Corso di Tecnologia Meccanica

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1 Corso di Tecnologia Meccanica Modulo 6.1 Ciclo di lavorazione LIUC - Ingegneria Gestionale 1

2 Il ciclo di lavoro LIUC - Ingegneria Gestionale 2

3 Finitura Bonifica, tempra.. Lavorazioni di semifinitura Distensione mediante ricottura intermedia Lavorazioni di sgrossatura Preparazione del pezzo (sabbiatura, tracciatura, troncatura) LIUC - Ingegneria Gestionale 3

4 Gli utensili LIUC - Ingegneria Gestionale 4

5 Caratteristiche dei materiali per utensili Durezza a caldo: per resistere alle alte temperature raggiunte a causa di: Deformazione del truciolo Attrito truciolo/utensile Attrito pezzo/utensile Resistenza all usura: a causa dello strisciamento pezzo/utensile LIUC - Ingegneria Gestionale 5

6 Caratteristiche dei materiali per utensili Resilienza o tenacità: perché un materiale fragile comporterebbe la rottura dell utensile in caso di urto specie nelle operazioni con taglio interrotto Proprietà termiche: il calore che si sviluppa nell area di contatto deve potersi facilmente disperdere per evitare il surriscaldamento LIUC - Ingegneria Gestionale 6

7 Caratteristiche dei materiali per utensili Proprietà chimiche: occorre di fatto evitare, a causa delle alte temperature, fenomeni di Ossidazione Fusione e saldatura truciolo/utensile Basso coefficiente di attrito per ridurre il surriscaldamento Uso di liquidi refrigeranti LIUC - Ingegneria Gestionale 7

8 Scelta dei materiali per utensili Parametri tecnici in funzione di: Materiale in lavorazione Tipo di lavorazione da effettuare Parametri economici in funzione di: Velocità di lavorazione Caratteristiche di durata Tempi di lavorazione ed uso macchina LIUC - Ingegneria Gestionale 8

9 Nitruri, boruri abrasivi Acciai non legati speciali Acciai legati speciali Diamanti Materiali Acciai legati speciali rapidi Materiali ceramici Carburi metallici sinterizzati Leghe fuse non ferrose LIUC - Ingegneria Gestionale 9

10 Acciai non legati speciali La durezza dipende dal tenore di carbonio tra 0,5 e 1,5% Per sviluppare ulteriormente tale durezza: Tempra ( C) 67 HRC Rinvenimento ( C) HRC UNI2955 C70KU C100KU C120 KU -.. Temperatura dell utensile tra 250 e 300 C LIUC - Ingegneria Gestionale 10

11 Acciai legati speciali tenore di carbonio tra 0,6 e 1,5% Altri elementi a formare carburi insolubili nel reticolo: Cromo per la resistenza all usura Vanadio e nickel per la tenacità Tungsteno e molibdeno per la durezza a caldo Manganese e silicio per la stabilità Per sviluppare ulteriormente tale durezza: Tempra ( C) 67 HRC Rinvenimento ( C) HRC UNI CrV 3 KU 110 W 4 KU X215 CrW 12 1 KU -.. Temperatura utensile non superiore a 300 C LIUC - Ingegneria Gestionale 11

12 Acciai legati speciali rapidi o superrapidi (HSS) tenore di carbonio tra 0,8 e 1,5% Altri elementi a formare carburi insolubili nel reticolo: Cromo 4%per la resistenza all usura Vanadio 3% per la tenacità Tungsteno 20% (e molibdeno) per la durezza a caldo cobalto 12% per la stabilità ad alta temperatura nei superrapidi Per sviluppare ulteriormente tale durezza: Tempra ( C) 67 HRC Rinvenimento ( C) HRC UNI2955 HS HS HS Prodotti anche tramite sinterizzazione Temperatura utensile non superiore a 600 C LIUC - Ingegneria Gestionale 12

13 Leghe fuse non ferrose Formate solo da: Cromo % per la resistenza all usura Tungsteno 15-20% per la durezza a caldo Cobalto 45-50% per la stabilità ad alta temperatura Non necessitano trattamento termico Adatte a lavorare materiali molto usuranti Prodotti per fusione o sinterizzazione in forma di barrette 65 HRC molto fragili stelliti Temperatura utensile non superiore a 800 C LIUC - Ingegneria Gestionale 13

14 Carburi metallici (Widia) Wi-dia ovvero wie diamant Prodotti per sinterizzazione: surriscaldamento ( C) ad alta pressione di polveri finissime senza fusione: Carburo di Tungsteno (CW) 15-20% per la durezza a caldo Cobalto 45-50% come legante Aggiunti poi altri elementi: Carburi di titanio, di tantalio, di niobio Adatte ad elevate prestazioni: Elevatissima durezza 78HRC anche a C Elevata resistenza a compressione Elevata conducibilità termica UNI 4972 Gruppi P, M, K a seconda del tipo di materiale da lavorare P01 P30 M20 K40 - LIUC - Ingegneria Gestionale 14

15 Materiali ceramici Ossidi sinterizzati e cermets: Dalla sinterizzazione dell allumina (Al 2 O 3 ) con ossidi di silicio e cromo ed alcuni carburi metallici (Mo, Cr, V) Resistenza all usura Basso coefficiente di attrito Bassa conducibilità termica Elevata fragilità Necessitano macchine precise e stabili LIUC - Ingegneria Gestionale 15

16 Diamanti Durezza stabile ed elevatissima anche a temperature molto elevate (1000 C) Utilizzati diamanti impuri e sintetici (prodotti per sinterizzazione) per lavorazioni ad altissima temperatura e per affilatura utensili Vengono sfaccettati per ottenere appositi angoli di taglio ed incastonati su supporti metallici LIUC - Ingegneria Gestionale 16

17 Tipi di utensile Utensili a testa singola: sono utilizzati in tornitura, piallatura, limatura e stozzatura Utensili a più denti: sono quelli utilizzati in foratura, fresatura, alesatura e brocciatura Utensili con geometria indefinita: sono utilizzati nelle operazioni di rettifica LIUC - Ingegneria Gestionale 17

18 Il truciolo LIUC - Ingegneria Gestionale 18

19 Fattori determinanti Il truciolo, ovvero parte di materiale che si distacca dal pezzo in lavorazione per mezzo dell azione dell utensile, si deforma in modo diverso in funzione di: Velocità di taglio Geometria dell utensile Caratteristiche del metallo in lavorazione Caratteristiche del materiale dell utensile LIUC - Ingegneria Gestionale 19

20 Tipi di truciolo Spaccato: Basse velocità, alte profondità di passata, materiali fragili Truciolo spezzettato Reciso Basse velocità, alte profondità di passata, materiali plastici continuità del truciolo ma sezione disomogenea Fluente Materiali plastici con velocità i taglio e profondità di passata corrette Truciolo continuo e ben levigato LIUC - Ingegneria Gestionale 20

21 Tagliente di riporto È costituito da parte del materiale del pezzo che per l elevata temperatura e pressione aderisce al tagliente dell utensile Staccandosi provoca usura dell utensile ed irregolarità sulla superficie del pezzo Può essere evitato con: Maggiori velocità di taglio Uso di lubrorefrigranti Aumentando l angolo di spoglia superiore dell utensile LIUC - Ingegneria Gestionale 21

22 Rompitruciolo È una curvatura del tagliente che obbliga il truciolo a curvarsi secondo un raggio r c Tale curvatura porta il truciolo alla rottura e dunque al suo distacco Ciò evita che l eccessiva lunghezza del truciolo fluente causi impedimento e pericolo per operatori e macchina LIUC - Ingegneria Gestionale 22

23 Temperatura dell utensile Resistenze per asportare il truciolo: di deformazione interna del materiale (70%) di attrito esterno tra utensile e materiale (30%) L energia spesa si trasferisce dunque essenzialmente in energia cinetica delle molecole e dunque in calore Rischi per l utensile. Crollo della durezza Ossidazione Perdita dell affilatura LIUC - Ingegneria Gestionale 23

24 Fluidi da taglio Oli da taglio Oli minerali puri Oli composti Oli estrema pressione (EP) Soluzioni acquose Oli emulsionabili Fluidi sintetici Scelta del lubrificante in funzione di: Materiale in lavorazione Materiale Dell utensile Tipo di lavorazione LIUC - Ingegneria Gestionale 24

25 Usura utensile e grado di finitura LIUC - Ingegneria Gestionale 25

26 Elementi che influenzano l usura dell utensile Profondità di passata Velocità di taglio Fluido lubrorefrigerante Avanzamento Materiale in lavorazione Geometria dell utensile Materiale dell utensile LIUC - Ingegneria Gestionale 26

27 Durata utensile in tornitura Relazione di Taylor v h r = C h ove v è la velocità di taglio (m/min) h è la durata dell'utensile (min) r, C h, sono costanti dipendenti da : binomio utensile pezzo avanzamento prefissato profondità di passata definita LIUC - Ingegneria Gestionale 27

28 Relazione di Taylor esplicita v C 60 = r ove 60 a m esprime il per consentire una quando p il C n h 60 valore della prodotto a una m p velocità di durata dell'utensile pari n è uguale a 1 taglio a 60 min LIUC - Ingegneria Gestionale 28

29 Relazione di Kronenberg v = ove C 60 C s 60 f G 5 g h 60 esprime il per consentire una s è la sezione di r valore della una truciolo (s velocità di durata dell'utensile pari = a p) G è il rapporto di forma espresso da p/a taglio a 60 min i valori delle costanti sono tabellati in funzione dei materiali LIUC - Ingegneria Gestionale 29

30 Durata utensile in fresatura Le variabili che intervengono ad influenzare la durata dell utensile nel caso di fresatura sono maggiori: Tipo di fresa Lavorazione concorde o discorde Materiale costituente l utensile Angoli caratteristici dell utensile Numero dei denti e diametro della fresa Materiale costituente il pezzo in lavorazione Avanzamento e profondità di passata Larghezza del pezzo in fresatura Posizione della fresa rispetto al pezzo Tipo di fluido lubrorefrigerante utilizzato LIUC - Ingegneria Gestionale 30

31 Fresatura frontale v = ove la relazione vale per resistenza a K dipende dal tipo di acciaio ed è tabellato D, B sono il diametro e la larghezza del pezzo in mm R a z m R 1,43 m K 0,4 az p 0,06 D B 0,176 0,2 h 0,184 è la resistenza a trazione del materiale in lavorazione è l'avanzamento al giro al dente p è la profondità di passata in mm h è la durata dell'utensile in mm v è espressa in m/min trazione R < 1000 N/mm LIUC - Ingegneria Gestionale 31 m 2

32 Concetto di lavorabilità Materiale e sua storia Stato e geometria dell utensile Condizioni di taglio LIUC - Ingegneria Gestionale 32

33 Indice di lavorabilità v15 del materiale in prova I = 100 v15 del materaile campione ove si assume come materiale campione l'acciaio ad alta velocità CF 9 S Mn 23 (UNI4838) LIUC - Ingegneria Gestionale 33

34 Concetto di rugosità Rugosità teorica Dipende dall avanzamento prefissato e dagli angoli caratteristici dell utensile utilizzato Rugosità effettiva È sempre maggiore di quella teorica in quanto deve tenere conto di altri fattori quali le vibrazioni della macchina, i taglienti di riporto, l usura dell utensile,. LIUC - Ingegneria Gestionale 34

35 Tornitura Il grado di finitura dipende da: Avanzamento Raggio di punta Angoli dei taglienti dell utensile In condizioni reali esistono poi altri fattori: Materiale in lavorazione Velocità di taglio Usura dell utensile LIUC - Ingegneria Gestionale 35

36 Fresatura Fresatura discorde: Il tagliente tende a slittare e dunque ricalcare il materiale così che pur presentando una rugosità inferiore, manifesta una superficie ruvida ed opaca Fresatura concorde L altezza delle creste risulta maggiore per ragioni geometriche e dunque la rugosità risulterà giocoforza maggiore LIUC - Ingegneria Gestionale 36

37 Rettifica La rugosità teorica non è determinabile a priori Dipende dalla granulometria dell abrasivo utilizzato nonché da altri fattori presenti quali: Condizioni della rettificatrice Stato di usura della mola Tipo di materiale in lavorazione LIUC - Ingegneria Gestionale 37

38 Definizione del ciclo di lavorazione LIUC - Ingegneria Gestionale 38

39 Il ciclo di lavorazione Insieme delle operazioni necessarie per fabbricare un pezzo attraverso una successione di processi tecnologici che consentono il raggiungimento di una determinata geometria finale: Fusione Stampaggio Asportazione di truciolo LIUC - Ingegneria Gestionale 39

40 Scelta del ciclo La scelta oculata del ciclo inteso come macchine, utensili, procedure, attrezzature incidono enormemente sulla qualità ed il costo finale del pezzo Il know-how dell azienda in tal senso è determinante per la sua sopravvivenza nel tempo LIUC - Ingegneria Gestionale 40

41 Definizione del ciclo Non esiste una soluzione univoca alla definizione del ciclo di lavorazione Nella scelta entrano in gioco molteplici fattori quali l esperienza dei tecnici preposti, la tradizione aziendale, il livello di aggiornamento alle tecnologie più recenti, la disponibilità di risorse interne,.. LIUC - Ingegneria Gestionale 41

42 Modello di definizione del ciclo 1. Analisi critica del progetto e e dei dati di partenza 2. Scelta dei processi e sequenza delle fasi 3. Raggruppamento delle operazioni in sottofasi 4. Scelta della sequenza delle singole operazioni 5. Scelta degli utensili 6. Scelta dei parametri di taglio 7. Progettazione delle attrezzature 8. Definizione delle procedure di controllo 9. Calcolo dei tempi e dei costi 10. Stesura dei fogli di lavorazione e, nel caso di utilizzo di macchine CN, dei part program LIUC - Ingegneria Gestionale 42

43 Definizioni Fase: insieme ordinato di operazioni realizzate presso un medesimo posto di lavoro (es. fase di fresatura, di controllo, ) Sottofase: insieme ordinato di operazioni da eseguire presso un medesimo posto di lavoro con il medesimo piazzamento del pezzo (es. torniture con un prefissato posizionamento del pezzo,.) Operazione: lavorazione di una superficie elementare realizzata con un unico utensile (es. tornitura cilindrica esterna, stozzatura di un cava,...) LIUC - Ingegneria Gestionale 43

44 Analisi dei dati di partenza Dimensioni del pezzo che influenzano macchine ed attrezzature Tolleranze dimensionali che influenzano macchine, utensili, posizionamenti, operazioni, Qualità superficiale che influenza la scelta del processo e dei parametri di taglio LIUC - Ingegneria Gestionale 44

45 Definizione delle fasi In tale scelta entrano in gioco diversi elementi: Presenza di vincoli nella sequenziazione In assenza di particolari vincoli, considerazioni di ottimizzazione dei flussi logistici all interno dello shopfloor Altro elemento è dato dalla presenza di colli i bottiglia o della particolare e contingente pianificazione in funzione del carico di lavoro sulle macchine disponibili LIUC - Ingegneria Gestionale 45

46 Definizione delle sottofasi Evidentemente si cerca di minimizzare il numero dei posizionamenti In taluni casi occorre comunque cambiare più posizionamenti È a volte necessario tornare a tale definizione dopo aver definito le operazioni elementari LIUC - Ingegneria Gestionale 46

47 LIUC - Ingegneria Gestionale 47

51 Sequenza delle operazioni Esistono vincoli oggettivi Minimizzare i percorsi utensile ed il cambio di questi Valutare il grado di automazione della macchina Considerare esigenze di tipo dimensionale Valutare esigenze di tipo tecnologico LIUC - Ingegneria Gestionale 51

56 Scelta degli utensili Da ciò dipende spesso la qualità e l economicità di tutto il ciclo Parametri di scelta: Geometria di taglio Materiale del tagliente Forma e dimensioni dell inserto (angoli, raggi di raccordo,.) Forma e dimensioni del portautensile Disponibilità a magazzino o sul mercato Costi LIUC - Ingegneria Gestionale 56

59 Scelta dei parametri di taglio La sequenza dei passaggi dipende dal tipo di operazione Tale scelta determina di fatto altri fattori quali: Il tempo macchina (contatto pezzo-utensile) Il tempo di lavorazione (ovvero comprensivo di setup) La durata dell utensile Il costo della lavorazione Il grado di finitura della superficie La forza e la potenza richieste LIUC - Ingegneria Gestionale 59

61 Scelta delle attrezzature Individuazione delle superfici di riferimento Determinazione dei punti di afferraggio e di bloccaggio del pezzo Classificazione delle attrezzature Standard: sono quelle che normalmente sono in dotazione delle macchine utensili Speciali: si utilizzano e necessitano di progettazione specifica in caso di pezzi difficili o nel caso si esigano particolari condizioni (facilità di fissaggio, automazione, necessità di particolari riferimenti, ) LIUC - Ingegneria Gestionale 61

65 Scelta delle procedure di controllo Diverse esigenze di precisione e qualità influenzano tale fase Vanno verificate le dimensioni, le tolleranze, il grado di finitura,. Esistono diverse macchine allo scopo per valutazioni oggettive: Strumenti manuali Strumenti speciali (maschere, dime,.) Macchine di misura e controllo numerico LIUC - Ingegneria Gestionale 65

66 Calcolo dei tempi e dei costi Tali due parametri consentono di operare precise scelte tra i cicli alternativi individuati Tempi: Attivi, ovvero effettivi di lavorazione calcolati con i parametri di taglio Passivi, ovvero di bloccaggio del pezzo, avvicinamento dell utensile,.calcolati con metodi MTM (Methods and Time Measurement) Di preparazione della macchina utensile sempre con tabelle MTM fornite dal costruttore LIUC - Ingegneria Gestionale 66

69 Calcolo dei tempi e dei costi Costi Costo della manodopera Costo della forza motrice Costo di ammortamento delle attrezzature e delle macchine Costo dei materiali di consumo Costo degli utensili Costo delle operazioni di riaffilatura ed accessorie Quota di copertura dei costi generali dell azienda. LIUC - Ingegneria Gestionale 69

70 Stesura dei fogli di lavorazione Devono contenere tutte le informazioni necessarie ad una corretta esecuzione delle lavorazioni previste Devono essere realizzati su stampati standard per essere immediatamente comprensibili Esempi LIUC - Ingegneria Gestionale 70