Classificazione delle lavorazioni per asportazione di truciolo

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1 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 69

2 Classificazione secondo il contatto utensile pezzo Continuo Monotaglienti Bitaglienti Pluritaglienti - tornitura - limatura - piallatura - stozzatura - foratura - brocciatura Discontinuo Pluritaglienti Taglienti indefiniti - fresatura - rettifica 70

3 Classificazione secondo il 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 71

4 Tornitura Moto di taglio pezzo rotatorio Moto di avanzamento utensile lineare rettilineo o meno Moto di registrazione utensile lineare discontinuo Moto di lavoro elicoidale (tornitura longitudinale) Avanzamento Utensile 72

5 Struttura tornio I Elementi caratteristici del tornio: bancale (guide) 2. testa (mandrino) 3. carro porta-utensile (torretta) 4. controtesta

6 Struttura tornio Struttura tornio II Selettore velocità del mandrino Testa Mandrino autocentrante Porta utensile Torretta Carrello Carro Guide Contropunta Albero della contropunta Controtesta Manovella della avanzamento controtesta Telaio Boschetto Alberto Selettore degli avanzamenti Frizione Contenitore dei trucioli Grembiale Leva di blocco del carro Leva della frizione Barra a vite Barra dell avanzamento Leva di innesto dell avanzamento longitudinale e trasversale 74

7 Lavorazioni possibili 75

8 tornitura cilindrica esterna tornitura piana esterna sfacciatura 76

9 tornitura esterna di superfici complesse tornitura interna 77

10 filettatura interna esterna esecuzione di gole 78

11 troncatura zigrinatura 79

12 Attrezzature per torni con autocentrante dall esterno con autocentrante dall interno con autocentrante con griffe tornibili tra punta e contropunta con brida e disco menabrida con piattaforma a griffe indipendenti con piattaforma e squadra su spina, tra punta e contropunta con trascinatore frontale, fra le punte 80

13 posizionamento relativo utensile / pezzo sistema di riferimento 81

14 forma dell utensile angoli della sezione normale angoli del profilo α β γ angoli di registrazione χ angolo di inclinazione λ 82

15 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 83

16 FORZE DI TAGLIO 1200 kn Componenti della forza di taglio 1000 kn 800 kn 600 kn 400 kn 200 kn 0 kn Ft Fr Fa Angolo di registrazione χ Ft : Fr : Ff 1 : 1/2-1/4 : 1/4-1/8 84

17 Individuazione della sezione del truciolo A = h x b h = a x sin χ b = p / sin χ a A = a x p p χ A = sezione del truciolo h = spessore del truciolo b = larghezza del truciolo a = avanzamento per giro p = profondità di passata χ= angolo di registrazione del tagliente principale ψ + ψ = angolo dell utensile robustezza dell utensile χ ψ ψ 85

18 Forza di taglio e potenza di lavorazione F t = K s A = K s a p = K so h -z a p K s = pressione di taglio K so = pressione specifica di taglio P = Σ F i V i = F t V t + F a V a + F r V r V t = r ω = r 2 π n / 60 / 1000 = π d n / 60 / 1000 V a = a n / 60 / 1000 V r = 0 ω [rad / s] n [giri / minuto] r [mm] a = [mm / giro] V t, V a, V r [ m / s] 60 s / min ; 1000 mm / m 86

19 P = F t π d n / 60 / F a a n / 60 / 1000 = = n F t ( π d + α a ) / 60 / 1000 essendo Fa = α F t con α [ 1/4-1/5 ] π 3 d > alcuni mm a < 1 mm e quindi, essendo si ha che π > α e d > a π d >> α a e quindi si può trascurare la P a in conclusione P = F t V t = F t p d n = K s a p π d n / 60 /

20 Tempo di lavorazione t = L / V a = L / a / n * 60 * 1000 V a = a n / 60 / 1000 aumenta la rugosità Per ridurre il tempo di lavorazione si può: aumentare a aumentare n V t = π d n / 60 / 1000 aumenta la potenza richiesta 88

21 Verifica dell autocentrante Fag + z = numero di griffe d = diametro del pezzo in corrispondenza all utensile d* = diametro del pezzo in corrispondenza alla presa delle griffe Pc = pressione di contatto griffa / pezzo s = area di contatto griffa / pezzo µ = coefficiente di attrito statico M t = momento di taglio Mr = momento resistente Ft M t = Ft d/2 = Ks a p d/2 M r = Fag d*/2 = z Pc s µ d*/2 deve essere M r > M t cioè z Pc s µ d*/2 > Ks a p d/2 89

22 Rugosità nelle operazioni di tornitura La rugosità teorica dipende da fattori geometrici La rugosità reale dipende da: - deformazioni plastiche - vibrazioni - dilatazioni termiche differenziali - attrito - struttura cristallina - velocità di taglio (v t, Ra ) - angolo g (g, Ra ) - raggio di raccordo fra i taglienti (r, Ra ) - profondità di passata (p, Ra ) - avanzamento (f, Ra ) - usura utensile 90

23 Rugosità teorica I caso: taglienti non raccordati p χ a χ Rt V a a/2 B H χ A C χ δ D δ Linea di compenso L H a D 0 R a = 1 / L y dx = 1 / a (AHH + ABC + CDD ) = 1 / a ( 2 a/2 δ/2) = δ/2 e R t = 4 R a (valida per profili simmetrici e lineari) 91

24 Determinare: δ = δ ( a, χ 1, χ 2 ) B a / 2 = a 1 + a 2 δ = a 1 tan χ = a 2 tan χ A χ P a 1 a 2 a / 2 χ C δ a 1 = δ / tan χ a 2 = δ / tan χ a / 2 = δ ( 1/tan χ + 1/tan χ ) δ = a/2 / ( 1/tan χ + 1/tan χ ) R a = δ /2 = a/4 / ( 1/tan χ + 1/tan χ ) χ χ a R a aumenta ( ruotare l utensile vuol dire far variare in senso opposto χ e χ e quindi le tangenti ) 92

25 2 caso: taglienti raccordati: a 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 (valida se lavora solo la parte raccordata) -> R a = 1000/32 a 2 / r a [ mm ] r [ mm ] R a [ µm ] 93

26 Sequenza delle operazioni e scelta dei parametri grezzo finito -- fonderia grezzo da -- semilavorato da deformazione plastica 94

27 Quanto deve essere asportato : la differenza fra quota del grezzo e quota del finito H tot è noto In quante passate H tot = H 1 + H H n? Elementi di valutazione: tolleranze / finiture tolleranze richieste finitura superficiale richiesta modeste poche passate, grande profondità elevate molte passate, le ultime con piccola profondità sgrossatura semifinitura finitura 95

28 Come deve essere asportato : il più velocemente possibile il più economicamente possibile compatibilmente con i vincoli di -- tolleranze -- finiture -- forze -- potenze -- Il più velocemente possibile vuol dire Il più economicamente possibile vuol dire Compatibilmente con i vincoli vuol dire alla velocità di taglio ottima per il tempo con l avanzamento più grande possibile alla velocità di taglio ottima per il costo usurando gli utensili il meno posssibile..? 96

29 Compatibilmente con i vincoli vuol dire che: Parametri le forze in gioco non devono essere troppo elevate per evitare che il pezzo si infletta troppo (scarse tolleranze) piccoli p e a l avanzamento deve essere adeguato per ottenere la rugosità richiesta piccolo a La Vt deve essere piccola per non usurare troppo gli utensili Utensili l utensile deve essere abbastanza robusto per non rompersi sotto l azione delle forze di taglio grande β deve essere fatto con un materiale povero per non costare troppo Macchine la macchina deve essere abbastanza robusta per non deformarsi sotto l azione delle forze di taglio la macchina deve essere abbastanza potente per fornire adeguata Vt e F 97

30 Tolleranze materiale idealmente asportato Caso ideale: no forze no deformazioni rigidezza infinita v r φ p φ v a Caso reale: forze deformazioni elasticità F materiale realmente asportato 98

31 caso ideale caso reale mandrino autocentrante caso reale punta e contropunta 99

32 Soluzione: ridurre le forze ridurre la sezione del truciolo ridurre p e a Metodo del Ks Riduzione di p: Riduzione di a: aumenta il numero di passate aumenta il tempo della singola passata 100

33 Finiture Relazione di Schmalzl Aumentare raggio dell utensile Diminuire l avanzamento aumenta ingombro dell utensile aumenta il tempo della passata 101

34 Forze Metodo del Ks sul pezzo forze troppo grandi basse tolleranze vedi sopra sull utensile forze troppo grandi rischio rottura aumento (piccolo) usura sulla macchina forze troppo grandi potenze elevate deformazioni danni e rischi vari 102

35 Potenze P = F V t = K s A V t = K s a p V t Se la potenza disponibile è inferiore alla potenza richiesta è necessario: ridurre le forze (a o p) o ridurre la velocità ridurre la potenza riducendo l avanzamento porta a: finiture superficiali migliori aumento dei tempi di lavorazione ridurre la potenza riducendo la profondità di passata porta a: tolleranze migliori aumento dei tempi di lavorazione ridurre la potenza riducendo la velocità di taglio porta a: minore usura utensili aumento dei tempi di lavorazione 103

36 Ottimizzazione non vincolata ad un parametro esiste sicuramente almeno una soluzione Ottimizzazione vincolata multi parametri Ottimizzazione vincolata pochi parametri potrebbero non esistere soluzioni Ottimizzazione vincolata ad un parametro 104

37 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 105

38 Struttura fresatrici orizzontale verticale per attrezzisti 106

39 Lavorazioni possibili spianatura taglio ruote dentate 107

40 esecuzione scanalature esecuzione cave 108

41 fresatura di superfici complesse interna contornatura esterna 109

42 avanzamento della fresa: f [mm/giro] Avanzamento per dente: fz [mm/giro] velocità di avanzamento: V f = f n [mm/s] Numero di denti: z A* da 110

43 fresatura in discordanza up milling fresatura in concordanza down milling 111

44 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 112

45 Sezione del truciolo è necessario individuare la traiettoria del dente: y 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 f z centro istantanea rotazione f z polare fissa A B A B f = z f z x polare mobile Diagramma delle velocità di un punto sulla periferia della fresa quando si trova alle varie distanze dalla polare fissa 113

46 Con alcune ipotesi semplificative: - trascuriamo centro di istantanea rotazione - un solo dente in presa - denti dritti lo spessore del truciolo vale: da hθ = AD AB = AC sinθ = f z sinθ lo spessore medio: h med 1 ϕ = hθ dθ f = 0 d f Dϕ 2 r z lo spessore massimo: dr hmax = f z sinϕ = f z 2 1 D dr D ( da semplificare se d r << D ) 114

47 Le forze di taglio hanno quindi il seguente andamento: F t t φ t 2 π t φ f z f z f z θ 1 θ 2 θ 3 dr vibrazioni urti usura utensile avere almeno 3 denti in presa 115

48 Potenza di lavorazione F M t, θ t, θ = = K A s s θ K A θ D 2 (per un dente in presa) D D D M t = K s Aθ K s Amedio = K s z d a h θ med M tω K s d a hmed D ω P = = ζ η 2η h med = d f Dϕ 2 r z ω = 2π n ϕ ζ = = ϕ 0 2 ϕ π z P t K d d z f n η s a r z = = K d d V s a r f η P a viene trascurata 116

49 y Rugosità teorica per simmetria viene soddisfatta per x = c f z 2 R ω t + V t = sin ( ) c f c f z 2 ma per piccoli angoli ( ω t ) sin c ω tc c allora: f z dobbiamo trovare l ascissa e l ordinata del punto c x t c f f = 2 = 2 ω R + V V + V f t f f z f z f z ω ω ω t c = = = ω R + z f f z n ω z ω R + z f z R + z 2π 2π 117

50 L ordinata y è la rugosità massima (altezza picco valle) 2 2 Y = R 1 cos ( ω tc ) R 1 1 sin ( ω tc ) R 1 1 ( ω t = c ) f 2 z 2 2 ( ω t ) c R 2 R 1 1 ( ) 2 R π f z R = ω tc = f = z R z 2 + 2R ± z f 2π 2 ( ) 2 R max R π f z se 2π R? z f z f z = R 2 max = 2 8R ( 2R ± z f ) + discordanza - concordanza NB: la rugosità reale è maggiore 118

51 traiettoria dente Fresatura frontale spessore del truciolo arco di lavoro A A O φ 1 φ 2 H θ C H B B dr h = HH ' HC cosθ = f cosθ θ 1 ϕ f ϕ = θ θ θ ϕ = = ϕ 1 1 z hmed h d cos d ϕ θ 2 ϕ2 f z f = sinϕ1 sin ϕ2 sinϕ1 sinϕ2 ϕ = + ϕ z z ( ) [ ] D D dr fz se sinϕ1 + sinϕ2 = dr hmed = Dϕ 119

52 Geometria delle frese frontali materiali duri tagliente robusto peggiore evacuazione truciolo materiali duttili tagliente robusto evacuazione truciolo 120

53 Finitura superficiale Segni di lavorazione Angolo di registrazione Inserto raschiante inclinazione asse fresa 121

54 eccentricità diametro troppo piccolo 122

55 Foratura Moto di taglio utensile rotatorio Moto di avanzamento utensile rettilineo Moto di registrazione utensile pezzo Moto di lavoro elicoidale lavorazioni 123

56 Struttura trapani da banco, sensitivo a colonna radiale 124

57 Punta elicoidale Struttura della punta: codolo, testa, corpo Grandezze caratteristiche: angolo fra i taglienti quadretto faccette di affilatura 125

58 Altri utensili per foratura Refrigerata ad inserti a gradini doppia da centri svasatore svasatore conico bareno 126

59 Angoli di spoglia reali γ' γ α' V f V t φ V reale α 127

60 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 D a D D 2 K M t = P2 = K s = a D π W = M tω = a D K sn W s [ ] empiricamente P 2 = 2 P 1 128

61 Alesatura Calibratura di un foro precedentemente eseguito mediante foratura Utensile monotagliente o pluritagliente 129

62 Struttura delle macchine 130

63 Maschiatura Utensile pluritagliente Tagliente interrotto da 3 o 4 canali di forma e sezioni tali da avere una adeguata spoglia frontale 131

64 Lavorazioni per moto di taglio rettilineo: brocciatura Utensile multitagliente gradualmente diversificato per ottenere diverse lavorazioni con un unica operazione Utensile: lavorazione: prodotto: Brocciatura interna Brocciatura di superficie 132

65 Geometria dei taglienti: Meccanica di formazione del truciolo: 133

66 Brocciatrice verticale Struttura degli utensili 134

67 Stozzatura Stozzatrice Utensile monotagliente Moto alternativo conferito all utensile Tipicamente utilizzata per l esecuzione di: Linguette Chiavette Cave anche interne Utensile HSS velocità di taglio ~ 10 m/min 135

68 Operazioni obsolete: Limatura Piallatura Vecchia piallatrice 136

69 Segagione Utensile multitagliente Moto di taglio continuo Utensile flessibile Operazioni tipiche: 137

70 Taglio delle ruote dentate Con fresa di forma Con utensile a forma di ruota dentata Diversi utensili solo in dipendenza del modulo Diverse forme dell utensile a seconda di: diametro numero di denti modulo 138

71 Riproduce la cinematica del moto di accoppiamento tra profili ad evolvente Moto di avanzamento: combinazione tra le rotazioni dell utensile e della ruota in lavorazione con l avvicinamento degli assi Moto di taglio: alternativo dell utensile Coltello dentiera 139

72 Creatore Utensile pluritagliente Taglio interrotto Cinematica Permette la costruzione di ruote dentate cilindriche a denti elicoidali con e senza inclinazione 140

73 Ruote coniche Utensile pluritagliente Mediante frese di forma con avanzamento discontinuo per denti dritti Mediante utensile e avanzamento continuo (ingranamento) per denti inclinati 141

74 Finitura delle ruote dentate Mole di forma 142

75 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 143

76 rettificatrice universale 144

77 Tipiche forme delle mole Montaggio mole 145

78 Caratteristiche delle mole abrasivo - alundum Al 2 O 3 - carborundum SiC - borazon NB 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 146

79 Esempio di codifica Norton 147

80 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) 148

81 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 149

82 Meccanica della rettifica Formazione del truciolo 150

83 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 Sezione del truciolo b = k 1 h Volume del singolo truciolo V c = 1/3 1/2 b h l s 151

84 Lunghezza acro di contatto l = AB = d D s r Numero di trucioli N = k V d c 2 t a k 2 = numero di grani attivi Volume totale asportato 1 2 Vc N c = k1 s dr D k2 Vt da = MR = MRR 1 = da dr Va V d 6 V d V 2 a r a r a s = = = k3 dr k1 k V 2 dr D Vt k1 k2 D t Vt v a v t d r comportamento tenero 152