Corso di Tecnologia Meccanica

Corso di Tecnologia Meccanica

Modulo 4.1

Lavorazioni per asportazione

di truciolo

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Il principio del taglio

dei metalli

L’asportazione di truciolo

„

Le operazioni di asportazione di truciolo

sono utilizzate per lavorare a freddo grezzi di fonderia e semilavorati di varia

provenienza (fucinatura, profilati, estrusi,

…)

„

Vengono utilizzate allo scopo delle

macchine utensili, dal nome dell’attrezzo

utilizzato nella lavorazione (utensile)

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Metodo di analisi e studio

„

Campo di utilizzo della lavorazione

„

Caratteristiche dell’operazione

„

Parametri di taglio da utilizzare

„

Macchine ed utensili

„

Determinazione della forza e della potenza

di taglio

Campo utilizzo

„

Al fine di saper individuare, di fronte ad un risultato da ottenere, quale operazione

realizzare e quale è più confacente allo scopo in termini di:

… Qualità del risultato finale

… Tempi di preparazione e lavorazione

… Costo della lavorazione e dunque del pezzo

„

Diventa importante anche saper individuare

possibilità alternative in caso di carenza di mezzi

a disposizione

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Caratteristiche dell’operazione

„

È indispensabile conoscere le condizioni di lavorazione in termini di:

Moti caratteristici:

„ Del pezzo

„ Dell’utensile

Modalità di creazione del truciolo

Diverse possibilità di impostazione

Vantaggi/svantaggi

Parametri di taglio

„

Sono deducibili da apposite tabelle in funzione del materiale, del tipo di lavorazione, del livello qualitativo, della macchina utensile utilizzata…..:

… Velocità di taglio

… Velocità di avanzamento

… Profondità di passata

… Velocità di appostamento

… …..

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Macchine ed utensili

„

Macchine

… Caratteristiche tecniche

… Componenti

… Stato dell’arte

… Costruttori

… Varianti CN

… …..

„

Utensili

… Classificazione

… Tipi

… Tabelle di riferimento

… Costruttori

… Angoli caratteristici

… Taglienti

… Usura

… …….

Macchine utensili Macchine utensili Moto di taglio rotatorio

Moto di taglio rotatorio Moto di taglio alternativoMoto di taglio alternativo tornio

tornio trapano trapano fresatrice fresatrice

alesatrice alesatrice rettificatrice rettificatrice

piallatrice piallatrice

limatrice limatrice stozzatrice stozzatrice

brocciatrice brocciatrice

segatrice segatrice

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Forza e potenza di taglio

„

Condizioni di taglio migliori

„

Geometria dell’utensile più idonea

„

Verifica della compatibilità della potenza con la macchina disponibile

„

Valutazione della deformazione del pezzo e dunque gli errori dimensionali

„

Conoscere le sollecitazioni cui la amacchina è sottoposta

„

Scegliere la macchina più idonea

Tornitura

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Tornitura

„

La tornitura ha lo scopo di ottenere:

… superfici di rivoluzione esterne ed interne

… filettature esterne ed interne

… superfici piane (dette di “sfacciatura”)

… superfici zigrinate

„

È un’operazione economica realizzata su una

macchina semplice denominata tornio, oggi

ampiamente diffuso in versione CN

Moti di tornitura

„ Moto di taglio

… Rotatorio continuo del pezzo

… Misurato con la velocità di taglio v in m/min

„ Moto di alimentazione

… Rettilineo o curvilineo dell’utensile, in un piano passante per l’asse di tornitura è la combinazione di due moti, parallelo e perpendicolare rispetto all’asse di tornitura

… Misurato con l’avanzamento a in mm/giro

„ Moto di appostamento

… Rettilineo dell’utensile

… Misurato con la profondità di passata p in mm

„ Moto di lavoro

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Tornitura cilindrica esterna

„

Utensile con moto di alimentazione parallelo all’asse di tornitura

„

Velocità di taglio:

v = (πD · n)/1000 (m/min)

ƒ D = diametro della superficie lavorata (mm)

ƒ n = velocità angolare del pezzo (giri/min)

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Tornitura piana esterna (“sfacciatura”)

„ Permette di ottenere superfici piane perpendicolari all’asse di tornitura con un moto dell’utensile

perpendicolare a tale asse

„ Affinché la qualità della finitura superficiale rimanga la stessa in ogni punto è necessario che la velocità di taglio rimanga costante

„ Ciò e possibile solo sui moderni torni a CN

„ E possibile “sfacciare” anche superfici non circolari in tal caso occorre scegliere un tagliente molto duro a causa degli urti dovuti al taglio interrotto

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Tornitura interna

„

È realizzata sfruttando dei fori gia presenti nel greggio in lavorazione

„

La scelta del profilo di rivoluzione è connesso all’uso di macchine CN e di inserti taglienti con angoli opportuni

„

Lo stelo dell’utensile deve essere scelto opportunamente per il suo ingombro e la

sufficiente rigidezza specie per cavità con basso

rapporto diametro/lunghezza

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Filettature interne ed esterne

„ Al fine di procedere con le filettature è necessario

prevedere un moto di alimentazione parallelo all’asse di tornitura,ed avanzamento pari al passo della filettatura

„ La profondità di passata dipende dalla profondità del filetto e dalla possibilità di realizzarlo in una o più

passate

„ Sono al momento disponibili inserti a carburi sinterizzati in grado di eseguire nella stessa passata la filettatura e la finitura delle creste dei filetti

„ In taluni casi non è più necessario provvedere prima alla tornitura cilindrica e anche per quanto riguarda la

lucidatura fine è possibile farne a meno

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Esecuzione di gole e troncature

„ Per l’esecuzione di gole di vario genere (sede di seeger, o-ring, etc,,,,) è necessario procedere con moto di

appostamento e posizionare l’utensile longitudinalmente alla posizione della gola

„ Si procede dunque con utensili di sagoma opportuna e con moto radiale alla realizzazione della gola

„ Il moto dell’utensile fino all’asse di tornitura comporta la troncatura completa della barra

„ Per operazioni di troncatura la larghezza max dell’utensile deve essere tra 3 e 6 mm

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Allargamento di fori e zigrinatura

„

L’allargamento di fori può avvenire in direzione parallela all’asse di tornitura in coincidenza di fori già esistenti con avanzamento longitudinale all’asse stesso

„

La zigrinatura è ottenibile per deformazione

plastica a freddo mediante l’applicazione di un

doppio rullo con zigrinatura inclinata in senso

opposto premuto contro la superficie

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Tornitura esterna di superfici di forma complessa

„

Combinando opportunamente i moti di

avanzamento parallelo e perpendicolare all’asse di tornitura è possibile ottenere profili di

rivoluzione di profilo complesso e comunque inclinato rispetto all’asse di tornitura

„

Tale possibilità risulta molto connessa all’uso di torni CN ed alla scelta di opportuni angoli di

lavoro degli inserti taglienti

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Parametri di taglio

„ Occorre considerare i tre elementi chiave che

caratterizzano il funzionamento delle macchine utensili

„ In ogni caso i costruttori forniscono tavole di riferimento che riportano i valori più comuni di:

… Velocità di taglio (v) che deve essere ridotta del 50% in caso di filettature, creazione di gole e troncature

… Avanzamento (a) che, nel caso di gole e troncature, deve essere compreso tra 0,05 e 0,15 mm/giro

… Profondità di passata (p) che deve essere:

„ Tra 1 e 10 mm nel caso di operazioni di sgrossatura

„ Tra 0,1 e 1 mm nel caso di operazioni di finitura

„ La scelta dei parametri dipende anche dalle condizioni di bloccaggio del pezzo sulla macchina

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Parametri di taglio derivati

„

Numero di giri da

applicare al pezzo per ottenere la velocità di taglio desiderata

„

Velocità di

avanzamento dell’utensile

„

Sezione di truciolo

giri/min 1000

D n v

⋅

= ⋅

π

mm/min

n a v

= ⋅

mm

p a

s = ⋅

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Utensili

„

Parti caratteristiche:

… Stelo: parte di fissaggio alla macchina

… Testa: parte che porta i taglienti fissi o riportati

… Superficie di appoggio: parte inferiore dello stelo

… Petto: superficie attiva su cui scorre il truciolo

… Fianchi: superfici adiacenti al petto (fianco principale e fianco secondario)

… Taglienti: spigoli di intersezione del petto con i fianchi (tagliente principale e tagliente secondario

… Punta: intersezione di due taglienti

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Tipi di tagliente

„ Con placchetta saldata: quando la placchetta è tutt’uno con lo stelo

„ Con inserto fissato meccanicamente: quando la

placchetta è intercambiabile e fissata sullo stelo con una vite

„ A taglio destro o sinistro: a seconda di come si presenta rispetto all’osservatore

„ A taglio frontale: quando il tagliente principale è perpendicolare all’asse dello stelo

„ Simmetrico: quando il tagliente principale può essere indifferentemente quello di destra o di sinistra

„ …….

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Tipi di inserti

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Angoli caratteristici

„

Sistema di riferimento:

… Piano parallelo alla superficie di appoggio

… Retta parallela all’asse dello stelo passante per la punta

„

Angoli:

… Del tagliente principale (Ψ): formato dalla proiezione del tagliente principale sul piano di riferimento con la retta di riferimento

… Del tagliente secondario (Ψs) : formato dalla proiezione del tagliente secondario sul piano di riferimento con la retta di riferimento

… Di punta (ε): formato dalle proiezioni dei taglienti sul piano di riferimento

Sistema di riferimento

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Altri angoli caratteristici

„

Di inclinazione: formato dal tagliente con il piano di riferimento (λ)

„

Angolo di spoglia superiore del tagliente principale (γ)

„

Angolo di spoglia inferiore del tagliente principale (α)

„

Angolo di taglio (β)

„

Vale la relazione: α + β + γ = 90°

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Angoli

dell’utensile

Altri angoli

„

Angolo di spoglia inferiore del tagliente secondario (α

)

„

Si possono poi definire, in funzione della posizione dell’utensile rispetto al pezzo

Angolo di registrazione del tagliente principale (ҳ)

Angolo di registrazione del tagliente

secondario (ҳ

)

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Influenza degli angoli sul taglio

„

L’angolo del tagliente principale definisce la sezione del truciolo.

Varia tra 30° e 45°

Tanto più è grande tanto maggiore è la durata dell’utensile

Lo spessore del truciolo non deve essere troppo basso per evitare difficoltà di

incuneamento e dunque strisciamento

Angolo del tagliente principale

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Influenza degli angoli sul taglio

„

L’angolo del tagliente secondario influenza la rugosità del pezzo.

Deve essere inferiore a 90° per non strisciare sulla superficie già lavorata

Tanto più è grande tanto minore è la rugosità della superficie del pezzo

Influenza altresì la sezione del truciolo

Angolo del tagliente secondario

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Influenza degli angoli sul taglio

„

L’angolo di spoglia inferiore del tagliente principale deve ridurre al minimo lo

strisciamento del fianco principale con la

superficie lavorata a causa del ritorno elastico di quest’ultima.

… Tanto più è grande tanto minore è lo strisciamento sul pezzo

… Tanto più è grande tanto minore è la sezione resistente dell’utensile

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Influenza degli angoli sul taglio

„

L’angolo di spoglia superiore del tagliente

principale determina la deformazione plastica di scorrimento del truciolo.

… Tanto più è grande tanto minore è la forza necessaria per il taglio in quanto minore è la pressione truciolo- utensile:

„ Minore è la sollecitazione di attrito

„ Minore è la temperatura sull’interfaccia truciolo-pezzo … Tanto più è grande tanto minore è la sezione

resistente dell’utensile. In taluni casi può essere utile la presenza di uno smusso

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Influenza degli angoli sul taglio

„

L’angolo di inclinazione si comporta come l’angolo di spoglia superiore del tagliente principale in quanto ha influenza:

… Sulla direzione dello sforzo di taglio e di direzione del truciolo. Valori positivi comportano l’allontanamento del truciolo dalla superficie lavorata evitando:

„ Potenziale danneggiamento della superficie stessa o dell’utensile

„ Pericolo per l’operatore

Problemi nell’evacuazione del truciolo

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Influenza del raggio di punta

„

Il raggio di punta tra i taglienti è essenziale al fine di:

Eliminare un pericoloso spigolo vivo

Dare robustezza all’utensile

Ridurre la rugosità del pezzo lavorato

„

Non deve essere troppo elevato per la possibile difficoltà di incuneamento

dell’utensile nel pezzo

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Utensili con inserto

„

Gli inserti possono essere di forme disparate e consentono una rapida sostituzione in caso di usura

salvaguardando il resto dell’utensile

„

Presentano un rompitruciolo necessario specie per materiali tenaci

„

Esistono diversi tipi di bloccaggio (a staffa,

a cuneo, a leva, …)

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Designazione degli inserti

„

Gli inserti vengono designati in base alla codifica UNI-ISO 1832 composta da 9 simboli +1

… 4 lettere a definire: forma, angolo di spoglia inferiore, tolleranze dimensionali, tipo

… 2 cifre a definire la lunghezza e lo spessore del tagliente

… 1 cifra/lettera a definire la punta dell’inserto

… 1/2 lettere ad indicare il tipo di tagliente ed il verso di taglio

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ISO 1832

Tornitura

esterna

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Tornitura

interna

Utensili per tornitura esterna

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Utensili per tornitura interna

Forza di taglio

„ Componenti della forza:

… Nella direzione della velocità di taglio (F1)

… Nella direzione della velocità di avanzamento (F2)

… Nella direzione perpendicolare al piano individuato dalle due precedenti (F3)

„ Si può verificare facilmente che l’unica componente significativa ai fini dell’individuazione della potenza

necessaria è la componente F1: assumeremo dunque che F=F1

„ Si definisce per comodità: F = K_s^.s

Ove:

„ la grandezza Ks è definita pressione di taglio s è la sezione di truciolo

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Pressione di taglio

„

La pressione di taglio k

così come definita è influenzata da più fattori quali:

… La sezione del truciolo s. In particolare k_s diminuisce all’aumentare della sezione s secondo la relazione:

truciolo di

unitaria sezione

per taglio

di specifica pressione

la è k

) (N/mm

²

ove k k

s

s =

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Pressione specifica di taglio

Pressione di taglio

… L’angolo di spoglia superiore dell’utensile. In

particolare k_s diminuisce all’aumentare dell’angolo di spoglia superiore

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Pressione di taglio

… La profondità di passata p e

l’avanzamento a. In particolare k_s aumenta al diminuire della

profondità di passata (p) e dell’avanzamento (a):

1 y

0,17 x

acciai gli

per ,

=

=

= ⋅

ove k k

a

p

s

Pressione di taglio

… La velocità di taglio v e l’impiego di un fluido da taglio. In particolare al

diminuire di v la pressione di taglio aumenta per via del formarsi del tagliente di

riporto. L’uso di un fluido da taglio può ridurre

sensibilmente la pressione di taglio

… L’angolo del tagliente principale che può

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Pressione di taglio

„ La pressione di taglio k_s così come definita è influenzata da più fattori quali:

… L’angolo di spoglia superiore dell’utensile. In particolare k_s diminuisce all’aumentare dell’angolo di spoglia superiore

… La profondità di passata p e l’avanzamento a. In particolare k_s aumenta al diminuire della profondità di passata p e

dell’avanzamento a

… La velocità di taglio v e l’impiego di un fluido da taglio. In

particolare al diminuire di v la pressione di taglio aumenta per via del formarsi del tagliente di riporto. L’uso di un fluido da taglio può ridurre sensibilmente la pressione di taglio

… L’angolo del tagliente principale che può modificare indirettamente la sezione s del truciolo

Potenza di taglio

„ Nota la pressione di taglio e la

sezione del truciolo è possibile

calcolare la forza di taglio F e

dunque la

potenza di taglio secondo la

relazione: 60 ^kWh

a pari richiesta,

energia l'

ha si e lavorazion di

tempo il

t detto

cui, da

macchina della

rendimento il

è ove

utensile macchina

della potenza

la cui da

kW in 1000 60

t in E W

W W

v W F

m m

= ⋅

=

⋅

= ⋅

η η

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