Per poter creare l’intaglio da Razor Blading (vedi fig. 3.1) si deve applicare una forza normale alla lama: quest’ultima, scorrendo ripetutamente sul fondo del pre-intaglio, lo va a generare per usura. Per effettuare questa operazione si è creato il seguente sistema:
1 6 5 2 3 4 7 an aRB
Fig.3.4: la prima figura è la vista isometrica della macchina per il Razor Blading, mentre la seconda la vista frontale. I componenti che definiscono la macchina sono: 1) Piastra portante; 2) Piastra di
rialzo; 3) Cunei di fissaggio provino; 4) Supporto provino; 5) Supporto motore; 6) Piastra di bloc-caggio; 7) Vite di posizionamento provino; 8) Sistema di trasmissione con supporto lama; 9) Steli
supporto lama 10) Anello di fissaggio; 11) Steli guida
Il provino viene montato sulla piastra di rialzo e la posizione del pre-intaglio rispetto alla lama viene regolata attraverso la vite di figura 3.4 (7). Completato il montaggio, si deve andare a definire la forza normale da applicare alla lama e che definirà la profondità dell’intaglio da Razor Blading. Per farlo si sposta in direzione verticale il supporto motore in cui è montata e fissata la lama. Portando la lama ad un primo contatto con il fondo del pre-intaglio, si va a bloccare lo spostamento del supporto motore attraverso gli anelli di bloccaggio di figura 3.4 (10). Una volta assicurati che gli steli del porta lama (9) (vedi fig. 3.4 e 3.6) sono liberi di scorrere nella loro sede, si va a definire un abbassamento z di uno dei due anelli e lo si va poi a bloccare; a questo punto si porterà allo stesso livello l’altro anello di bloccaggio e il supporto motore si appoggerà su di essi. In questo modo il supporto motore scorre verso il basso di una quantità definita, e genera per effetto del suo perso una precompressione z delle molle coassiali agli steli del porta lama (vedi fig.3.6). Le molle compresse definiscono una forza normale al tagliente della lama pari a:
𝐹𝑁= 2 𝑘 ∆𝑧 [𝑁]
(3.1) dove 2k è la costante elastica delle molle in parallelo (vedi fig.3.6). Definita la forza, attraverso le manopoline (vedi fig. 3.5 – (8)), si blocca lo scorrimento verticale degli steli del porta lama, mante-nendo invariata la precompressione delle molle. In questo modo, la forza normale è variabile al va-riare della profondità dell’intaglio da Razor Blading, poiché all’aumentare della profondità si ha il recupero elastico della deformazione della lama, con conseguente diminuzione della forza impressa. In questo modo, nelle ultime passate della lama, prima che recuperi totalmente la deformazione, la forza agente è molto piccola e permette di effettuare la finitura dell’apice dell’intaglio creato. Un'altra accortezza presa in fase di progettazione è di distanziare il più possibile tra loro i due steli del porta lama (vedi fig.3.6), in modo da garantire la rigidezza del sistema di scorrimento steli-slitta.
Per creare l’intaglio, la lama deve avere un movimento traslatorio con inversione del moto. Per la creazione di questo tipo di moto si è scelto di adottare il sistema di trasmissione rappresentato in figura 3.5: 8 10 10 11 X Z 9
Fig.3.5: Sistema di trasmissione ideato per la creazione del moto traslatorio della lama in direzione X. I vari componenti numerati sono: 1) motoriduttore; 2) giunto di trasmissione; 3) camma; 4) cusci-netto per la trasmissione del moto; 5) piastrine di contatto; 6) guida lineare; 7) slitta; che a sua volta
è composta da: 7a) cuscinetti lineari; 7b) supporto cuscinetti; 7c) piastrina camma. 8) sistema di bloccaggio degli steli del porta lama; 9) supporto lama.
Il sistema è costituito da un motoriduttore (il suo dimensionamento verrà riportato nel prossimo pa-ragrafo) che crea un moto rotatorio e attraverso un giunto lo trasmette all’albero della camma in cui è montato un cuscinetto in posizione eccentrica (vedi fig.3.5 – (4)); il cuscinetto è a contatto con le due piastrine (vedi fig.3.5 – (5)) che sono montate sulla slitta vincolata ad una guida lineare. La guida permette il solo moto in direzione trasversale (vedi verso del moto in fig. 3.5). Consegue che, in una prima fase il cuscinetto ruotando entra in contatto con una piastrina, definendo così la traslazione della slitta; in una seconda fase il cuscinetto entra in contatto con l’altra piastrina determinando l’in-versione del moto. Se si prende come riferimento il baricentro del sistema slitta (vedi fig.3.6), il suo moto idealmente è regolato dalle seguenti equazioni:
𝑥𝐺= 𝑒 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑟𝑡) [𝑚] (3.1) 𝑥̇𝐺= 𝑒𝜔𝑟 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑟𝑡) [𝑚/𝑠] (3.2) 𝑥̈𝐺= 𝑒𝜔̇𝑟 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑟𝑡) − 𝑒𝜔𝑟2 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑟𝑡) [𝑚/𝑠2] (3.3) dove e è l’eccentricità della camma (vedi fig.3.6) e r la velocità angolare dell’albero in uscita dal riduttore. 1 4 6 3 2 7a 7c 7b 5 7 9 X 8
Fig. 3.6: vista anteriore di camma, slitta e supporto lama. È riportata la posizione del baricentro della slitta più il sistema di afferraggio della lama. In rosso invece è indicata l’eccentricità della
camma e la direzione di traslazione del sistema slitta.
Per quanto riguarda il materiale di costruzione degli elementi della slitta si è scelto di utilizzare dove possibile l’alluminio in modo da contenere il peso e riducendo le dimensioni del motore e guida li-neare. Tuttavia, per evitare fenomeni di usura si sono realizzati in acciaio i seguenti elementi: steli supporto lama (fig. 3.6) e piastrine di contatto (fig. 3.5 – (5)). Sono in acciaio anche le molle, le diverse viti e i cuscinetti radiali.
Anche i componenti che non appartengono al sistema di trasmissione sono realizzati principalmente in alluminio riducendo il peso totale della macchina. Unica eccezione è fatta per gli steli guida del supporto motore (fig. 3.4 – (11)) che sono realizzati in acciaio inox (si è scelto questo materiale per evitare la corrosione e ridurre l’usura) e per i cunei di fissaggio che sono realizzati in acciaio per evitare l’usura.
La lametta che verrà utilizzata è quella da rasoio che ha il pregio di avere uno spessore di circa 0,1 mm e quindi è possibile inserirla anche in pre-intagli da EDM che hanno larghezza ridotta. Queste lame sono abbastanza standardizzate e hanno la geometria riportata in figura 3.7. Per completezza si riporta in figura 3.8 il profilo del tagliente misurato su delle lamette marchiate ASTRA.
X
lametta
molle Steli supporto
Fig.3.7: a sinistra le lamette che si utilizzeranno, mentre a destra la geometria approssimata delle lame utilizzate nel processo di razor blading. Lt è il tagliente della lama. In rosso è evidenziata la parte del tagliente che deve entrare in contatto con il provino. Le dimensioni del disegno sono in
millimetri.
Fig. 3.8: profilo del tagliente di una lametta ASTRA. L’apertura del tagliente è di circa 16-17° Si crede che per poter realizzare in maniera corretta il processo di Razor Blading (RB) e ottenere un intaglio acuto e con un raggio di raccordo molto contenuto, l’intero spessore B del provino deve essere sempre a contatto con il tagliente della lama, in modo da evitare che gli spigoli del tagliente vadano ad impuntarsi nel provino stesso (vedi fig.3.7). L’impuntamento della lama potrebbe anche causare una profondità dell’intaglio da Razor Blading non uniforme e aumentare le zone plasticizzate (incremento delle tensioni residue). Per garantire questa condizione anche con i provini con spessore più elevato (20 mm) si è scelta l’eccentricità della camma pari a 7 mm (vedi fig.3.6), il che significa avere una corsa totale di 14 mm.