Lavorazioni per asportazione di truciolo

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Margherita Barbieri
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Lavorazioni per asportazione di truciolo Distacco di alcune parti di materiale dal pezzo attraverso l interazione con utensili che agiscono in maniera

1 Lavorazioni per asportazione di truciolo Distacco di alcune parti di materiale dal pezzo attraverso l interazione con utensili che agiscono in maniera progressiva - cinematica del taglio - meccanica del taglio - parametri di lavorazione - risultati delle lavorazione - macchine e processi Taglio ortogonale 1

2 Formazione del truciolo h c utensile Azione di utensile elementare truciolo h o misure sperimentali mostrano: - produzione di calore - spessore del truciolo h c > h o - durezza del truciolo > durezza metallo base materiale in lavorazione la formazione del truciolo avviene per deformazione plastica 2

3 Tipi di truciolo Ad elementi staccati tipico di materiali duri, fragili (ottone, ghisa). Non si ha deformazione nella zona secondaria. Segmentato tipico di materiali duri ma tenaci (acciai alto carbonio). Si ha modesta deformazione nella zona secondaria. Fluente, continuo, tipico di materiali duttili (acciai basso carbonio, alluminio, alcune leghe leggere). La deformazione e l attrito nella zona di deformazione secondaria portano a notevole produzione di calore. Fluente, continuo frammentato, indica che nella zona di deformazione primaria si è avuta una variazione della direzione di deformazione vibrazioni,irregolarità, durata inferiore di utensile. 3

4 Metodi per analizzare la deformazione plastica durante la lavorazione - taglio interrotto - microscopia ottica ed elettronica della morfologia del truciolo Dispositivo quick stop tests 4

5 Truciolo continuo Truciolo segmentato Truciolo discontinuo zona di deformazione plastica secondaria zona di deformazione plastica primaria 5

6 TAGLIO ORTOGONALE LIBERO IPOTESI: - larghezza del tagliente maggiore di larghezza del pezzo - velocità di taglio costante lungo tagliente - tagliente perpendicolare alla velocità di taglio 6

7 Formazione del truciolo h c Φ angolo di scorrimento h c h o spessore del truciolo spessore del truciolo indeformato r c = h c / h o fattore di ricalcamento geometricamente: r c = sen ( φ ) / cos ( φ γ ) h o φ 7

8 Utensile elementare ANGOLI DI TAGLIO γ angolo di spoglia frontale > 0, < 0, = 0 α angolo di spoglia dorsale > 0 β angolo di taglio > 0 γ + α + β = 90 - g + b a 8

9 E necessario trovare il piano sul quale si ha lo scorrimento. Un piano caratterizzato da un certo φ nel quale la τ s sia massima E necessariamente maggiore della resistenza alla deformazione del materiale. La forza F z che provoca scorrimento su quel piano è quindi la forza minima che può formare truciolo. Il problema è quindi quello di trovare una espressione F z = f( φ, µ, γ ), ricavare il valore di φ che rende minima la F la forza generica che si scambiano utensile e pezzo può essere scomposta lungo direzioni di interesse tecnologico: - direzione velocità di taglio potenza di taglio scelta macchina e parametri - direzione perpendicolare inflessione pezzo tolleranza di lavorazione - direzione petto utensile usura utensile cambio utensili - direzione piano di scorrimento minima forza condizioni per il taglio Studio cinematico e dinamico 9

10 Modello di Pijspanen per la formazione del truciolo Truciolo Angolo di spoglia frontale γ Utensile γ γ Pezzo Piano di scorrimento γ γs = AB/CO=(AO+OB)/CO permette di ottenere la deformazione: γ s = cot φ + tan (φ γ) e poi (minimizzando γ s ) φ = 45 + γ / 2 10

11 V t velocità relativa utensile pezzo velocità di taglio V s velocità relativa truciolo pezzo velocità di scorrimento γ V f V t φ V s V f velocità relativa truciolo utensile velocità di flusso Con varie relazioni è possibile determinare tali valori V t x h o = V f x h c V t = V f x r c V s = V f cosγ / sinφ. ed infine la velocità di deformazione γ s = V t / d cos γ / cos ( φ γ ) Misurando d c.a. 1/1000 1/100 mm La velocità di taglio 2m/s γ c.a. 10 φ c.a. 40. γs [ s -1 ] Questa velocità di deformazione è molto maggiore di quella utilizzata nella prova di trazione 11

12 Il truciolo è in equilibrio sotto l azione dell utensile e la reazione del pezzo 12

13 Scomposizione della forza risultante secondo il cerchio di Merchant R = SQR ( F 2 z + F 2 x ) F z = R cos ( µ γ ) F x = R sen ( µ γ ) F s = R cos (φ + µ γ ) = F z cos φ F x sen φ F n = R sen ( φ + µ γ ) = F z sin φ + F x cos φ T = R sen µ e N = R cos µ 13

14 Sul piano di scorrimento τ σ s s ( + ) F cos sin s F R φ µ γ φ s = = sin φ = S S S s ( + ) F sin sin n F R φ µ γ φ n = = sin φ = S S S s ( S = h 0 1) F z ( ) ( ) ( ) ( ) Fs cos µ γ τ sh0 cos µ γ = = cos φ + µ γ sin φ cos φ + µ γ 14

15 derivando rispetto a φ ed uguagliando a zero: ( + ) ( + ) 2 2 sin cos ( + ) df cosφ cos φ µ γ sin φ sin φ µ γ z = τ s S = dφ φ φ µ γ 0 cioè: ( ) ( ) ( ) cos φ cos φ + µ γ sin φ sin φ + µ γ = cos φ + φ + µ γ = 0 15

16 Relazione di Ernst - Merchant 2 φ + µ γ = π / 2 angolo di scorrimento: - diminuisce con l aumentare dell angolo di attrito - aumenta con l angolo di spoglia frontale L evidenza sperimentale mostra una certa differenza da tale relazione e allora Merchant, considerando anche la σ s, secondo la τ s = τ o + k σ s ha proposto la: 2 φ + µ γ = ζ la determinazione sperimentale di ζ permette un migliore accordo 16

17 FORZA DI TAGLIO Metodo del τ s (analitico) F F z x = τ S s = τ S s ( ζ φ ) ( ) cos 2 sin φ cos ζ φ ( ζ φ ) ( ) sin 2 sin φ cos ζ φ ( S = h 0 1) - difficile determinazione τ s e φ - alcune ipotesi semplificative per ottenere soluzione 17

18 METODO DEL KS (sperimentale) F z = K s A - tiene conto della reale situazione tecnologica - le approssimazioni sono più che accettabili e si evitano molti calcoli Il metodo è prettamente tecnologico in quanto la determinazione del Ks viene fatta attraverso la misura delle forze di taglio nelle condizioni reali di lavoro Determinazione del K s - si scelgono alcune condizioni sperimentali spessore del truciolo velocità di taglio angolo γ - si effettuano prove di taglio e si misura la F t - si calcola K s = F t / A o A o = h o b = a p sezione del truciolo indeformato 18

19 Relazione pressione (energia) specifica di taglio / spessore truciolo indeformato K s = K so h -z prove sperimentali per vari materiali danno i risultati riportati in tabella acciai ghise ottoni leghe leggere z Relazione di Kronemberg (per gli acciai): K so = 2.4 R m β [ dan/mm 2 ] log K s K s log ( A o, h o ) A o, h o 19

20 Metodi e strumenti per la misura delle forze di taglio celle di carico piezoelettriche trasduttori magnetici celle di carico elastiche trasduttori capacitivi La conoscenza della forza principale di taglio permette inoltre attraverso relazioni empiriche la determinazione delle altre forze di interesse tecnologico, F n e F a (normale e avanzamento) trasduttori induttivi 20

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