ESERCITAZIONE STAMPAGGIO. Tecnologia Meccanica 1

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1 ESERCITAZIONE STAMPAGGIO Tecnologia Meccanica 1

2 Vi è chiesto di studiare la realizzazione del componente descritto nel disegno (allegato 1), ottenuto mediante stampaggio a caldo nelle seguenti fasi: preformatura di una billetta cilindrica; stampaggio fino alla dimensione finale. L officina presso cui si opera intende impiegare una pressa a vite rotante, caratterizzata dai seguenti parametri: energia nominale: 100 kj velocità di traslazione della mazza: 700 mm/s diagramma caratteristico: Il materiale (C15) può essere descritto dalla seguente legge costitutiva: σ = k & ε dove le costanti K ed m sono date, in funzione della temperatura di stampaggio, nella tabella allegata. E prevista una temperatura iniziale della billetta (sia per la preformatura che per lo stampaggio finale) di 1200 C, che è ragionevole ipotizzare costante per tutta la lavorazione (il calore perso per conduzione uguaglia quello generato dalla trasformazione dell energia meccanica del colpo). m Tecnologia Meccanica 2

3 L esperienza acquisita dall officina su particolari simili consente di stimare l effetto dell attrito, attribuendogli un valore che, espresso come coefficiente di attrito coulombiano, è pari ad f = L operazione di preformatura consiste nella ricalcatura di una billetta cilindrica tra stampi piani paralleli. La billetta, avente diametro iniziale di 100 mm, viene ricalcata fino ad un altezza di 35 mm. Si osservi che, durante questa operazione, non viene a formarsi nessuna bava. Dopo aver dimensionato la billetta (tenendo conto della fase successiva di stampaggio vero e proprio), si richiedono il calcolo del numero di colpi da effettuare e la verifica dell eventuale sovraccarico. Per quanto riguarda l operazione di stampaggio, i tecnici dell officina forniscono inoltre le seguenti informazioni: deve essere previsto un opportuno sovrametallo in quanto tutte le superfici dovranno essere successivamente lavorate alle macchine utensili; le bave, durante il processo, si raffreddano di circa 100 C. Tecnologia Meccanica 3

4 Si richiede: il progetto di massima degli stampi (ci si limiti al dimensionamento della cavità); il calcolo del numero di colpi da effettuare e la verifica del sovraccarico. Tecnologia Meccanica 4

5 Curva Caratteristica Pressa En. sovracc For z a [ kn] Tecnologia Meccanica 5

6 Allegato 1 Flangia Tecnologia Meccanica 6

7 Dimensionamento cavità stampo Utilizzando la tab. 8.2 sul libro di testo imponiamo un sovrametallo pari a: 3 mm Utilizzando la tab. 8.3 sul libro di testo imponiamo un ritiro pari a: 1% Otteniamo lo sbozzato riportato di seguito in fig. 1 con la tabella riassuntiva dei calcoli delle quote (tab.1) Tecnologia Meccanica 7

8 Sbozzato fig.1 Tecnologia Meccanica 8

9 Tab.1 Calcolo quote Tecnologia Meccanica 9

10 Determinazione angoli di spoglia La letteratura prevede di impostare degli angoli di spoglia differenziati tra superfici interne ed esterne Per superfici esterne: α = 1 7 Per superfici interne: α = 2 10 Prevediamo di usare per le superfici esterne: α = 2 Prevediamo di usare per le superfici interne: α = 10 Osservando il disegno notiamo che le superfici interne non presentano problemi in quanto già dotate di spoglia Vedi fig.2 Tecnologia Meccanica 10

11 Sformato fig.2 Tecnologia Meccanica 11

12 Determinazione raggi di raccordo Imponiamo il valore dei raggi di raccordo degli spigoli pari al valore del sovrametallo: R = 3 mm Per determinare il valore dei raggi di raccordo degli angoli utilizziamola relazione R ang =2.5R spig che fornisce un valore pari a R = 8 mm Vedi fig.3 Tecnologia Meccanica 12

13 Raccordato fig.3 Tecnologia Meccanica 13

14 Dimensionamento camera scartabava Posizioniamo la camera scartabava come da fig.4 Fig.4 Tecnologia Meccanica 14

15 Calcoliamo la sezione del pezzo stampato in corrispondenza del piano di divisione dello stampo La sezione (calcolata con un sistema CAD) vale S = mm 2 Il perimetro (calcolato con un sistema CAD) vale p = 829 mm Determiniamo lo spessore della bava con la formula: s = 0.07 S/p da cui s = 4.61 mm = 5 mm (arrotondati) Dalla tab. 8.1 del libro di testo ricaviamo le dimensioni della camera scartabava b = 12 mm r = 2 mm H = 9.5 mm L = 32 mm Tecnologia Meccanica 15

16 Dimensioni camera scartabava Fig. 5 Tecnologia Meccanica 16

17 Determinazione volume del pezzo alla temperatura di stampaggio Il volume del pezzo (calcolato con un sistema CAD) vale Vp = mm 3 = 1.03 dm 3 Non teniamo conto degli angoli di spoglia e dei raggi di raccordo in quanto andremo a compensare la variazione dal reale con il materiale previsto per la camera scartabava. Tecnologia Meccanica 17

18 Determinazione volume della camera scartabava Semplifichiamo la camera scartabava come se fosse costituita da due corone circolari Corona _1 = Corona _ 2 = = π ( D d ) h / 4 = π mm = π ( D d ) h / 4 = π mm 3 (( ) (( ) ) 5/ 4 = ( ) 2 ) 9.5/ 4 = V csb =V corona1 +V corona2 = mm 3 Tecnologia Meccanica 18

19 Dimensionamento della billetta Ipotizziamo che la camera scartabava sia riempita al 50% V tot =V p +0.5 V csb = *0.37=1.21 dm 3 Avendo ipotizzato un ritiro lineare pari all 1% ricaviamo che il volume della billetta a temperatura ambiente vale: V 0 =0.97 * V tot = 0.97 * 1.21 = 1.17 dm 3 Dal momento che la billetta di partenza ha un diametro pari a 100mm ricaviamo la sua altezza noto il volume H 2 2 = 4 V0 / πd = / π mm Dal momento che il rapporto H/D = 149/100 = 1.49 <= 1.5 (vedi libro di testo) possiamo considerare valido il dimensionamento Tecnologia Meccanica 19

20 Calcolo della forza e dell energia Il problema si divide in due parti Prericalcatura della billetta tra stampi piani Stampaggio con formazione di bava Tecnologia Meccanica 20

21 Prericalcatura della billetta tra stampi piani Valuto la forza e l energia necessaria ad eseguire l operazione in un solo colpo conoscendo i dati iniziali: T=1200 C f=0.22 k=59 m=0.185 tab.2.1 Le altezze vanno da H i =149.2 mm e D=100mm a H f =35 mm Considerando la dilatazione termica avremo H i =150.7 mm e D=101mm ε& = v / h = 700 / 35 = 20s σ = k & ε m = = MPa V tot a 1200 C = mm D finale = Di ( Hi / H f ) = mm Tecnologia Meccanica 21

22 Calcolo quindi la pressione media, la forza e l energia come da tabella 1200 C K 59 f 0,22 lambda 0,4 m 0,185 H D v vel eps sigma press med F [kn] deltae [kj] E , , , , ,2691 7, , , ,2832 5, , , ,1152 7, , , ,415 6, , , ,6591 8, , , ,4634 6, ,708 90, ,281 10, , , ,3096 7, , , ,514 11, , , ,3569 7, , , ,445 13, , , ,3699 8, , , ,452 15, , , ,8061 9, , , ,383 19, , , ,7032 6, , , ,602 23, , ,0829 #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! #NUM! primo colpo (dividendo l'intervallo in più step approssimo meglio la curva) , , , , ,992 26, , , , , , , ,569 35, , , , , , ,203 64, , secondo colpo Tecnologia Meccanica 22

23 Calcolo quindi la pressione media, la forza e l energia come da tabella (metodo approssimato) calcolo la forza massima e ricavo l'energia moltiplicandola per la corsa e per per un coefficiente pari a 0.4 (energia come area sottesa dalla curva forza - corsa) λ=0.4 è maggiore dei coeff. utilizzati nello stampaggio con bava (circa 0.2) perché in questo caso non ci sono le bave e quindi le forze non aumentano drasticamente come farebbero nel momento in cui il materiale inizia a fluire nella camera scartabava) Pm= σ 0 1+ D f 3 H E = λ Fmax c H D v Epsilon Sigma P media Fmax E Delta E [mm] [mm] [mm/s] [mm/s] [N/mm 2 ] [Mpa] [kn] [kj] [kj] , , , ,282-92,282 Un solo colpo della pressa non è sufficiente Tecnologia Meccanica 23

24 Stampaggio con formazione di bava T=1200 C f=0.22 k=59 m=0.185 T=1100 C f=0.22 k=86 m=0.147 Calcolo l altezza media del pezzo stampato (compresa la bava) H m =V tot /S=17.5mm ε& = v / h = 700 /17.48 = 40s m σ = k & ε m 1 m σ p = k & ε = = 116MPa m σ B = k & ε = = 148MPa σ m = ( (367463/ 2)) /( ) = MPa Tecnologia Meccanica 24

25 F max σ S (1 + f b s η = 2 ) m sigma press med Fmax [KN] Fmed[] deltae [kj] E residua Un solo colpo non è sufficiente Bisognerebbe dividere anche in questo caso lo stampaggio in 2 colpi Tecnologia Meccanica 25

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