TECNOLOGIA MECCANICA. Parte 12

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1 TECNOLOGIA MECCANICA Parte 12

2 MATERIALI I materiali per costruire gli utensili devono avere le seguen@ caraaeris@che: Durezza a freddo: Il tagliente dell utensile deve essere molto duro alla temperatura ambiente, ciò si ohene sia u@lizzando opportuni elemen@ di lega sia soaoponendo l utensile a traaamen@ termici. Durezza a caldo: La durezza deve essere mantenuta anche in temperatura (riscaldamento durante la lavorazione). La durezza a caldo determina la temperatura di regime che l utensile può sopportare. Per acciai al carbonio la temperatura di regime sopportabile è 250 C, arriva fino a 600 C per gli acciai fortemente lega@ e può raggiungere anche 1000 C nei materiali ceramici e nei carburi sinterizza@. Tenacità: Capacità di resistere agli ur@ e deformarsi senza rompersi. Proprietà importan@ssima in di utensili (le frese) dove il numero di ur@ durante le fasi di lavoro è eleva@ssimo. Durezza e tenacità sono proprietà generalmente complementari, quindi spesso la scelta del materiale risulta da un compromesso delle due.

3 MATERIALI Resistenza all usura: Mantenere il più possibile inalterate nel tempo le superfici dei e gli spigoli di taglio (resistenza all ossidazione sopraauao a caldo, stabilità chimica). Conducibilità termica: Lo smal@mento del calore aaraverso l utensile è importante per non far alzare molto la temperatura nel tagliente. Coefficiente di a9rito: Basso coefficiente di aarito tra utensile e materiale favorisce un minore riscaldamento e minori potenze di lavorazione Costo: Un utensile non deve essere troppo costoso (ovvio ma non facile).

4 MATERIALI

5 MATERIALI

6 NOMENCLATURA DEGLI UTENSILI Testa: Parte dell utensile dove si trovano le superfici ahve Stelo: Parte dell utensile con funzione di appoggio sulla torreaa portautensile della macchina Collo: Eventuale parte dello stelo immediatamente alla testa che ha sezione ridoaa rispeao allo stelo. Presente in utensili per lavorazioni (torniture interne). Base: Superficie dello stelo che appoggia sul portautensile Faccia o Pe9o: Superficie ahva della testa sulla quale si forma e scorre il truciolo

7 NOMENCLATURA DEGLI UTENSILI Fianchi: Superfici ahve della testa alla faccia (o peao). Si eventualmente in fianco principale dalla superficie ahva prospiciente la superficie in fase di lavorazione del pezzo e fianco secondario cos@tuito dalla superficie ahva prospiciente la superficie lavorata del pezzo. TaglienB: Intersezioni della faccia con i fianchi. Tagliente principale è l intersezione della faccia con il fianco principale, Tagliente secondario è l intersezione tra la faccia e il fianco secondario. Profilo: Linea tra il tagliente principale e il secondario. Punta: Intersezione tra tagliente principale e secondario. In generale tra i taglien@ c è un raccordo.

8 DEFINIZIONI PEZZO DA LAVORARE Superficie da lavorare: Superficie del pezzo prima dell asportazione del truciolo. Superficie in lavorazione o Superficie di Taglio: Superficie generata sul pezzo all aao dell asportazione del truciolo. Superficie lavorata: Superficie generata sul pezzo dopo l asportazione del truciolo

9 ANGOLI CARATTERISTICI La definizione degli angoli si esegue prendendo come riferimento il piano passante per la punta dell utensile e parallelo al piano di base. Gli angoli si dividono in angoli della sezione normale, angoli del profilo e angoli di registrazione. ANGOLI DELLA SEZIONE NORMALE Angolo di spoglia superiore γ (principale o secondario): Angolo formato dalla faccia con il piano di riferimento misurato in una sezione normale alla proiezione del tagliente principale sul piano di riferimento (A- A). Questo angolo si considera posi@vo se la faccia si trova al di soao del piano di riferimento, nega@vo al di sopra. Angolo di spoglia inferiore principale α: Angolo formato dal fianco principale con un piano contenente il tagliente principale e perpendicolare al piano di riferimento, misurato in una sezione normale alla proiezione del tagliente principale sul piano di riferimento (A- A). Angolo di spoglia inferiore secondario α : Angolo formato dal fianco secondario con un piano contenente il tagliente secondario e perpendicolare al piano di riferimento, misurato in una sezione normale alla proiezione del tagliente secondario sul piano di riferimento (B- B).

10 ANGOLI CARATTERISTICI ANGOLI DELLA SEZIONE NORMALE Angolo di taglio β: Angolo formato dalla faccia con il fianco principale nella sezione normale alla proiezione del tagliente principale sul piano di riferimento (A- A). ANGOLI DEL PROFILO β = 90 (α + γ) Angolo del tagliente principale ψ: formato dalle proiezioni del tagliente principale e dell asse dello stelo sul piano di riferimento. Angolo del tagliente secondario ψ : formato dalle proiezioni del tagliente secondario e dell asse dello stelo sul piano di riferimento. Angoli dei taglienb ε: Formato dalle proiezioni del tagliente principale e del tagliente secondario sul piano di riferimento.

11 ANGOLI CARATTERISTICI ANGOLI DEL PROFILO Angolo di inclinazione del tagliente principale λ: Formato dal tagliente principale con il piano di riferimento se il tagliente si trova soao al piano di riferimento) ANGOLI DI REGISTRAZIONE Angolo di registrazione del tagliente principale χ: formato dalle proiezioni del tagliente principale e della superficie lavorata sul piano di riferimento. Angolo di registrazione del tagliente secondario χ : formato dalle proiezioni del tagliente secondario e della superficie lavorata sul piano di riferimento.

12 DIMENSIONAMENTO Angolo di spoglia inferiore principale α L angolo di spoglia inferiore principale influenza fortemente la resistenza all usura dell utensile. InfaH questo angolo influenza fortemente il valore della sezione resistente dello spigolo del tagliente. Quindi l angolo di spoglia è funzione anche del materiale dell utensile, minore sarà la tenacità del materiale maggiore dovrà essere l angolo per garan@re una maggiore sezione resistente. Il valore di questo angolo deve prevedere anche il ritorno elas@co del materiale. Una volta che il tagliente è passato la superficie presenta un certo ritorno elas@co, se l angolo α è troppo piccolo si ha uno strisciamento tra pezzo e fianco dell utensile. Considerazioni del tuao analoghe valgono per l angolo di spoglia inferiore secondario α

13 DIMENSIONAMENTO Angoli di spoglia inferiore di diversi materiali

14 DIMENSIONAMENTO Angolo di spoglia superiore γ Questo è uno degli angoli fondamentali poiché contribuisce a determinare la posizione del peao dell utensile rispeao alla superficie di riferimento è ha influenza sul meccanismo di formazione del truciolo. Analizzando il processo di taglio si è già visto come questo angolo influenzi la forza di taglio e l aarito di scorrimento del truciolo sull utensile e quindi anche la temperatura dell utensile. L angolo di spoglia superiore dipende molto dal materiale dell utensile. Ad esempio alcuni carburi sinterizza@ e i materiali ceramici devono lavorare in compressione, quindi questo angolo deve essere nega@vo. Questo influenza nega@vamente la potenza assorbita e le temperature.

15 DIMENSIONAMENTO Angolo di spoglia superiore γ

16 DIMENSIONAMENTO Angolo del tagliente principale ψ Questo angolo influenza fortemente le forze che agiscono sull utensile. Se l angolo è 0 agiscono solo due componen@ di forza, la forza principale di taglio Fz e la resistenza all avanzamento Fx. Se invece questo angolo è maggiore di 0 allora agisce anche una terza componente, cioè la forza di repulsione Fy. Il valore di questo angolo dipende anche di operazione che si deve eseguire.

17 DIMENSIONAMENTO Angolo del tagliente principale ψ Se si deve realizzare uno spallamento di un elemento cilindrico non potrò avere utensili con angolo ψ > 0. Potrò realizzare questo elemento con un utensile a coltello avente angolo ψ = 0 o con un utensile con angolo ψ < 0 realizzando la lavorazione in due fasi, una cilindratura seguita da una operazione di sfacciatura (ovviamente tuao ciò nella fase di finitura, la sgrossatura potrà essere eseguita anche con utensile con angolo ψ > 0). Le equazioni che legano lo spessore s e la larghezza l del truciolo all avanzamento a, alla profondità di passata p e all angolo ψ sono:

18 DIMENSIONAMENTO Angolo del tagliente principale ψ Per un utensile a coltello (ψ =0) si avrà che lo spessore del truciolo è pari all avanzamento. In generale per fissate condizioni di profondità di passata e di avanzamento, lo spessore del truciolo diminuisce al crescere dell angolo ψ e aumenta la sua larghezza. In generale un angolo ψ grande contribuisce ad aumentare la durata dell utensile. TuAavia angolo eccessivi portano a fenomeni di strisciamento del fianco dell utensile deleteri per la durata del tagliente e per la finitura superficiale. Inoltre con un aumento dell angolo ψ aumenta anche al forza principale di taglio Fz e la forza di repulsione Fy. Un range u@le di angolo ψ va da 20 a 70.

19 DIMENSIONAMENTO Angolo di inclinazione del tagliente principale λ Questo angolo è di fondamentale importanza sia per la robustezza della punta dell utensile che la direzione di deflusso del truciolo. In utensili con materiali che devono lavorare in compressione, si deve un angolo λ Il deflusso dell utensile viene determinato dalla combinazione di angoli λ e ψ. Nel casa di un utensile a coltello (ψ =0) si avrà la situazione illustrata nella figura a sinistra.

20 DIMENSIONAMENTO Angolo di inclinazione del tagliente principale λ Nel caso di angoli λ e ψ entrambe nulli avremo un deflusso pressoché parallelo alla superficie lavorata, formando di truciolo deao a molla di orologio. Nel caso di un utensile con ψ maggiore di 0 si avrà la situazione nelle figure in basso.

21 DIMENSIONAMENTO Angolo di inclinazione del tagliente principale λ I valori suggeri@ sono: Angolo nega@vo tra 3 e 15 se si vuole rendere più robusta la punta dell utensile (u@le per carburi sinterizza@ e ceramici) e se non è indispensabile allontanare il truciolo dalla superficie lavorata. Angolo posi@vo tra 3 e 12 quando si vuole allontanare il truciolo preservando la superficie lavorata.

22 RELAZIONE TRA PARAMETRI DI TAGLIO E PROCESSO DI TAGLIO USURA DELL UTENSILE I fenomeni principali che portano all usura dell utensile sono: Abrasione: Par@celle ad elevata durezza, presen@ sul pezzo in lavorazione, producono abrasione sull utensile Diffusione: Una eventuale affinità chimica tra utensile e pezzo può causare il passaggio di atomi (diffusione) dall utensile al pezzo; sopraauao alle alte temperature Ossidazione: L ossigeno atmosferico può combinarsi con alcuni componen@ dell utensile; gli ossidi così forma@ possono separarsi dall utensile Adesione: Ovvero il meccanismo della formazione delle microsaldature e del tagliente di riporto; quindi avviene a basse velocità e temperature Deformazione PlasBca: Per compressione o scorrimento, ad elevate velocità e temperature. Comporta il cambiamento di forma dell utensile senza che ci sia necessariamente asportazione di materiale FaBca: Variazioni cicliche di forze e temperatura portano alla formazione di cricche ed alla roaura.

23 RELAZIONE TRA PARAMETRI DI TAGLIO E PROCESSO DI TAGLIO USURA DELL UTENSILE Tipologie di usura

24 RELAZIONE TRA PARAMETRI DI TAGLIO E PROCESSO DI TAGLIO USURA DELL UTENSILE Tipologie di usura più comuni sono quelle sul fianco e quelle che portano alla formazione di crateri sul peao dell utensile.

25 RELAZIONE TRA PARAMETRI DI TAGLIO E PROCESSO DI TAGLIO USURA DELL UTENSILE La rappresentazione di ques@ meccanismi di usura richiede il rilevamento di tre grandezze: La larghezza del labbro di usura VB sul fianco principale, misurato dallo spigolo del tagliente. La profondità del cratere di usura sulla faccia dell utensile KT La distanza del punto medio del cratere dallo spigolo del tagliente originale KM

26 RELAZIONE TRA PARAMETRI DI TAGLIO E PROCESSO DI TAGLIO USURA DELL UTENSILE La variazione di VB in funzione del tempo è lineare in scala logaritmica La profondità del cratere varia in modo lineare con il tempo. In scala logaritmica l angolo di inclinazione delle reae è sempre maggiore (a parità di condizioni di lavoro) delle reae di VB. La distanza KM è indipendente dal tempo di lavoro, varia solo con la velocità di taglio e con l avanzamento. La s@ma del tempo di vita dell utensile si esegue mediante criteri di usura.

27 RELAZIONE TRA PARAMETRI DI TAGLIO E PROCESSO DI TAGLIO USURA DELL UTENSILE I criteri di usura sono basa@ su diversi principi, alcuni comunemente usa@ sono: Criterio di Opitz, sul fianco dell utensile: Il massimo labbro di usura ammissibile corrisponde a VB= 1 mm. Le norme ISO consigliano un VB massimo di 0,3 mm. Criterio sul peao dell utensile: la massima usura ammissibile corrisponde a KT/KM= const. (utensili in carburi: KT/KM=0.1) Il criterio predominante è quello che viene u@lizzato per stabilire la durata dell utensile.

28 RELAZIONE TRA PARAMETRI DI TAGLIO E PROCESSO DI TAGLIO USURA DELL UTENSILE La relazione di Taylor Esprime la relazione esistente tra durata dell utensile e velocità di taglio considerando fissi tuh gli altri parametri (avanzamento, materiali, profondità, ecc.) In cui: v = Velocità di taglio in m/min. T = Durata dell utensile (min) n = coefficiente di durata del tagliente V 1 = Costante dipendente dagli altri parametri di taglio V 1 ed n si determinano sperimentalmente. V 1 è dato dall interceaa della reaa di regressione con l asse velocità.

29 RELAZIONE TRA PARAMETRI DI TAGLIO E PROCESSO DI TAGLIO USURA DELL UTENSILE La relazione generalizzata di Taylor In questa relazione si tengono presen@ tuh i parametri di taglio: In cui: v = Velocità di taglio in m/min. T = Durata dell utensile (min) n = costante che dipende dall accoppiamento materiali utensile e pezzo a = avanzamento in mm/giro p = profondità della passata in mm m, r = esponen@ dipenden@ anche essi dall accoppiamento materiali utensile e pezzo V 1 * = Velocità specifica di taglio Anche in questo caso i vari parametri possono essere determina@ sperimentalmente.

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31 RELAZIONE TRA PARAMETRI DI TAGLIO E PROCESSO DI TAGLIO USURA DELL UTENSILE Curva reale di usura dell utensile in funzione della velocità di taglio