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 Lavorazioni per deformazione Il processo di laminazione Estrusione e trafilatura La forgiatura Politecnico di Torino 1

2 Obiettivi della lezione Valutare le applicazioni industriali dei processi di formatura della lamiera Descrivere analiticamente le principali lavorazioni di formatura della lamiera (tranciatura, piegatura e imbutitura) Evidenziare le regole progettuali e le caratteristiche fisiche di queste lavorazioni 3 Bibliografia per la lezione Sistemi di Produzione A. Villa, G. Murari, D. Antonelli C.L.U.T. Editrice, 2004 capitolo 3 paragrafo 6 Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione Santochi, Giusti Casa Editrice Ambrosiana, 2000 capitolo 5 paragrafo Politecnico di Torino 2

3 La tranciatura Teoria della tranciatura La piegatura Progettazione della piegatura L imbutitura Fisica dell imbutitura Politecnico di Torino 3

4 Esempi di stampi 7 Esempio di prodotti:carrozzeria per auto Politecnico di Torino 4

5 La tranciatura Operazione preliminare a altre lavorazioni sulla lamiera 9 La tranciatura Operazione preliminare a altre lavorazioni sulla lamiera Si ritagliano figure geometriche da fogli di lamiera o da nastri continui (coils) Viene portato via del materiale (sfrido) dalla lamiera di partenza Politecnico di Torino 5

6 Tipologie di tranciatura Tranciatura di profili aperti taglio rettilineo di lamiere e di barre Tranciatura di profili chiusi taglio di profili chiusi con geometria anche molto complessa 11 La tranciatrice Politecnico di Torino 6

7 Taglio rettilineo: tranciatura di una barra Piano di taglio 13 Taglio rettilineo: tranciatura di una barra Forze di taglio Politecnico di Torino 7

8 Taglio rettilineo: tranciatura di una lamiera 15 Tranciatura di un profilo chiuso Politecnico di Torino 8

9 Fasi del processo Ingresso del punzone nella lamiera deformazione delle fibre arrotondamento dei bordi della lamiera 17 Fasi del processo Ingresso del punzone nella lamiera Applicazione di uno stato di sollecitazione superiore alla tensione R m del materiale primi segni di frattura della lamiera ai bordi del punzone e della matrice Politecnico di Torino 9

10 Fasi del processo Ingresso del punzone nella lamiera Applicazione di uno stato di sollecitazione superiore alla tensione R m del materiale Propagazione delle fratture nella lamiera in direzione inclinata fino al distacco del pezzo 19 Aspetto delle superfici tranciate Diametro del foro Diametro del disco tranciato Politecnico di Torino 10

11 Aspetto delle superfici tranciate Penetrazione Politecnico di Torino 11

12 La tranciatura Teoria della tranciatura La piegatura Progettazione della piegatura L imbutitura Fisica dell imbutitura 23 Dimensionamento energetico Composizione delle forze del processo di taglio tensioni di taglio agenti sul piano di taglio forze d attrito gioco fra punzone e matrice imperfetta affilatura dei coltelli, ecc Politecnico di Torino 12

13 Forza di tranciatura F = k 0, 7 R m A k : coefficiente correttivo A : superficie della sezione resistente p, s : perimetro e spessore della lamiera A = p s 25 Andamento della forza di tranciatura Forza di tranciatura Corsa del punzone Politecnico di Torino 13

14 Lavoro di tranciatura L = s F ds 0 L Fmax k s 27 Il gioco Gioco corretto: fratture concorrenti Politecnico di Torino 14

15 Il gioco Gioco troppo stretto: fratture parallele 29 Il gioco Gioco troppo piccolo: Politecnico di Torino 15

16 Il gioco Gioco corretto: 31 Il gioco Gioco troppo grande con distacco del materiale per il cattivo allineamento punzone matrice: Politecnico di Torino 16

17 La tranciatura Teoria della tranciatura La piegatura Progettazione della piegatura L imbutitura Fisica dell imbutitura Politecnico di Torino 17

18 Processi di piegatura Piegatura libera Piegatura in stampo Profilatura a rulli 35 Piegatura libera Politecnico di Torino 18

19 Processi di piegatura Piegatura libera Piegatura in stampo Profilatura a rulli 37 Piegatura in stampo di forma a U Politecnico di Torino 19

20 Piegatura in stampo di forma a V 39 Processi di piegatura Piegatura libera Piegatura in stampo Profilatura a rulli Politecnico di Torino 20

21 Profilatura a rulli 41 Schema delle deformazioni di piegatura C è una sezione della lamiera che si piega senza deformarsi detta fibra neutra (f n ) R n s f n Politecnico di Torino 21

22 Schema delle deformazioni di piegatura 43 Schema delle deformazioni di piegatura Intradosso Extradosso Politecnico di Torino 22

23 Schema delle deformazioni di piegatura Allargamento Compressione Politecnico di Torino 23

24 La tranciatura Teoria della tranciatura La piegatura Progettazione della piegatura L imbutitura Fisica dell imbutitura 47 Elementi di calcolo nella piegatura Il ritorno elastico Il raggio di curvatura Lo sforzo di piegatura Angolo di piegatura (profilatura a rulli) Politecnico di Torino 24

25 Il ritorno elastico Le sollecitazioni di trazione e di compressione in prossimità della fibra neutra sono di tipo elastico 49 Il ritorno elastico Le sollecitazioni di trazione e di compressione in prossimità della fibra neutra sono di tipo elastico Dopo la sollecitazione la lamiera è soggetta ad un ritorno elastico funzione dei parametri: limite di snervamento del materiale velocità di deformazione tipo di piegatura (libera o in stampo) spessore della lamiera raggio di piegatura Politecnico di Torino 25

26 Il ritorno elastico M l θ ρ θ Angolo di piegatura 51 Il ritorno elastico M l θ ρ + ρ θ θ + θ Angolo di ritorno elastico Politecnico di Torino 26

27 Parametri dell angolo di ritorno L angolo di ritorno è funzione di: θ raggio del punzone R p raggio dello stampo R d raggio dell asse neutro R n larghezza e spessore della lamiera (b, s) angolo di piegatura θ parametri caratteristici del materiale (E, C, n) = f ( R, R, R, b, s,?, E, C, n ) p d n 53 Elementi di calcolo nella piegatura Il ritorno elastico Il raggio di curvatura Politecnico di Torino 27

28 Il raggio minimo di curvatura Deve essere maggiore del minimo raggio di curvatura ammissibile per il tipo di deformazione: R min = s c c : coefficiente proprio del materiale 55 Elementi di calcolo nella piegatura Il ritorno elastico Il raggio di curvatura Lo sforzo di piegatura Politecnico di Torino 28

29 Il carico di flessione Il modulo resistente W: b s W = Il carico di flessione Il modulo resistente W: W b s = 6 La tensione σ f : σ f 2 F L = 4W si può approssimare σ f = 2Y quando L 6 12s, R = s Politecnico di Torino 29

30 Il carico di flessione b s W = 6 σ f 2 F L = 4W F = 2 b s σ f 1,5 L 59 Elementi di calcolo nella piegatura Il ritorno elastico Il raggio di curvatura Lo sforzo di piegatura Angolo di piegatura (profilatura a rulli) Politecnico di Torino 30

31 L angolo di piegatura (profilatura a rulli) La deformazione non deve superare il massimo angolo ammissibile di piegatura per ogni coppia di rulli 61 L angolo di piegatura (profilatura a rulli) Politecnico di Torino 31

32 Il massimo angolo di piegatura α max = 1 35 Alluminio e le sue leghe α max = 1 25 Acciai a basso contenuto di carbonio α max = 1 15 Acciai inossidabili e ottoni Politecnico di Torino 32

33 La tranciatura Teoria della tranciatura La piegatura Progettazione della piegatura L imbutitura Fisica dell imbutitura 65 Imbutitura e stampaggio di lamiera Nell imbutitura la lamiera piana assume una forma concava (cilindrica, scatolare o a coppa) il processo di deformazione non prevede la variazione dello spessore della lamiera Politecnico di Torino 33

34 Imbutitura e stampaggio di lamiera Nell imbutitura la lamiera piana assume una forma concava (cilindrica, scatolare o a coppa) Nello stampaggio la lamiera viene pressata tra uno stampo ed un controstampo è possibile una riduzione di spessore della lamiera nei punti più sollecitati localmente 67 Schema di funzionamento Politecnico di Torino 34

35 Schema di funzionamento Lamiera 69 Schema di funzionamento Premilamiera Politecnico di Torino 35

36 Schema di funzionamento Matrice 71 Schema di funzionamento Gioco punzone - matrice Politecnico di Torino 36

37 Fasi di funzionamento Avvicinamento in rapido del cuscino e del premilamiera 73 Fasi di funzionamento Politecnico di Torino 37

38 Fasi di funzionamento Avvicinamento in rapido del cuscino e del premilamiera Imbutitura lenta e compressione cuscino 75 Fasi di funzionamento Politecnico di Torino 38

39 Fasi di funzionamento Avvicinamento in rapido del cuscino e del premilamiera Imbutitura lenta e compressione cuscino Ritorno rapido della slitta ed azione dell estrattore 77 Fasi di funzionamento Politecnico di Torino 39

40 La tranciatura Teoria della tranciatura La piegatura Progettazione della piegatura L imbutitura Fisica dell imbutitura Politecnico di Torino 40

41 Tensioni di un cilindro cavo flangiato Imbutito con difetti di grinzatura sul premilamiera e strappo del raccordo di fondo 81 Tensioni di un cilindro cavo flangiato Stato di sollecitazione dell imbutito: F T F R P F T F R Politecnico di Torino 41

42 Variazioni di spessore del pezzo Diminuzione dello spessore sul fondello dell imbutito a causa delle tensioni di trazione 83 Variazioni di spessore del pezzo Diminuzione dello spessore sul fondello dell imbutito a causa delle tensioni di trazione Riduzione dello spessore nel tratto di raccordo tra il corpo cilindrico ed il fondello Politecnico di Torino 42

43 Variazioni di spessore del pezzo Diminuzione dello spessore sul fondello dell imbutito a causa delle tensioni di trazione Riduzione dello spessore nel tratto di raccordo tra il corpo cilindrico ed il fondello Diminuzione della riduzione di spessore dal raccordo inferiore fino a quello superiore con la flangia per effetto della forza circonferenziale F t 85 Dimensionamento del processo Dalla geometria del pezzo dipendono: lo sforzo di imbutitura la pressione sul premilamiera numero delle fasi di lavorazione Politecnico di Torino 43

44 Rapporto di imbutitura R i = d D p d p : diametro del punzone D : diametro iniziale del disco di lamiera 87 Rapporto massimo di imbutitura Il rapporto massimo di imbutitura ρ non può mai superare nel primo passaggio il valore ρ 0 : ρ = D d p d p : diametro del punzone D : diametro iniziale del disco di lamiera Politecnico di Torino 44

45 Diametro del punzone nei vari passaggi d p 1 = D ρ 0 89 Diametro del punzone nei vari passaggi p 1 d p 1 d p 2 = ρ 0 ρ1 = D d Politecnico di Torino 45

46 Diametro del punzone nei vari passaggi d p 1 = D ρ 0 d p 2 = d p 1 ρ 1 d p, n = d p (n 1) ρ 1 91 Forza di imbutitura per pezzi cilindrici F = k d p π s Y k : fattore di correzione 0,4 1 Y : tensione di snervamento s : spessore della lamiera Politecnico di Torino 46

47 La curva di formabilità ε 1 ε 2 93 La curva di formabilità ε 1 IMBUTITURA STIRAMENTO ε Politecnico di Torino 47

48 La curva di formabilità ε 1 PEZZI DIFETTOSI PEZZI SANI ε 2 95 Sommario della lezione La tranciatura Teoria della tranciatura La piegatura Progettazione della piegatura L imbutitura Fisica dell imbutitura Domande di riepilogo Politecnico di Torino 48