Tecnologie e rocessi di lavorazione Sistemi di roduzione e gestione della qualità Lavorazioni er asortazione di truciolo Tornitura Foratura Fresatura Taglio obliquo vincolato La maggior arte delle lavorazioni er asortazione di truciolo non risetta le iotesi di taglio libero ortogonale. Ad esemio, la velocità di taglio non è semre ortogonale al tagliente rinciale (taglio obliquo) e la larghezza del sovrametallo da asortare non è inferiore alla lunghezza del tagliente (taglio vincolato), caso in cui il truciolo deve essere staccato anche lateralmente dal ezzo in lavorazione. Fortunatamente, erò, con qualche arossimazione è ossibile alicare le informazioni dedotte dalla meccanica del taglio libero ortogonale. 2 1
Lavorazioni er asortazione di truciolo Per effettuare una lavorazione er asortazione di truciolo è necessario che il sistema macchina utensile ezzo in lavorazione ossegga una luralità di moti idonei alla asortazione del sovrametallo richiesto. In articolare, è necessario imorre un moto di taglio er la rimozione del truciolo, uno di alimentazione er consentire la rogressiva eliminazione del sovrametallo ed un moto di registrazione o di osizionamento utensile er definire l interferenza fra utensile e ezzo in lavorazione. 3 Moto di taglio Il moto di taglio è il movimento relativo utensile-ezzo che consente l asortazione del sovrametallo. Moto di taglio v t 4 2
Moto di avanzamento Il moto di avanzamento determina lo sessore del sovrametallo asortato. a Moto di alimentazione o di avanzamento 5 Moto di registrazione Il moto di registrazione fissa l interferenza fra utensile e ezzo e determina la larghezza del sovrametallo asortato. Moto di aostamento o di registrazione o di osizionamento 6 3
Moto di lavoro Il moto di lavoro è il moto risultante dalla comosizione del moto di taglio e del moto di alimentazione. I moti di taglio e di alimentazioni ossono essere rettilinei o rotatori e osseduti dall utensile o dal ezzo. A seconda delle ossibili combinazioni si definiscono le diverse lavorazioni er asortazione di truciolo. Moto di taglio Moto di alimentazione Lavorazione Rettilineo/Pezzo Rettilineo/Utensile Piallatura Rettilineo/Utensile Rettilineo/Pezzo Limatura Rotatorio/Pezzo Rettilineo/Utensile Tornitura Rotatorio/Utensile Rettilineo/Utensile Foratura Rotatorio/Utensile Rettilineo/Pezzo Fresatura 7 Piallatura e limatura Le due lavorazioni di iallatura e limatura sono molto simili fra loro, differenti sono le soluzioni costruttive delle relative macchine. Le iotesi di taglio libero ortogonale sono quasi del tutto accettabili. Utensile Moto di avanzamento Limatura Moto di taglio Suerficie lavorata Moto di taglio Utensile Piallatura Moto di avanzamento Suerficie lavorata 8 4
Calcolo di MRR er la limatura e la iallatura Il valore di MRR uò essere calcolato dalla sua definizione, nell iotesi che dalla iastra, di larghezza B e lunghezza L, debba essere asortata una striscia di rofondità (larghezza del truciolo) con un avanzamento a (sessore del truciolo) er singola corsa: Volume asortato Numero corse Temo di lavorazione Velocità di asortazione vol. V = L B B Nc = a L B L tl = Nc = v a v V t t t MRR = = L B = vt a tl B L È necessario moltilicare MRR er un fattore 1000! a v 9 Lavorazioni di tornitura Nella tornitura il moto di taglio è rotatorio ed è osseduto dal ezzo, mentre il moto di alimentazione è rettilineo ed è osseduto dall utensile. Le rinciali lavorazioni sono la tornitura longitudinale esterna e la tornitura frontale o sfacciatura. Moto di taglio Moto di avanzamento Moto di taglio Moto di avanzamento Tornitura longitudinale Tornitura frontale 10 5
Schema di un tornio arallelo Testa Bancale Piattaforma Carrello Controtesta 11 Parametri di taglio in tornitura La velocità di taglio, v t [m/min] coincide con la velocità eriferica del ezzo nella zona iù esterna di contatto con l utensile. Essa è generata dalla rotazione del mandrino, indicata con n [giri/min]. L avanzamento è esresso dallo sostamento lineare dell utensile er ogni giro del ezzo, esso è indicato con a [mm/giro]. Per un ezzo di diametro D [mm], fra velocità di taglio, velocità di rotazione e velocità di avanzamento sussistono le seguenti relazioni: D n v π t = va = n a 1000 [ m/min] [ mm/min] 12 6
Tornitura longitudinale esterna Temo di lavorazione: t l = L v a L π D L = = n a v a t Volume asortato: π V = 4 2 2 [ D ( D 2 ) ] L 13 Calcolo di MRR in tornitura Nell iotesi di effettuare una tornitura longitudinale su di una barra di lunghezza L, dalla definizione di MRR si ha: V MRR = t l π 2 2 π 2 V = D ( D 2) L= ( 4D 4 ) L 4 4 L L π D L tl = = = va n a 1000 vt a 2 V π ( D ) L 1000 vt a MMR = = = t l π D L 2 2 = 1000 vt a 1000 vt a essendo D D 14 7
Utensile tio tornio o a unta singola Gli utensili adoerati nella tornitura ossono essere di ezzo (HSS) e riaffilabili oure ad inserti (WC, Al 2 O 3 ) fissati meccanicamente e facilmente sostituibili. Tagliente rinciale Petto Tagliente secondario Fianco secondario Stelo Testa Suerficie di aoggio Fianco rinciale 15 Utensile tio tornio ad inserti Inserto Portautensili Utensile con inserto fissato meccanicamente 16 8
Sistema di riferimento Per definire gli angoli caratteristici dell utensile si utilizza un sistema di riferimento costituito da un iano arallelo alla base dell utensile ed una retta arallela all asse dell utensile e assante er la unta dello stesso. Asse di riferimento Piano di riferimento 17 Proiezioni e sezioni Fianco secondario Testa Tagliente secondario Base Stelo A B B A Punta Fianco rinciale Petto Tagliente rinciale sez. A - A sez. B - B 18 9
Angoli caratteristici γ sez. A - A λ ψ' A B β ψ α B sez. B - B A α' ε 19 Angoli della sezione normale angolo di soglia sueriore γ, formato dal etto con il iano di riferimento, misurato in una sezione A-A normale alla roiezione del tagliente rinciale sul iano di riferimento; angolo di soglia inferiore rinciale α, formato nella sezione A-A dal fianco rinciale con un iano contenente il tagliente rinciale ed ortogonale al iano di riferimento; angolo di soglia inferiore secondario α, formato dal fianco secondario con un iano contenente il tagliente secondario e normale al iano di riferimento, misurato in una sezione B-B normale alla roiezione del tagliente secondario sul iano di riferimento; angolo di taglio β, formato dal etto con il fianco rinciale nella sezione A-A. 20 10
Angoli del rofilo angolo del tagliente rinciale ψ, formato sul iano di riferimento dalle roiezioni del tagliente rinciale e dell asse dello stelo; angolo del ltagliente t secondario ψ, formato sul iano di riferimento dalle roiezioni del tagliente secondario e dell asse dello stelo; angolo dei taglienti ε, formato sul iano di riferimento dalle roiezioni del tagliente rinciale e del tagliente secondario; angolo di inclinazione del tagliente rinciale λ, formato dal tagliente rinciale con il iano di riferimento. 21 Angoli di registrazione angolo di registrazione del tagliente rinciale χ, angolo formato sul iano di riferimento dalle roiezioni del tagliente rinciale e della suerficie lavorata; angolo di registrazione i del ltagliente t secondario χ, angolo formato sul iano di riferimento dalle roiezioni del tagliente secondario e della suerficie lavorata. D χ χ' D χ a a χ' 22 11
Sezione del truciolo La sezione del truciolo indeformato diende dall avanzamento e dalla rofondità di assata, mentre la sua forma diende dall angolo angolo di registrazione del tagliente rinciale: χ a b 0 h 0 χ S = h b 0 0 0 h0 = a sin χ b0 = sin χ S0 = h0 b0 = a sin χ = a sin χ 23 Utensili tio tornio Gli utensili da tornio si definiscono destri o sinistri se il tagliente rinciale si trova dalla arte del ollice di una mano destra o sinistra osta sullo stele e rivolta verso la unta dell utensile. Tagliente rinciale Stelo Tagliente secondario Tagliente secondario Stelo Tagliente rinciale Tagliente secondario Stelo Tagliente rinciale Tagliente secondario Utensile destro Utensile sinistro Utensile simmetrico (troncatore) 24 12
Forze di taglio in tornitura F y F z Tornitura longitudinale esterna: F x = 0.3 0.4٠F z F y =0 Tornitura frontale o sfacciatura: F y = 0.2 0.3٠F z F x =0 R F x 25 Pressione secifica di taglio Indicando con S 0 la sezione di truciolo indeformato, la otenza secifica di taglio ovvero la otenza necessaria ad asortare un volume di sovrametallo nel temo unitario è data da: Pt Fz vt Fz Fz Ps = = = = = ks V S v S a unità di temo 0 t 0 La otenza secifica ha, quindi, le dimensioni di una ressione ed è sesso indicata con k s detta ressione secifica di taglio. Essa diende dal materiale in lavorazione e dalla geometria del truciolo. 26 13
Stima della forza di taglio La diendenza della ressione secifica di taglio dalla geometria del truciolo uò essere eslicitata con la relazione di Kronenberg: x 1 y 1 ks ks0 a = Nella quale k s0 diende solo dal materiale in lavorazione e l esonente y è rossimo all unità. Per cui la forza rinciale di taglio è esressa dalla relazione: x y Fz = ks a = ks0 a Materiale k s0 [MPa] Esonente x Acciai legati 2200 0.80 Leghe leggere di magnesio 250 0.95 Leghe leggere di alluminio 600 0.90 Bronzi e ottoni 800 0.75 27 zione gie e rocessi di lavoraz Tecnolog 28 14
Lavorazioni di foratura Nella foratura il moto di taglio è rotatorio, mentre il moto di alimentazione è rettilineo; entrambi i moti sono osseduti dall utensile utensile. Nella foratura dal ieno l utensile, detto unta elicoidale, ha due taglienti attivi. La velocità di taglio v t coincide con la velocità eriferica dell utensile. L avanzamento a è lo sostamento lineare dell utensile er ogni giro. Il diametro D dell utensile determina la dimensione finale del foro. Le macchine utensili adoerate er queste lavorazioni sono chiamate traani o traanatrici. 29 Schema di un traano a colonna Moto di avanzamento Moto di taglio 30 15
SCHEMA FORATURA Diametro del foro D Numero di giri n π D n Velocità di taglio: v t = 1000 Avanzamento: a [mm/giro] Avanzamento er tagliente: a z =a/2 Velocità di avanzamento: va = n a 31 Punta elicoidale 32 16
Raresentazione schematica di una unta elicoidale 33 MRR IN FORATURA VOLUME ASPORTATO 2 π D V = L 4 TEMPO DI LAVORAZIONE t l L L L π D L = = = = v v a n a t a vt a π D Velocità di asortazione volumetrica 2 V π D vt a vt D MRR = = L = a = vt a t 4 π D L 2 2 l 34 17
MRR IN FORATURA D 1 a ε l0 = h0 = sin 2 ε 2 2 sin 2 a D S0 = h0 l0 = 2 2 a D D MRR / tagliente = vt S0 = vt = vt az 2 2 2 D MRR = 2 MRR / tagliente = vt a = vt a 2 35 Forze di taglio nella foratura 36 18
Angoli caratteristici delle unte elicoidali d D δ πd δ γ γ 0 πd γ 0 α α 0 δ a a tanδ = π d π d tan γ 0 = α = α δ 0 0 γ = γ + δ 37 Lavorazioni di fresatura La fresatura è una lavorazione er asortazione di truciolo molto diffusa in ambito manifatturiero er la luralità di oerazioni che ossono essere effettuate su ezzi di forma quasi semre rismatica. Le rinciali lavorazioni sono quelle di sianatura, realizzazione di cave, anche a coda di rondine, realizzazione di rofili comlessi, come quelli di alette er turbine, con l imiego di frese di forma. 38 19
Lavorazioni di fresatura L utensile utilizzato nella fresatura, detto fresa, è generalmente di forma cilindrica e costituito da iù taglienti. i Essi sono ricavati i sulla suerficie i cilindrica i e/o su di una delle basi. Le macchine utilizzate er questa lavorazione sono chiamate fresatrici. Il moto di taglio è rotatorio ed è osseduto dall utensile, mentre il moto di avanzamento è rettilineo ed è osseduto dal ezzo. Il moto di aostamento è di solito osseduto dall utensile. Essendo l utensile olitagliente, con Z denti, l avanzamento è esresso in millimetri a dente ed indicato con il simbolo a z. 39 Schema di una fresatrice 40 20
Lavorazioni di fresatura La fresatura si realizza in due modalità fondamentali: fresatura eriferica e fresatura frontale. Nella fresatura eriferica l asortazione di truciolo avviene mediante i denti ricavati sulla suerficie laterale della fresa, mentre nella fresatura frontale l asortazione di truciolo avviene rincialmente mediante i denti ricavati sulla base della fresa. 41 Esemi di lavorazione di fresatura 42 21
Fresatura eriferica e frontale Verso di rotazione dell'utensile Avanzamento ezzo (a) Fresatura eriferica Verso di rotazione dell'utensile Avanzamento ezzo (b) Fresatura eriferico-frontale 43 Fresa a candela 44 22
Fresa frontale ad inserti 45 Schema della fresatura eriferica in concordanza Velocità di rotazione Centro di rotazione della fresa Truciolo o indeformato Velocità di avanzamento 46 23
Schema della fresatura eriferica in discordanza o in oosizione α β γ Centro di rotazione della fresa Velocità di rotazione Truciolo indeformato Velocità di avanzamento 47 Movimento della tavola orta-ezzo F v v t v t F o v a v a R F v Concordanza Discordanza R F o 48 24
Extra corsa di ingresso e di uscita nella fresatura eriferica D 2 v a L 2 2 D D Lunghezza = L + 2 2 = L + D 2 49 MRR nella fresatura eriferica in discordanza L lunghezza B larghezza V = L B l L t = = v a sessore sovrametallo D diametro fresa Z denti a z avanzamento er dente L π D L = n az Z vt az Z V vt az Z B az Z MRR = = L B = vt t π D L π D l 50 25
Fresatura eriferica in discordanza h h max A'' B' O az O' A' A B φ s = angolo di lavoro = az sinϕs = a sinϕ i z i ϕ C ϕs 1 ϕs h= a 0 z senϕ dϕ ϕ s b 51 Schema della fresatura eriferica in discordanza D D OB = = cosϕ 2 2 D 2 2 cosϕ = = 1 2 D D 52 26
D 2 2 cosϕ = = 1 2 D D 1 ϕs az h = az sinϕi dϕi ( cosϕs cos 0) ϕ = 0 ϕ = s az az 2 2 az ( 1 cosϕs ) = 1 1+ = ϕ ϕ D ϕ D s s s 2 π Z z z ϕ s = 2 π π D a Z π D z S 0 = h0 B= B s 2 a a Z h = = D Z az Z B MRR = vt S 0 = vt = vt a π D 53 Fresatura frontale Moto di taglio Moto di avanzamento l Dente Suerficie lavorata Pezzo in lavorazione t l V = L B L L π D L = = = v n a Z v a Z a z t z V vt az Z B az Z MRR = = L B = vt t π D L π D 54 27
Fresatura frontale h0 = az sinϕs h = a sinϕ i z i ϕs az ϕ2 2 π ϕs = Z ϕ ϕ1 O B2 B1 B 1 = ϕ = h0 ϕ2 az sinϕ i d ϕ ϕ 1 s i a a 2 B 2 B a B 2 ϕ D D ϕ D z 2 1 z = + = s ( cosϕ cosϕ ) z = 2 1 = ϕ s 2 az B S 0 = h0 = 2 π D Z a Z B = t = 0 t = t π D z MRR v S v v a 55 s 28