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

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1 La deformazione plastica La deformazione plastica Lavorazioni per deformazione Il processo di laminazione La forgiatura La formatura della lamiera Politecnico di Torino 1

2 Obiettivi della lezione Descrivere sommariamente le lavorazioni riconducibili all estrusione e alla trafilatura Analizzare dal punto di vista fisico tali lavorazioni Dimensionare dal punto di vista energetico i processi di estrusione e trafilatura 3 Bibliografia per la lezione Sistemi di Produzione A. Villa, G. Murari, D. Antonelli C.L.U.T. Editrice, 2004 capitolo 3 paragrafo 4 Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione Santochi, Giusti Casa Editrice Ambrosiana, 2000 capitolo 5 paragrafo Politecnico di Torino 2

3 Il processo di estrusione Principi teorici Analisi energetica La trafilatura Dimensionamento energetico Politecnico di Torino 3

4 Il processo di estrusione 7 Il processo di estrusione Politecnico di Torino 4

5 Produzione tramite estrusione Barre lunghe con forme diverse cilindriche piene tubolari variamente sagomate 9 Vantaggi dell estrusione Elevata produttività dei prodotti Precisione dimensionale e finitura superficiale Costi relativamente contenuti Politecnico di Torino 5

6 Modalità di processo Estrusione diretta Estrusione inversa Estrusione di tubi 11 L estrusione diretta Stessa direzione del carico e del materiale Politecnico di Torino 6

7 L estrusione diretta Stessa direzione del carico e del materiale Matrice 13 L estrusione diretta Stessa direzione del carico e del materiale Pistone Politecnico di Torino 7

8 L estrusione inversa Flusso del materiale opposto al moto dello spintore 15 Estrusione di tubi Politecnico di Torino 8

9 Estrusione di tubi Massello da estrudere 17 Estrusione di tubi Pistone cavo Politecnico di Torino 9

10 Estrusione di tubi Mandrino 19 Estrusione di tubi Matrice Politecnico di Torino 10

11 Estrusione di tubi Tubo estruso 21 Radiografia dell estrusione Politecnico di Torino 11

12 Temperature di estrusione Materiale Zinco Alluminio e leghe Magnesio e leghe Bronzi e ottoni Rame e leghe Acciai dolci Acciai legati Temperatura [ C] Politecnico di Torino 12

13 Il processo di estrusione Principi teorici Analisi energetica La trafilatura Dimensionamento energetico 25 Andamento della pressione di estrusione La pressione è influenzata da diversi parametri: resistenza alla deformazione forma della billetta rapporto di estrusione R: A 0 R = A u coefficiente di attrito µ tra billetta e pareti della camera di estrusione lunghezza e diametro della billetta Politecnico di Torino 13

14 Andamento della pressione di estrusione Pressione di estrusione p Corsa di lavoro c Corsa spintore 27 Andamento della pressione di estrusione Estrusione diretta: pressione decrescente all aumentare della corsa l attrito dipende dalla lunghezza della billetta la pendenza nella zona di lavoro è funzione della velocità dello spintore Politecnico di Torino 14

15 Andamento pressione estrusione diretta Pressione di estrusione p Corsa di lavoro Corsa spintore c Corsa spintore 29 Andamento pressione estrusione diretta Pressione di estrusione p Corsa di lavoro velocità c Corsa spintore Politecnico di Torino 15

16 Andamento pressione nella zona morta Pressione di estrusione p Corsa di lavoro c Corsa spintore Zona morta 31 Andamento della pressione di estrusione Estrusione diretta: pressione decrescente all aumentare della corsa l attrito dipende dalla lunghezza della billetta la pendenza nella zona di lavoro è funzione della velocità dello spintore Estrusione inversa: andamento della pressione costante attrito trascurabile durante la corsa dello spintore Politecnico di Torino 16

17 Andamento pressione estrusione inversa Pressione di estrusione p Corsa di lavoro Corsa spintore c Corsa spintore Politecnico di Torino 17

18 Il processo di estrusione Principi teorici Analisi energetica La trafilatura Dimensionamento energetico 35 Il rendimento di deformazione h Dipende da diversi parametri: forza di pura deformazione attriti interni attriti sul collare della matrice attriti al contatto con le pareti del contenitore distorsione delle linee di flusso in prossimità della filiera Valore quantificabile: η = 0,5 0, Politecnico di Torino 18

19 Lavoro di deformazione uniforme Ipotesi: nessuna perdita per attrito comportamento plastico ideale per il materiale per materiali incrudenti si usa il valor medio della tensione di scorrimento 37 Lavoro di deformazione uniforme L = Y ε V Politecnico di Torino 19

20 Lavoro di deformazione uniforme L = Y ε V L = Y ε A0 c Area del pistone per la sua corsa 39 Lavoro di deformazione uniforme Il lavoro della forza di estrusione L = Y ε A0 c L = F c Politecnico di Torino 20

21 La forza ideale di estrusione F = Y ε A 0 L = Y ε A0 c L = F c 41 Forza e lavoro reale di estrusione F R = Y ε A0 η L R = F R c = Y ε η V Politecnico di Torino 21

22 Il processo di estrusione Principi teorici Analisi energetica La trafilatura Dimensionamento energetico Politecnico di Torino 22

23 Il processo di trafilatura Lavorazione per deformazione plastica a freddo 45 Il processo di trafilatura Lavorazione per deformazione plastica a freddo Il materiale viene fatto passare, in forma di vergella, barra o tubo, attraverso una filiera Un azione traente viene applicata ad una estremità del pezzo Politecnico di Torino 23

24 Il processo di trafilatura Lavorazione per deformazione plastica a freddo Il materiale viene fatto passare, in forma di vergella, barra o tubo, attraverso una filiera Un azione traente viene applicata ad una estremità del pezzo Precisione dimensionale e finitura superficiale più elevati rispetto alla laminazione e all estrusione 47 Schema di lavorazione di una trafila Politecnico di Torino 24

25 Schema di lavorazione di una trafila Bagno d olio 49 Schema di lavorazione di una trafila Pulegge dell avvolgitore Politecnico di Torino 25

26 Schema di lavorazione di una trafila Pulegge dello svolgitore 51 Schema di lavorazione di una trafila Filiere montate su portafiliera Politecnico di Torino 26

27 La filiera 2 α 53 Operazioni che precedono la trafilatura Appuntatura permette alla vergella l ingresso nel foro della filiera Politecnico di Torino 27

28 Operazioni che precedono la trafilatura Appuntatura Eliminazione dello strato di ossido decapaggio 55 Operazioni che precedono la trafilatura Appuntatura Eliminazione dello strato di ossido Lavaggio Politecnico di Torino 28

29 Operazioni che precedono la trafilatura Appuntatura Eliminazione dello strato di ossido Lavaggio Trattamento in latte di calce neutralizzazione degli ultimi resti di acido 57 Operazioni che precedono la trafilatura Appuntatura Eliminazione dello strato di ossido Lavaggio Trattamento in latte di calce Asciugatura Politecnico di Torino 29

30 Operazioni che seguono la trafilatura Trattamenti termici per ridurre l incrudimento dovuto alla trafilatura o per aumentare la trafilabilità: ricottura normalizzazione tempra patentamento (temprare il filo fino a 500 C in un bagno di sali fusi e mantenerlo a tale temperatura fino a completa trasformazione dell austenite) 59 La forza di trafilatura È funzione dei parametri: riduzione di sezione R R = A A distorsione dovuta alla conicità della matrice attrito sulle superfici a contatto 0 u Politecnico di Torino 30

31 La forza di trafilatura Non può superare il carico massimo ammissibile a trazione del trafilato F < Y A u Politecnico di Torino 31

32 Il processo di estrusione Principi teorici Analisi energetica La trafilatura Dimensionamento energetico 63 Schema del processo di trafilatura Semiangolo di apertura della filiera a A Politecnico di Torino 32

33 Lavoro di deformazione uniforme ideale L = Y ε V 65 Lavoro di deformazione uniforme L = Y ε V Lunghezza del filo all uscita della filiera L = Y ε Au c Politecnico di Torino 33

34 Lavoro di deformazione uniforme Lavoro della forza di trafilatura L = Y ε Au c L = F c 67 Forza ideale di trafilatura F = Y ε A u L = Y ε Au c L = F c Politecnico di Torino 34

35 2006 Politecnico di Torino Forza e lavoro reale di trafilatura η ε u R A Y F = η ε V Y c F L R R = = 70 Condizione di massima riduzione sezione η ε < u u R A Y A Y F < = η ε

36 Andamento della deformazione A 0 A u ε ε u = ln A 0 A u 71 La tensione di trazione a A u A 0 s u T Politecnico di Torino 36

37 La tensione di trazione Parametri condizionanti: incrudimento angolo d apertura della filiera coefficiente d attrito µ σu = Y ln R 1 + µ α 73 Andamento della tensione di trazione σ Y Y u ε Politecnico di Torino 37

38 Sommario della lezione Il processo di estrusione Principi teorici Analisi energetica La trafilatura Dimensionamento energetico Domande di riepilogo Politecnico di Torino 38