Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di rettificatura. Rettificatura

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1 Rettificatura Le macchine rettificatrici impiegano come utensili la mola abrasiva con lo scopo di dare ai pezzi, già lavorati o trattati, forme e dimensioni contenute entro un ristretto campo di tolleranza (IT6 IT7; R a = 0,2 μm). Per questo motivo bisogna lasciare sui pezzi un leggero sovrametallo (h = 0,10 0,50 mm) che viene appunto asportato mediante rettificatura. La lavorazione di rettifica può essere effettuata anche su materiali molto duri come gli acciai temprati. L utensile è denominato mola. - Mola e sua costituzione Le mole abrasive sono costituite da due elementi fondamentali: l abrasivo ed il cemento. a) Gli abrasivi hanno il compito di asportare il truciolo. Sono infatti costituiti da granelli durissimi, a punte vive. Sono abrasivi naturali la pietra arenaria, il quarzo, lo smeriglio ed il corindone. Sono abrasivi sintetici l alundum ed il carborundum. b) I cementi hanno la funzione di mantenere legati i granelli di abrasivo e di conferire alla mola la necessaria resistenza e rigidità. Il cemento deve permettere il distacco dei granelli di abrasivo quando non sono più in grado di tagliare. Le mole dure trattengono a lungo i granelli di abrasivo e perciò sono adatte per lavorare metalli teneri; le mole tenere lasciano staccare facilmente i granelli e perciò sono adatte per lavorare metalli duri, dato che i granelli di abrasivo si consumano facilmente. Cementi utilizzati sono gli impasti ceramici o vetrificati, gli impasti al silicato, quelli resinosi e gli agglomerati metallici. - Scelta della mola Gli elementi caratteristici di una mola sono: - Tipo e natura dell abrasivo - Dimensione dei grani - Tipo di legante - Durezza - Struttura E opportuno che la scelta della mola sia effettuata attenendosi alle indicazioni delle ditte costruttrici. In linea generale si può considerare quanto espresso nella seguente tabella: Materiale da lavorare Caratteristiche della mola Abrasivo Impasto Grana Durezza Struttura Acciaio temprato Alundum Ceramico M O 0 3 Acciaio dolce, ghisa Ceramico Alundum grigia Bachelite P S 4 6 Alluminio, sue leghe, bronzi ottoni Carborundum Ceramico P S 7 10 Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 1

2 Per comprendere meglio la suddetta tabella nonché la designazione delle mole, è bene chiarire quanto segue: Dimensione dei granelli Tipo di grana Numero Grana 100 indica la grossezza dei granelli Grossa 4 24 che passano attraverso un setaccio avente Media x 101 = forellini per pollice Fina quadrato e che sono trattenuti dal setaccio Finissima successivo. La dimensione dei grani dell abrasivo influisce sulla finitura superficiale: più piccola è la grana, migliore è la finitura. Durezza dell impasto Durezza Lettera Esprime l attitudine o la forza con la quale Tenera A I il cemento trattiene i granelli abrasivi, cioè Media J Q la resistenza al distacco dei grani. Dura R Z Più la mola è tenera, più lascia staccare i granelli e quindi è adatta per rettificare i materiali duri. Struttura Struttura Numero Indica il grado di porosità, cioè lo spazio Chiusa 1 4 esistente tra i granelli abrasivi. Media 5 8 Aperta 9 12 Le mole a struttura aperta sono adatte per lavorare materiali tenaci; le mole a struttura chiusa sono adatte per ottenere buone finiture. - Designazione delle mole UNI ISO 525 In relazione alle lavorazioni che si devono compiere, i criteri secondo cui devono essere scelte e designaete le mole sono fissati dalle norme UNI 7747 ed UNI ISO 525. Quest ultima prende in considerazione nell ordine: 1) la forma (codice numerico da 1 a 13) 2) le dimensioni nominali (diametro esterno x spessore x diametro interno) 3) la specifica dei componenti 4) la velocità massima periferica [m/s] o la velocità di rotazione [giri/min] Con riferimento alla sezione G-109 del Manuale di Meccanica della Hoepli, la dicitura Mola forma x 50 x 76,2 A 36 L 5 V 35 m/s indica una mola a disco forma 1, diametro 300 mm, spessore 50 mm, foro interno 76,2 mm, specifica dei componenti (A = abrasivo Alundum, grana media 36, durezza media L, struttura media 5, natura dell agglomerante V = vetrificato), velocità periferica massima consentita 35 m/s. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 2

3 Le mole a disco, oltre al profilo cilindrico, possono avere profili complessi (individuati da una lettera maiuscola), secondo la norma UNI ISO 525, come di seguito rappresentati. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 3

4 - Formazione del truciolo nella rettificatura La mola non è altro che un complesso di minuscoli utensili, con spoglia superiore negativa, che asportano il truciolo con una azione di raschiamento. Ciò determina un notevole attrito, quindi lo sviluppo di una notevole quantità di calore (T = C), con conseguente elevata potenza assorbita. Da ciò la necessità di lubrificare abbondantemente con acqua emulsionata durante la rettificatura, anche per allontanare dalla zona di lavoro la polvere metallica che intaserebbe i pori della mola. Vediamo il modo di agire della mola sul pezzo con l ausilio della figura a lato. - Siano 1 e 2 le posizioni assunte successivamente da un granello abrasivo della mola - Sia AB l arco percorso dal granello con velocità v m - Sia BC l arco percorso nello stesso tempo dal pezzo con velocità v p (solitamente v p 1/100 v m ) - Sia AC il moto risultante ABC rappresenta la forma a virgola del truciolo. La sezione del truciolo è: S = a a p [mm 2 ] con: a a = avanzamento assiale della mola (o del pezzo) in mm/giro 0,25 spessore mola p = profondità di passata Il volume di truciolo asportato è: La forza di strappamento è: Q = v p a p [cm 3 /min] F s = S σ s = a a p σ s [N] - Potenza assorbita nella rettificatura La potenza di taglio è calcolata secondo il metodo Norton, azienda fabbricante delle mole. Il metodo è valido per rettifiche in tondo esterne senza spallamenti, interne, per piani (sempre con refrigerante). Vale la relazione empirica: P = 0,155 K (Q s) (v tm /30) [kw] Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 4

5 K = coefficiente ricavato sperimentalmente = 7,5 per rettifica cilindrica esterna = 6,2 per rettifica piana Q = volume di truciolo asportato in [cm 3 /min] = v p S = v p a a p = v p 0,25 b p = π D p n p 0,25 b p [cm 3 /min] S = spessore della mola impegnato sul pezzo [cm] = 0,25 b [cm] con b lo spessore della mola v tm = velocità periferica della mola [m/s] Ammesso un rendimento della rettificatrice pari a 0,75 0,8, la potenza del motore deve essere almeno pari a: P M = P / η - Lavorazioni di rettifica e parametri tecnologici Tra le più importanti lavorazioni di rettifica ricordiamo quella cilindrica esterna e quella per piani. Le moderne rettificatrici lavorano con un ciclo automatico gestito da un misuratore elettronico on line (o in process ), costituito dalle seguenti fasi: - Avvicinamento rapido della mola; - Avanzamento rapido fino a sfiorare la superficie del pezzo grezzo; - Avanzamento di lavoro in sgrossatura fino ad una distanza prestabilita (p pas ) - Ritorno rapido in posizione di lavoro - Ripresa della lavorazione con avanzamento lento di finitura - Lavorazione di spegnifiamma (senza avanzamento fino al recupero della deformazione flessionalke subita dal pezzo durante l asportazione di truciolo). 1) Rettifica cilindrica esterna (o in tondo ) E una lavorazione che si effettua su pezzi cilindrici o conici. Nella figura seguente è schematizzata una rettificatrice tipo Norton, con le sue parti strutturali. L asse della tavola portapezzi e l asse del portamola sono paralleli; il moto di avanzamento è posseduto dalla tavola portapezzi. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 5

6 Il moto di taglio V t è posseduto dalla mola, che ruota ad elevata velocità. Il moto di alimentazione periferica n p è posseduto dal pezzo, che ruota a bassa velocità e nello stesso senso della mola. Il moto di alimentazione assiale a a è, nelle rettificatrici tipo Norton (adatte per pezzi piccolomedi), conferito al pezzo, mentre nelle rettificatrici tipo Landis (adatte per pezzi lunghi e pesanti) è posseduto dalla mola. L avanzamento intermittente a r di profondità p, può essere posseduto dal pezzo o dalla mola e si realizza al termine di ogni passata. Rettificatura cilindrica Velocità di rotazione del Profondità di passata p Avanzamento assiale a Materiale in a pezzo v lavorazione p [m/min] [mm/doppia corsa] [mm/giro pezzo] Sgrossatura Finitura Sgrossatura Finitura Sgrossatura Finitura Acciaio ,01 0,02 0,001 0,01 (1/4 1/3) b (2/3 3/4) b Ghisa Alluminio ,02 0,06 0,01 0,02 (3/4 4/5) b (2/3 3/4) b Ottone/bronzo ) Rettifica per piani con mola tangenziale E una lavorazione che si effettua su superfici piane. La mola lavora con azione periferica della sua superficie cilindrica. Per questo la lavorazione è detta tangenziale. Il moto di lavoro e quello di avanzamento intermittente verticale sono posseduti dalla mola. Il moto di avanzamento (alimentazione longitudinale) é posseduto dalla tavola portapezzo. Ad ogni inversione del moto di alimentazione longitudinale, lo spostamento trasversale può essere dato, a seconda delle macchine, alla testa portamola oppure alla tavola. La mola tocca il pezzo per un arco molto limitato, quindi il truciolo prodotto è molto corto e facilmente eliminabilecon l ausilio del lubrificante. Per questo la finitura delle superfici ottenuta con questo metodo è molto buona. Rettificatura piana Materiale in Velocità di rotazione del lavorazione pezzo v p [m/min] Acciaio/ghisa 5 30 Materiali non ferrosi Profondità di passata p [mm/doppia corsa] 0,01 0,05 Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 6

7 3) Rettifica per piani frontale E una rettificatura ad asse verticale con mola, a forma di tazza, che lavora sul bordo. Il moto di taglio v t circolare è dato alla mola mentre i moti di alimentazione sono affidati alla mola o al pezzo. I l bloccaggio rapido e sicuro del pezzo avviene per mezzo di un piano magnetico. Una particolare rettificatrice per piani frontale è il lapidello. In questo caso, il movimento di alimentazione è ottenuto in modo manuale facendo descrivere alla testa portamola un arco di cerchio alternativamente nei due sensi. Calcolo del tempo attivo 1) Rettifica cilindrica (in tondo) Con riferimento ad un pezzo cilindrico montato tra le punte, il tempo di macchina (per una passata) nella rettifica cilindrica esterna è dato da: t 1 = corsa / v a = (L + 2b) / (a a n p ) l = lunghezza da rettificare [mm] b = spessore della mola [mm] v a = velocità di traslazione assiale del pezzo [m/min] a a = avanzamento assiale [mm/giro pezzo] ½ b n p = numero di giri del pezzo da rettificare = (1000 v p ) / (π D) [giri/min] v p = velocità periferica del pezzo [m/min] D = diametro del pezzo [mm] Il numero di passate è n pas = (h / p) + 3 h = sovrametallo da sasportare = 0,1 0,5 [mm] p = profondità di passata = 0,01 0,02 [mm/doppia corsa] per sgrossatura 3 = numero di passate per spegnifiamma Le passate di spegnifiamma sono delle passate a vuoto che si effettuano fino alla scomparsa delle tipiche scintille che si generano durante la rettificatura. Il tempo totale sarà quindi: T tot = t 1 n pas Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 7

8 Nel caso di rettifica di un perno di estremità come quello illustrato in figura, il tempo può essere calcolato con: t 1 = corsa / v a = (L 1/3 b) / (a a n p ) L = lunghezza da rettificare [mm] b = spessore della mola [mm] a a = avanzamento assiale della mola [mm/giro pezzo] ½ b n p = numero di giri del pezzo da rettificare [giri/min] Considerando il numero di passate n pas, il tempo totale di macchina è: 2) Rettifica per piani T tot = t 1 n pas Il tempo di macchina nella rettifica per piani (tangenziale) si può calcolare in modo simile a quanto nella fresatura periferica. Quindi: t 1 = corsa / v a = (L + ex) / (a a n) visto ex = 2 e = extracorsa a a = avanzamento assiale n = numero di corse effettuate ad ogni passata Considerando il numero di passate n pas, il tempo totale di macchina è: Il tempo di macchina nella rettifica per piani (frontale) si può calcolare in modo simile a quanto visto nella fresatura frontale. Cioè: T tot = t 1 n pas T tot = n pas (corsa / v a) = n pas [(L + D + ex) / (a a n)] con D il diametro della mola. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 8

9 Gole di scarico per parti da rettificare La tabella UNI 4386 stabilisce le gole di scarico delle superfici di parti da rettificare. Nella figura seguente sono indicate le forme e le dimensioni delle gole come devono essere indicate nei disegni tecnici. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 9