [ dan/mm 2 ] log K s K s log ( A o, h o ) A o, h o Asportazione di truciolo 18

19 Metodi e strumenti per la misura delle forze di taglio trasduttori magnetici trasduttori capacitivi celle di carico piezoelettriche trasduttori induttivi La conoscenza della forza principale di taglio permette inoltre attraverso relazioni empiriche la determinazione delle altre forze di interesse tecnologico, F n e F a (normale e avanzamento) Asportazione di truciolo 19

20 Forze di taglio in funzione della velocità e dell angolo γ Asportazione di truciolo 20

21 POTENZE DI LAVORAZIONE Potenza di taglio: - Velocità di taglio - Forza di taglio ( P = V x F ) Potenza di avanzamento: - Velocità di avanzamento - Forza di avanzamento Potenza di repulsione: - Velocità di repulsione -Forza di repulsione Dati noti: Vt, Ft, Va, Vr inoltre: Fr = % Ft Fa = 20-30% Ft P = Vt x Ft + Va x Fa Asportazione di truciolo 21

22 PARAMETRI DI LAVORAZIONE - angolo di spoglia frontale γ diminuisce Ft truciolo fluente migliora finitura superficiale minori potenze minore usura utensile utensile meno robusto sgrossatura max 6 finitura fino a 20 (alluminio) - angolo di spoglia frontale α evita strisciamento del dorso dell utensile evita danneggiamento superficie lavorata deve essere - piccolo per non indebolire l utensile - grande per non causare strisciameno - grande se E è piccolo (alluminio) acciai 6-8 Al Asportazione di truciolo 22

23 Ft serve principalmente per la determinazione della potenza di taglio Fa influenza inflessione utensile, contribuisce (poco) alla potenza di taglio Fr determina principalmente l inflessione del pezzo e quindi le tolleranze di lavorazione non contribuisce alla potenza di taglio Asportazione di truciolo 23

24 - Spessore del truciolo aumenta potenza di taglio produttività usura utensile diminuisce finitura superficiale - Larghezza del truciolo aumenta potenza di taglio produttività - Velocità di taglio aumenta potenza di taglio produttività usura utensile finitura superficiale Asportazione di truciolo 24

25 - Materiale da lavorare se ne tiene conto attraverso il Ks - Materiale dell utensile usura utensile vita utile finitura superficiale - Lubrorefrigerazione calore sviluppato vita utensile finitura superficiale potenza di taglio - Tipo di macchina utensile rigidezza precisione smorzamento vibrazioni Asportazione di truciolo 25

26 LAVORABILITÀ attitudine del materiale ad essere lavorato per asportazione di truciolo (truciolabilità?) criteri per valutare la lavorabilità di un materiale finitura superficiale vita utensile forze e potenze evacuazione del truciolo Le prove per determinare la lavorabilità devono necessariamente essere di tipo tecnologico: usura utensile (microscopia), forze di taglio (dinamometri), finitura superficiale (rugosimetri) determinati nelle condizioni di lavoro, per certi set di parametri tecnologici Asportazione di truciolo 26

27 Dipende da varie caratteristiche - del materiale - composizione chimica - lavorazioni / trattamenti deformazione plastica subiti in precedenza incrudimento ricristallizzazione trattamenti termici - caratteristiche strutturali fasi dimensioni dei grani orientazione dei grani - della tecnologia / lavorazione sgrossatura / finitura fresatura concorde / discorde lubro-refrigerazione - dell utensile materiale angoli di spoglia rompitruciolo Asportazione di truciolo 27

28 Acciai al piombo (particelle lubrificanti) Ghise fragili allo zolfo (particelle infragilizzanti) truciolo corto al calcio (particelle desossidanti) abrasività cementite al carbonio (vedi HB -> Ks) inox - tenacità (austenitici) Compositi sollecitazioni variabili - abrasività (martensitici) urti/usura/vibrazioni Alluminio bassa HB Ottone truciolo corto buona finitura superficiale lunga durata utensili alta Vt Magnesio basso Ks Leghe Ni alta R ad alta temperatura incrudimento / tenacità Titanio bassa conducibilità termica / alto Ks Asportazione di truciolo 28

29 MATERIALI PER UTENSILI - Effetti termici - Effetti meccanici - Usura - Durezza alta temperatura - Elevata resistenza meccanica statica e dinamica ad alta temperatura - Resistenza all abrasione Aumento velocità di taglio Asportazione di truciolo 29

30 Materiali per utensili Asportazione di truciolo 30

31 Materiali per utensili Asportazione di truciolo 31

32 Acciai alto legati medio carbonio (0.7) alto contenuto di elementi di lega (W 18%, 4 Cr, 2.5 Co, 1 V) adeguato TT --> formazione di WC e CrC grani fini (Cr) resistenza all usura (V 4 C 3 ) durezza a caldo (Co in soluzione) fucinatura (900 C) tempra (1250 C) rinvenimento (580 C) X75W18KUTF X80WCo1818KUTF Vt 80 m / min Carburi sinterizzati WC (>90%), Co (legante, <10%) TiC resistenza all usura TaC resistenza alla craterizzazione NbC tenacità, durezza a caldo Vt 200 m / min Carburi ricoperti TiN TiC Al 2 O 3 TiCN ZrN ottima resistenza all usura, buona tenacità Asportazione di truciolo 32

33 Produzione inserti sinterizzati in WC Asportazione di truciolo 33

34 Utilizzo inserti sinterizzati Asportazione di truciolo 34

35 TEMPERATURA DI TAGLIO Cause: - deformazione plastica zona primaria - attrito utensile truciolo - deformazione zona secondaria Dipende da: - Vt velocità di taglio - Ks energia specifica di taglio - ho spessore truciolo - c calore specifico - λ conducibilità termica zona di deformazione primaria zona di deformazione secondaria Si ripartisce: - utensile Q utensile - pezzo R = truciolo Q (pezzo + truciolo) R aumenta se λ u / λ m aumenta T = k V ta h o b a b HSS WC Asportazione di truciolo 35

36 Stima della temperatura Analisi sperimentale utensile può: essere toccato essere visto non essere toccato né visto isolante contatto elettrico I caso mercuri o Asportazione di truciolo 36

37 II caso pirometro fresa pezzo macchina utensile Asportazione di truciolo 37

38 III caso termocoppia pirometro Asportazione di truciolo 38

39 Analisi numerica modellazione del processo, ad esempio con Equazioni di Fourier sulla trasmissione del calore Analisi dimensionale assumendo come variabili del processo di taglio 1. V t (m / min) velocità di taglio [ L t -1 ] 2. A (mm 2 ) sezione del truciolo [ L 2 ] 3. k s (J / mm2) energia specifica di taglio [ M L -1 t -2 ] 4. λ (W / m K) conducibilità termica del materiale [ M L t -3 T -1 ] 5. ρc (J / mm 3 K) calore specifico (per unità di volume) [ M L -1 t -2 T -1 ] 6. T temperatura [ T ] Asportazione di truciolo 39

40 si determinano le 2 grandezze adimensionali: Q 1 = f( V t, λ, ρc,k s, T) = V ta K b s λ c ρc d T Q 2 = f( V t, λ, ρc,k s, A) = V te K f s λ g ρc i A affinchè le grandezze siano adimensionali la somma degli esponenti di tutte le dimensioni devono essere = 0 Q1 = L a t -a M b L -b t -2b M c L c t -3c T -c M d L -d T -d t -2d T Q2 = L e t -e M f L -f t -2f M g L g t -3g T -g M i L -i T -i t -2i L 2 L a - b + c - d = 0 e - f + g - i + 2 = 0 M b + c + d = 0 f + g + i = 0 t -a - 2b - 3c -2d = 0 -e -2f -3g -2i = 0 T -c -d +1 = 0 -g -i = 0 a=0 b= -1 c=0 d=1 e=2 f=0 g=-2 i=2 Asportazione di truciolo 40

41 quindi: T Q 1 = K s / ρc V t 2 A Q 2 = λ 2 / (ρc) 2 Sperimentalmente si trova fra Q 1 e Q 2 una relazione empirica: Log Q 1 Q 1 = C 0 Q 2 n per gli acciai : C 0 = 0.4 n = 0.3 (0.5) quindi (per n = 0.3): Log Q 2 Τ = C o K s V t 0.6 A 0.3 / λ 0.6 (ρc) 0.4 Asportazione di truciolo 41

42 Meccanismi di fuori servizio utensile deformazioni plastiche rottura fragile usura progressiva modifica forma utensile improvvisa progressiva angoli di taglio dimensioni Asportazione di truciolo 42

43 USURA UTENSILI Meccanismi - adesione - abrasione - diffusione -fatica Modifica forma utensile Aumento Ft, T ed indebolimento Utensile Asportazione di truciolo 43

44 Principali forme di Usura degli utensili petto fianco Asportazione di truciolo 44

45 Misura dell usura diretta - microscopio - rugosimetro - fotografia (analisi di immagini) - pesate differenziali indiretta - isotopi radioattivi - finitura superficiale - misura delle forze - misura della temperatura - vibrazioni Asportazione di truciolo 45

46 Usura dorsale labbro d usura VB VB VB a: rottura del filo tagliente b: usura progressiva a V costante c: aumento catastrofico A B C Tempo di contatto Asportazione di truciolo 46

47 Usura progressiva Asportazione di truciolo 47

48 Usura frontale Volume del cratere volume cratere V t adesione, tagliente di riporto diffusione, reazioni chimiche velocita di craterizzazione acciaio superrapido carburo tempo di contatto C temperatura superficie utensile Asportazione di truciolo 48

49 Criteri di usura Un utensile deve essere cambiato quando: - la lavorazione supera i limiti di tolleranza - la rugosità supera i valori ammissibili - il labbro di usura è troppo grande - il petto dell utensile presenta un cratere troppo grande Labbro di usura Cratere di usura KT / KM 0.1 KT f Asportazione di truciolo 49

50 Vita utensile per varie velocità di taglio e vari criteri di usura Asportazione di truciolo 50

51 DURATA UTENSILI Influenzata da - materiale da lavorare - spessore truciolo - angolo di spoglia frontale - velocità di taglio - lubrorefrigerazione Ln D u approccio sperimentale Ln V t Asportazione di truciolo 51

52 Relazione di Taylor ottenuta empiricamente con ripetute prove, con diversi materiali, diversi angoli, diverse condizioni di taglio V t x D u n = C 0.28 WC n 0.12 HSS 0.70 Ceramici C dipende da criterio di usura geometria utensile rapporto di forma del truciolo tipo di lavorazione materiale in lavorazione Asportazione di truciolo 52

53 osservazioni ln D u campo di validità: - intervallo limitato di velocità - campi di velocità non estremi θ ln D u = - 1/n ln V t + 1/n ln C θ = arctg 1/n 81 acciai 73 carburi 55 ceramici ln V t Asportazione di truciolo 53

54 Legge di Taylor generalizzata 1. criterio : VB max 2. variabili della lavorazione : V t h, b, VB c vb VB m 3. tipo di relazione: V t D un = h x b y m = 0.44 x = 0.66 HSS 0.4 WC y = 0.46 HSS 0.21 WC NB: y < x e x - y = 0.2 Asportazione di truciolo 54

55 Relazione di Kronemberg V t (D u /60) q = Cvb / A f (G/5) g 0.28 acciai f 0.20 ghise 0.1 non ferrosi 0.14 acciai g 0.1 ghise 0.1 non ferrosi A = b * h G = b / h q carburo - acciaio ghisa 0.25 HSS - acciaio ghisa 0.25 Asportazione di truciolo 55

56 OTTIMIZZAZIONE DELLE CONDIZIONI DI TAGLIO cosa ottimizziamo? tempo di produzione t p costo di produzione c p tasso di profitto p r vincoli potenza deformazione del pezzo deformazione dell utensile min / max f V t rugosità R a = k f 2 / r strumenti relazioni vita utensile relazioni forze / potenze relazioni parametri / produzione Asportazione di truciolo 56

57 Asportazione di materiale l c d volume da asportare V = l c d tempo di contatto t c = n corse t corsa = l/b * c/v t V l c d velocità di asportazione Z = ---- = = b V t d = A V t t c l/b c/v t Asportazione di truciolo 57

58 Funzioni obiettivo Tempo di produzione t p = t o + V / Z + V / Z D u * t cu = t o + V / Z ( 1 + t cu / D u ) t o = tempi passivi (carico / scarico e ritorno utensile) t cu = tempo cambio utensile Costo di produzione c p = c o + c m t p + c ut Y / Z D u = = c o + c m t o + c m V / Z + c m V / Z D u * t cu + c ut V / Z D u = c o + c m V / Z [1 + (t cu + c ut / c m ) * 1 / D u ] Tasso di profitto Pr = ( R - c p ) / t p c o = costo di attrezzaggio c u = costo orario (macchina, materiali, personale) c ut = costo utensili R = ricavi Asportazione di truciolo 58

59 F = k o + k 1 / V t + k 2 V t (1-n)/n ovvero F = k o + k 1 / V t (1+ k 3 V t 1/n ) Costo Tempo con t p c p Costo o Tempo (totale) k 0 t o c o + c m t o k 1 V/A c m V/A k 2 t cu V/(A*C 1/n ) c m (t cu + c ut / c m ) V/(A*C 1/n ) k 3 k 2 / k 1 n esponente della Taylor C costante della Taylor A sezione del truciolo V volume da asportare Costo o Tempo (utensili) Costo o Tempo (lavorazione) Costo o Tempo (passivi) V t Asportazione di truciolo 59

60 Ricerca dei minimi Funzione F = k o + k 1 / V t (1+ k 3 V t 1/n ) Derivata prima Velocità ottima Derivata seconda Durata alla velocità ottima Asportazione di truciolo 60

61 Tempo Costo Velocità ottima > Durata alla velocità ottima < essendo t cu > t cu +c ut /c m Asportazione di truciolo 61

62 considerazioni Ln D u n< Ln V t D uoptacciaio = = 8 ipotizzando D uoptcarburi acciaio carburo t cu acciaio C acciaio = 3 t cu carburi = 0.3 C carburi n acciao = 0.12 n carburo = 0.28 Asportazione di truciolo 62

63 3 strategie c p t p t p c p zona di massima redditività V toptcosto V t opt tempo V t Asportazione di truciolo 63

64 CLASSIFICAZIONE DELLE LAVORAZIONI PER ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO Classificazione secondo i movimenti Moto di taglio Moto di avanzamento Moto di registrazione - rettilineo -alternativo -rotatorio - continuo - intermittente - per posizionare l utensile in prossimità della zona di lavoro all utensile o al pezzo Asportazione di truciolo 64

65 Classificazione secondo contatto utensile pezzo Continuo Monotaglienti Bitaglienti Pluritaglienti - tornitura - limatura - piallatura - stozzatura - foratura - brocciatura Discontinuo Pluritaglienti - fresatura Taglienti indefiniti - rettifica Asportazione di truciolo 65

66 MOTO DI TAGLIO Rotatorio Rettilineo Torni (pezzo) Limatrici (utensile) Trapani (utensile) Piallatrici (utensile) Alesatrici (utensile) Stozzatrici (utensile) Fresatrici (utensile) Brocciatrici (utensile) Rettificatrici (utensile) In genere è più facile mettere in movimento ad elevata velocità l utensile piuttosto che il pezzo Asportazione di truciolo 66

67 TORNITURA Moto di taglio pezzo rotatorio Moto di avanzamento utensile lineare rettilineo o meno Moto di registrazione utensile lineare discontinuo Moto di lavoro elicoidale Asportazione di truciolo 67

68 Struttura tornio elementi caratteristici del tornio bancale (guide) 2. testa (mandrino) 3. carro porta-utensile (torretta) 4. controtesta 1 3 Asportazione di truciolo 68

69 Lavorazioni possibili tornitura cilindrica esterna tornitura piana esterna sfacciatura Asportazione di truciolo 69

70 tornitura esterna di superfici complesse tornitura interna Asportazione di truciolo 70

71 filettatura interna esterna esecuzione di gole Asportazione di truciolo 71

72 troncatura zigrinatura Asportazione di truciolo 72

73 attrezzature per torni modi di serraggio a tra punta e contropunta con brida e disco menabrida b con autocentrante dall esterno c con autocentrante dall interno d con autocentrane con griffe tornibili e con piattaforma a griffe indipendenti f con piattaforma e squadra g su spina, tra punta e contropunta Asportazione di truciolo 73

74 posizionamento relativo utensile / pezzo sistema di riferimento Asportazione di truciolo 74

75 angoli della sezione normale angoli del profilo angoli di registrazione angolo di inclinazione Asportazione di truciolo 75

76 Effetto di χ e λ sulla formazione del truciolo χ = 45, λ > 0 χ = 0, λ > 0 χ = 0, λ < 0 χ = 0, λ = 0 χ = 45, λ < 0 Asportazione di truciolo 76

77 FORZE DI TAGLIO Ft : Fr : Ff 1 : 1/2-1/4 : 1/4-1/8 Asportazione di truciolo 77

78 individuazione della sezione del truciolo a A = h x b h = a x sin χ b = p / sin χ A = a x p p h χ b χ Asportazione di truciolo 78

79 Forza di taglio e potenza di lavorazione F t = K s A = K so h -z a p P = F t v t + F f v f + F r 0= = F t π d n + F f f n = = n F t ( π d + α f ) F t K s KT sono influenzati da χ posto α [ 1/4-1/8 ] Asportazione di truciolo 79

80 Verifica dell autocentrante z = numero di griffe d = diametro del pezzo in corrispondenza all utensile d* = diametro del pezzo in corrispondenza alla presa delle griffe p = pressione di contatto griffa / pezzo s = area di contatto griffa / pezzo M t = Ft d / 2 M r = z p s d* / 2 deve essere M r > M t µ = coefficiente di attrito statico M t = momento di taglio Mr = momento resistente Asportazione di truciolo 80

81 Rugosità teorica nelle operazioni di tornitura La rugosità teorica dipende da fattori geometrici La rugosità reale dipende anche da - deformazioni plastiche - vibrazioni - dilatazioni termiche R a differenziali - attrito - struttura cristallina - velocità di taglio -angolo γ γ R a - raggio di raccordo fra i taglienti r R a - profondità di passata p R a - avanzamento f R a -usura utensile v t Asportazione di truciolo 81

82 I caso: taglienti non raccordati p χ f χ Rt V f f/2 B H χ A C χ δ D δ Linea di compenso H f D R a = 1 / L y dx = 1 / f (AHH + ABC + CDD ) = 1 / f ( 2 f/2 δ/2) = δ/2 L 0 Asportazione di truciolo 82

83 Determinare δ = δ ( f, χ 1, χ 2 ) B χ χ δ f / 2 = f 1 + f 2 A P f 1 f 2 f / 2 C δ = f 1 tan χ = f 2 tan χ f 1 = δ tan χ f 2 = δ tan χ f / 2 = δ ( 1/tan χ + 1/tan χ ) δ = f/2 / ( 1/tan χ + 1/tan χ ) R a = δ /2 = f/4 / ( 1/tan χ + 1/tan χ ) χ χ f R a aumenta ( ruotare l utensile vuol dire far variare in senso opposto χ e χ e quindi le tangenti ) Asportazione di truciolo 83

84 2 caso: taglienti raccordati: f r + Si dimostra l effetto dell avanzamento è analogo (al quadrato) l effetto degli angoli di registrazione e sostituito dall effetto del raggio di raccordo Formula di Schmalzl -> R a = 1000/32 f 2 / r (valida se lavora solo la parte raccordata) f [ mm ] r [ mm ] R a [ µm ] Asportazione di truciolo 84

85 FRESATURA Moto di taglio utensile rotatorio Moto di avanzamento pezzo lineare rettilineo o meno Moto di registrazione pezzo lineare discontinuo Moto di lavoro cicloidale Periferica asse fresa superficie lavorata Frontale Asportazione di truciolo 85

86 Struttura fresatrici orizzontale verticale per attrezzisti Asportazione di truciolo 86

87 Lavorazioni possibili spianatura esecuzione scanalature taglio ruote dentate Asportazione di truciolo 87

88 esecuzione cave Asportazione di truciolo 88

89 avanzamento della fresa v f = f n f z = v f / n z avanzamento del dente Asportazione di truciolo 89

90 fresatura in discordanza up milling fresatura in concordanza down milling Asportazione di truciolo 90

91 Sezione del truciolo è necessario individuare la traiettoria del dente: il moto relativo, somma del moto di avanzamento con il moto di taglio è dato dal rotolamento senza strisciamento di una polare mobile su una polare fissa; la fresa è solidale con la polare mobile centro istantanea rotazione polare fissa polare mobile Diagramma delle velocità di un punto sulla periferia della fresa quando si trova alle varie distanze dalla polare fissa Asportazione di truciolo 91

92 Con alcune ipotesi semplificative: - trascuriamo centro di istantanea rotazione - un solo dente in presa - denti dritti lo spessore del truciolo vale: h θ =AD AB = AC sin θ = f z sin θ lo spessore medio: φ d r f z h med = 1/f o h θ dθ = D φ lo spessore massimo: h max = f z sin φ = f z 2 SQR ( [dr / D] [1 - dr / D]) ( da semplificare se d r << D ) Asportazione di truciolo 92

93 Le forze di taglio hanno quindi il seguente andamento: F t t φ t 2 π t vibrazioni urti usura utensile avere almeno 3 denti in presa Asportazione di truciolo 93

94 Potenza di lavorazione F t,θ = K s A θ M t,θ = K s A θ D/2 (per un dente in presa) M t = θ K s A θ D/2 K s A m,edio D/2 = K s z d a h m D/2 P = M t ω / η = K s / η ζ d a h m D/2 ω ω = 2π n ζ = φ / φ o = z φ / 2π d r f z h med = D φ d a d r z v v Pt = K s / η d a d r z f z n = η K s P a viene trascurata Asportazione di truciolo 94

95 Confronto up milling vs down milling usura dorsale frontale quindi α grande γ piccolo il pezzo viene sollevato schiacciato quindi basse tolleranze migliori tolleranze il pezzo viene spinto contro l utensile allontanato dall utensile quindi moto regolare moto irregolare quindi sistema di recupero automatico dei giochi zona di lavoro già lavorata crosta superficiale non adatta su grezzi di fonderia Asportazione di truciolo 95

96 Rugosità teorica y per simmetria x c = f z / 2 (1) la (1) viene soddisfatta per c f z x R sen ωt c + v f t c = f z / 2 ma sen ωt c ωt c e quindi f z /2 f z /2 t c = = ω R + v f v t + v f dobbiamo trovare l ascissa e l ordinata del punto c ω f z /2 ω f z /2 ω t c = = = ω R + z f z n ω R + z f z ω / 2π f z / R + z f z / 2π Asportazione di truciolo 96

97 L ordinata y è la rugosità massima, altezza picco valle Y = R ( 1 - cos ωt c ) = R [ 1 - SQR ( 1 - sen 2 ωt c ) ] R [ 1 - SQR ( 1 - (ωt c ) 2 ) ] R [ 1 - ( 1 - (ωt c ) 2 / 2 ) ] = R/2 (ωt c ) 2 = 2 π f z / 2 2 π 2 f 2 z = R/ = R/ π R + z f z ( 2 π R ± z f z ) 2 - discordanza R max = f z2 / 8 R se 2 π R >> z f z + concordanza NB: la rugosità reale è maggiore Asportazione di truciolo 97

98 Fresatura frontale traiettoria dente spessore del truciolo arco di lavoro 2 f z d r h med = φ D Asportazione di truciolo 98

99 Geometria delle frese frontali materiali duri tagliente robusto peggiore evacuazione truciolo materiali duttili tagliente robusto evacuazione truciolo Asportazione di truciolo 99

100 Finitura superficiale Segni di lavorazione Angolo di registrazione Inserto raschiante inclinazione asse fresa Asportazione di truciolo 100

101 eccentricità diametro troppo piccolo Asportazione di truciolo 101

102 FORATURA Moto di taglio utensile rotatorio Moto di avanzamento utensile rettilineo Moto di registrazione utensile pezzo Moto di lavoro elicoidale lavorazioni Asportazione di truciolo 102

103 Struttura trapani da banco, sensitivo a colonna radiale Asportazione di truciolo 103

104 Punta elicoidale codolo testa corpo angolo fra i taglienti quadretto faccette di affilatura Asportazione di truciolo 104

105 Altri utensili per foratura Refrigerata ad inserti a gradini doppia da centri svasatore svasatore conico bareno Asportazione di truciolo 105

106 angoli di spoglia reali effetto della velocità di rotazione effetto dell inclinazione dell elica Asportazione di truciolo 106

107 Forze di taglio P 1 componenti della forza P 3 di taglio P 2 resistenza all avanzamento coppia di taglio P 3 sezione del truciolo s = a/2 D/2 M t = P 2 D/2 = K s a/2 D/2 D/2 = a D 2 K s / 8 W = M t V t = a D 2 K s n ( 2π/60 1/8 1/1000 ) [ W ] empiricamente P 3 = 2 P 1 Asportazione di truciolo 107

108 Lavorazioni per abrasione (rettifica) Moto di taglio utensile rotatorio Moto di avanzamento utensile / pezzo Moto di registrazione utensile rettilineo curvilineo Moto di lavoro (cicloidale) rettilineo Asportazione di truciolo 108

109 rettificatrice universale Asportazione di truciolo 109

110 Tipiche superfici rettificabili Tipiche forme delle mole Montaggio mole Asportazione di truciolo 110

111 Caratteristiche delle mole abrasivo - alundum Al 2 O 3 - carborundum SiC -borazonnb nitruro di boro cubico -diamante codifica Norton legante - vetrosi (forti, rigidi buona finitura) argille silicati feldspati - elastici (gomma) alta velocità e finitura - resinosi (bachelite) - metallici per diamante Asportazione di truciolo 111

112 Struttura delle mole: aperta chiusa porosità per - maggiore raffreddamento - superficie di contatto estesa - materiali teneri a truciolo lungo Durezza (del legante) della mola - capacità di trattenere i grani abrasivi la mola dura deve essere ravvivata altrimenti i grani si arrotondano e perdono capacità di tagliare la mola tenera presenta sempre nuovi grani perché cede facilmente sotto l azione delle forze di taglio mole diamantate (molto dure) ma con abrasivo durissimo adatta per sgrossatura e per lavorazioni con buone tolleranze (se non ravvivata) adatta per materiali duri e per sgrossatura (basse tolleranze) adatta materiali duri molto duri (WC) Asportazione di truciolo 112

113 Altre caratteristiche - disposizione casuale dei grani attivi utensile elementare indefinito - sezione del truciolo piccola e variabile - γ fortemente negativo - elevato ricalcamento / strisciamento -elevato K s - generazione di elevate quantità di calore Asportazione di truciolo 113

114 Meccanica della rettifica Potenza = F t v t MRR x K s = [mm 3 /s] [ N/mm 2 mm/mm] = d a d r v a K s -> F t = K s A v a / v t b Sezione del truciolo b = k 1 h h Volume del singolo truciolo V c = 1/3 1/2 b h l c Asportazione di truciolo 114

115 Lunghezza acro di contatto l s = AB = SQR ( d r D) Numero di trucioli N c = k 2 v t d a k 2 = numero di grani attivi Volume totale asportato V c N c = 1/6 k 1 s 2 SQR ( d r D ) k 2 v t d a 6 v a d r 6 v a SQR ( d r ) va s 2 = = = k SQR ( d r ) k 1 k 2 SQR ( d r D ) v t k 1 k 2 SQR ( D ) v t v t v a v t d r comportamento tenero Asportazione di truciolo 115