Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
1
Distacco di alcune parti di materiale dal pezzo
attraverso l’interazione con utensili che agiscono
in maniera progressiva
Lavorazioni per asportazione di truciolo
Taglio ortogonale
- cinematica del taglio- meccanica del taglio- parametri di lavorazione- risultati della lavorazione- macchine e processi
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
2
Azione di utensile elementare
misure sperimentali mostrano:- produzione di calore- spessore del truciolo hc > ho - durezza del truciolo > durezza metallo base
la formazione del truciolo avviene per deformazione plastica
utensile
truciolo
materiale in lavorazione
ho
hc
Formazione del truciolo
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
3
Fluente, continuoframmentato, indica che nella zona di deformazione primaria si è avuta unavariazione della direzionedi deformazionevibrazioni,irregolarità, durata inferiore di utensile.
Segmentato tipico di materiali duri ma tenaci (acciai alto carbonio).Si ha modesta deformazione nella zona secondaria.
Fluente, continuo,tipico di materiali duttili(acciai basso carbonio,alluminio, alcune leghe leggere). La deformazione e l’attrito nella zona di deformazione secondaria portano a notevole produzione di calore.
Ad elementi staccatitipico di materiali duri,fragili (ottone, ghisa).Non si ha deformazione nella zona secondaria.
Tipi di truciolo
Asportazione di truciolo
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4
ANGOLI DI TAGLIO
γ angolo di spoglia frontale >0, <0, =0
α angolo di spoglia dorsale >0
β angolo di taglio ??
γ + α + β = 90°
g
b
a
+-
Utensile elementare
Asportazione di truciolo
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5
Scomposizione della forza risultantesecondo il ‘cerchio di Merchant’
R = SQR ( Fz2 + Fx
2 )
Fz = R cos ( µ − γ )
Fx = R sen ( µ − γ )
Fs = R cos (φ + µ − γ ) = Fz cos φ − Fx sen φ
Fn = R sen ( φ + µ − γ ) = Fz sin φ + Fx cos φ
T = R sen µ e N = R cos µ
Meccanica della formazione del truciolo
Asportazione di truciolo
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6
Metodo del ττττs
(analitico)
( )( )
cos 2
sin cosz sF S
ζ φτ
φ ζ φ
−=
−
( )( )
sin 2
sin cosx sF S
ζ φτ
φ ζ φ
−=
−
- difficile determinazione ts e Φ- alcune ipotesi semplificative per ottenere soluzione
Forza di taglio
Asportazione di truciolo
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7
- tiene conto della reale situazione tecnologica- le approssimazioni sono più che accettabili e si evitano molti calcoli
Il metodo è prettamente tecnologico in quanto la determinazionedel Ks viene fatta attraverso la misura delle forze di taglio nelle condizioni reali di lavoro
Determinazione del Ks
- si scelgono alcune condizioni sperimentalispessore del truciolovelocità di taglioangolo γ
- si effettuano prove di taglio e si misura la Ft- si calcola Ks= Ft / Ao
Ao = ho b = a p sezione del truciolo indeformato
Metodo del KsFz = Ks A
(sperimentale)
Asportazione di truciolo
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8
Relazione pressione (energia) specifica di taglio / spessore truciolo indeformato
Ks = Kso h-z
prove sperimentali per vari materiali danno i risultati riportati in tabella
acciai ghise ottoni leghe leggerez 0.197 0.137 0.255 0.060
Relazione di Kronemberg (per gli acciai): Kso = 2.4 Rm0.454 β0.666 [ daN/mm2 ]
log Ks
log ( Ao , ho )
Ks
Ao , ho
Asportazione di truciolo
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9
in funzione dell’angolo γ
in funzione della velocità di taglio
Ft serve principalmente per la determinazionedella potenza di taglio
Fa influenza inflessione utensile, contribuisce (poco) alla potenza di taglio
Fr determina principalmente l’inflessione delpezzo e quindi le tolleranze di lavorazionenon contribuisce alla potenza di taglio
Asportazione di truciolo
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10
Potenza di lavorazione
- Velocità di taglio- Forza di taglio
( P = L / t = F · s / t = F · V )
Potenza di taglio:
Potenza di avanzamento: - Velocità di avanzamento- Forza di avanzamento
Potenza di repulsione: - Velocità di repulsione - Forza di repulsione
Dati noti: Vt, Ft, Va, Vr
inoltre: Fr = 15-25 % Ft Fa = 20-30% Ft
P = Vt · Ft + Va · Fa
Asportazione di truciolo
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11
Parametri di lavorazione
- angolo di spoglia frontale γ diminuisce Fttruciolo fluentemigliora finitura superficialeminori potenzeminore usura utensileutensile meno robusto
sgrossatura max 6° finitura fino a 20° (alluminio)
- angolo di spoglia dorsale α evita strisciamento del dorso dell’utensileevita danneggiamento superficie lavoratadeve essere - piccolo per non indebolire l’utensile
- grande per non causare strisciamento- grande se E è piccolo (alluminio)
acciai 6-8° Al 10-12°
Utensile
Forma dell’utensile
Asportazione di truciolo
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12
Materiali dell’utensile
- Effetti termici- Effetti meccanici- Usura
- Durezza alta temperatura- Elevata resistenza meccanica staticae dinamica ad alta temperatura
- Resistenza all’abrasione
I materiali per utensili nella storia
Asportazione di truciolo
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13
durezza vs. temperatura
Asportazione di truciolo
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14
Acciai alto legati medio carbonio (0.7)alto contenuto di elementi di lega (W 18%, 4 Cr, 2.5 Co, 1 V)adeguato TT --> formazione di WC e CrCgrani fini (Cr)resistenza all’usura (V4C3)durezza a caldo (Co in soluzione)fucinatura (900 °C) tempra (1250 °C) rinvenimento (580 °C) X75W18KUTF X80WCo1818KUTFVt 80 m / min
Carburi sinterizzati WC (>90%), Co (legante, <10%)TiC resistenza all’usuraTaC resistenza alla craterizzazioneNbC tenacità, durezza a caldoVt 200 m / min
Carburi ricoperti TiN TiC Al2O3 TiCN ZrN ottima resistenza all’usura, buona tenacità
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15
Inserti
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16
Produzione insertisinterizzati in WC
Asportazione di truciolo
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Lavorabilità
attitudine del materiale ad essere lavorato per asportazione di truciolo (truciolabilità?)
criteri per valutare la lavorabilità di un materiale
finitura superficialevita utensileforze e potenzeevacuazione del truciolo
Le prove per determinare la lavorabilità devono necessariamente essere di tipo tecnologico:usura utensile (microscopia), forze di taglio (dinamometri), finitura superficiale (rugosimetri) determinati nelle condizioni di lavoro, per certi set di parametri tecnologici
Materiale in lavorazione
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18
Dipende da varie caratteristiche
- del materiale - composizione chimica- lavorazioni / trattamenti deformazione plasticasubiti in precedenza incrudimento
ricristallizzazionetrattamenti termici
- caratteristiche strutturali fasidimensioni dei graniorientazione dei grani
- della tecnologia / lavorazione sgrossatura / finitura fresatura concorde / discordelubro-refrigerazione
- dell’utensile materialeangoli di spogliarompitruciolo
Asportazione di truciolo
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19
Acciai al piombo (particelle lubrificanti) Ghise fragiliallo zolfo (particelle infragilizzanti) truciolo cortoal calcio (particelle desossidanti) abrasività cementiteal carbonio (vedi HB -> Ks)inox - tenacità (austenitici) Compositi sollecitazioni variabili
- abrasività (martensitici) urti/usura/vibrazioni
Alluminio bassa HB Ottone truciolo cortobuona finitura superficiale lunga durata utensilialta Vt
Magnesio basso Ks Leghe Ni alta R ad alta temperaturaincrudimento / tenacità
Titanio bassa conducibilità termica / alto Ks
Asportazione di truciolo
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20
Parametri di lavorazione
- Spessore del truciolo aumenta potenza di taglio‘’ produttività‘’ usura utensile
diminuisce finitura superficiale
- Larghezza del truciolo aumenta potenza di taglio‘’ produttività
- Velocità di taglio aumenta potenza di taglio‘’ produttività‘’ usura utensile‘’ finitura superficiale
Asportazione di truciolo
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21
Meccanismi di usura: - adesione- abrasione- diffusione- fatica
Modifica forma utensile: - cratere di usura- labbro di usura
Conseguenze: - aumento di Ft - aumento di T - indebolimento utensile
Usura utensili
Asportazione di truciolo
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22
Usura frontaleUsura frontale
Volume del cratere
adesione, tagliente di riportodiffusione, reazioni chimiche
Usura dorsaleUsura dorsale
A: rottura del filo taglienteB: usura progressiva a V costanteC: aumento catastrofico
Tipologie di usura
volumecratere
tempo di contatto
Vt
A
BC
VB
tempo di contatto
Vt
Asportazione di truciolo
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23
Cratere di usura KT / KM ≥ 0.1
KT ≥ 0.1 + 0.3 f
Labbro di usura 0.3 – 1.0
Un utensile deve essere cambiato quando: - la lavorazione supera i limiti di tolleranza
- la rugosità supera i valori ammissibili
- il labbro di usura è troppo grande
- il petto dell’utensile presenta un crateretroppo grande
Criteri di usura
Asportazione di truciolo
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Influenzata da - materiale da lavorare- spessore truciolo- angolo di spoglia frontale- velocità di taglio- lubrorefrigerazione
approccio sperimentale
Ln Du
Ln Vt
Durata utensili
Asportazione di truciolo
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25
Vita utensile per varievelocità di taglioe vari criteri di usura
In un certo (limitato) campo la relazione è lineare
Asportazione di truciolo
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26
Relazione di Taylor ottenuta empiricamentecon ripetute prove, con diversi materiali,diversi angoli, diverse condizioni di taglio
n dipende da materiale dell’ utensile
0.28 WC0.12 HSS0.70 Ceramici
C dipende da criterio di usurageometria utensilerapporto di forma del truciolotipo di lavorazionemateriale in lavorazione
è la Vt alla quale l’utensile dura 1 minuto
Vt x Dun = C
ln Du
ln Vt
θ
1arctan
nθ =
matematicamente graficamente
1 1ln ln lnu tD V C
n n= − +
Asportazione di truciolo
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27
cosa ottimizziamo? tempo di produzione tpcosto di produzione cptasso di profitto pr
strumentstrumenti relazioni vita utensilerelazioni forze / potenzerelazioni parametri / produzione
Ottimizzazione delle condizioni di taglio
vincolivincoli potenzadeformazione del pezzodeformazione dell’utensilemin / max f Vtrugosità Ra = k f
2 / r
Asportazione di truciolo
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28
Asportazione di materiale
d
l
c
volume da asportare V = l c d
tempo di contatto tc= ncorse tcorsa = l/b * c/Vt
V l c dvelocità di asportazione Z = ---- = ----------= b Vt d = A Vt
tc l/b c/Vt
Asportazione di truciolo
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29
Tempo di produzione tp = to + tcontatto + tcambio utensili = = to + V / Z + V / Z Du * tcu = to + V / Z ( 1 + tcu / Du )
to = tempi passivi (avviamento, carico / scarico, ritorno utensile, etc.)tc = tempo di contattotcu = tempo cambio utensile
Costo di produzione cp = co + clavorazione+ cutensili = = co+ cm tp + cut V / Z Du = = co + cm to + cm V / Z + cm V / Z Du * tcu + cut V / Z Du == co’ + cm V / Z [1 + (tcu + cut / cm) * 1 / Du]
co = costo di attrezzaggio (controlli, materiali, avviamento)cm = costo orario (macchina, personale)cut = costo utensili
Funzioni obiettivo
Tasso di profitto Pr = ( R - cp ) / tp
R = ricavi
Asportazione di truciolo
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30
Ricordando che Z = A * Vt
si ottiene
ovvero
1
1
0 2
n
nt
t
kF k k V
V
−
= + +
1
1
0 31 n
t
t
kF k k V
V
= + + +
con tp cp
k0 to co + cm tok1 V/A cm V/Ak2 tcuV/(A*C
1/n) cm (tcu + cut / cm) V/(A*C1/n)
k3 k2 / k1n esponente della TaylorC costante della TaylorA sezione del trucioloV volume da asportare
cp = f ( Vt )
tp = f ( Vt )
cioè
un termine costanteAmbedue le funzioni hanno un termine crescente con Vt
un termine decrescente con Vt
Asportazione di truciolo
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31
graficamente
Costo o Tempo (passivi)
Costo o Tempo (lavorazione)
Costo o Tempo (utensili)
Vt
Costo Tempo Costo o Tempo (totale)
Asportazione di truciolo
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32
F = ko + k1 / Vt (1+ k3 Vt1/n )
Ricerca dei minimi
Funzione
Derivata prima
Velocità ottima
Durata alla velocità ottima
Derivata seconda
Asportazione di truciolo
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33
Tempo Costo
Velocità ottima >
essendo: tcu < tcu + cut /cm
<Durata alla velocità ottima
Asportazione di truciolo
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34
Ln Du
Ln Vt
45°
considerazioni
1
tcu acciaio = 3 tcu carburi
Cacciaio = 0.3 Ccarburinacciao = 0.12 ncarburo = 0.28
n<1
Du opt acciaio
------------- = ------------------------- = 8Du opt carburi
acciaio
carburo
2 ipotizzando
Asportazione di truciolo
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35
3 strategie
cp
tp
Vt opt costo Vt opt tempo Vt
cp
tp
zona di massima redditività
Asportazione di truciolo
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36
Moto di taglio - rettilineo- alternativo- rotatorio
all’utensileo al pezzo
Classificazione secondo i movimenti
Classificazione delle lavorazioniper asportazione di truciolo
Moto di avanzamento - continuo- intermittente
Moto di registrazione - per posizionare l’utensile in prossimitàdella zona di lavoro
Asportazione di truciolo
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37
Classificazione secondo il contatto utensile pezzo
Continuo
Discontinuo
Monotaglienti - tornitura- limatura- piallatura- stozzatura
Bitaglienti - foratura
Pluritaglienti - brocciatura
Pluritaglienti - fresatura
Taglienti indefiniti - rettifica
Asportazione di truciolo
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38
Rotatorio Rettilineo
Torni (pezzo) Limatrici (utensile)
Trapani (utensile) Piallatrici (utensile)
Alesatrici (utensile) Stozzatrici (utensile)
Fresatrici (utensile) Brocciatrici (utensile)
Rettificatrici (utensile)
In genere è più facile mettere in movimento ad elevata velocità l’utensile piuttosto che il pezzo
Classificazione secondo il moto di taglio
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
39
Moto di taglio: pezzo rotatorio
Tornitura
Moto di avanzamento: utensile linearerettilineo o meno
Moto di registrazione: utensile linearediscontinuo
Moto di lavoro: elicoidale
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
40
Elementi caratteristici del tornio:
1
2
3
4
Struttura tornio
1. bancale (guide)
2. testa (mandrino)
3. carro porta-utensile (torretta)
4. controtesta
Asportazione di truciolo
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41
tornitura cilindrica esterna
Lavorazioni possibili
tornitura piana esterna,sfacciatura
Asportazione di truciolo
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42
tornitura esterna di superfici complesse
tornitura interna
Asportazione di truciolo
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43
filettatura interna/esterna
esecuzione di gole
Asportazione di truciolo
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44
troncatura
zigrinatura
Asportazione di truciolo
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45
modi di serraggio:
Attrezzature per torni
a
b c d
e f g
(a) tra punta e contropunta con brida e disco menabrida
(b) con autocentrante dall’esterno
(c) con autocentrante dall’interno
(d) con autocentrante con griffetornibili
(e) con piattaforma a griffe indipendenti
(f) con piattaforma e squadra
(g) su spina, tra punta e contropunta
(h) con trascinatore frontale, fra le punte h
Asportazione di truciolo
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46
sistema di riferimento
Utensile elementare di tornitura
posizionamento relativo utensile / pezzo
Asportazione di truciolo
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47
angoli di registrazione χχχχ angolo di inclinazione λλλλ
forma dell’utensile
angoli della sezione normaleangoli del profiloα β γα β γα β γα β γ
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
48
Effetto di χ e λ sulla formazione del truciolo
χ = 0 , λ < 0
χ = 0 , λ = 0
χ = 45 , λ < 0
χ = 45 , λ > 0
χ = 0 , λ > 0
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
49
Ft : Fr : Fa1 : 1/3 - 1/4 : 1/4 - 1/5
Ft serve principalmente per la determinazionedella potenza di taglio (Fz)
Ft
Fa
Fr
Forze di taglio
Fa influenza inflessione utensile, contribuisce (poco) alla potenza di taglio
Fr determina principalmente l’inflessione delpezzo e quindi le tolleranze di lavorazionenon contribuisce alla potenza di taglio
Componenti della forza di taglio
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
50
A = h x b
h = a x sin χb = p / sin χ
A = a x p
Individuazione della sezione del truciolo
p
a
A = sezione del trucioloh = spessore del truciolob = larghezza del trucioloa = avanzamento per girop = profondità di passataχ= angolo di registrazione del tagliente principaleψ + ψ ‘ = angolo dell’utensile �robustezza dell’utensile
χ
χ’
ψ
ψ’
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
51
Ft = Ks A = Ks a p = Kso h-z a p
P = Σ Fi Vi = Ft Vt + Fa Va + Fr Vr
Forza di taglio e potenza di lavorazione
Ks = pressione di taglio
Kso = pressione specifica di taglio
Vt = r ω = r 2 π n / 60 / 1000 = π d n / 60 / 1000 ω [rad / s]
n [giri / minuto]
r [mm]
a = [mm / giro]
Vt , Va, Vr [ m / s]
Va = a n / 60 / 1000
Vr = 0
60 s / min ; 1000 mm / m
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
52
P = Ft π d n / 60 /1000 + Fa a n / 60 / 1000 =
= n Ft ( π d + α a ) / 60 / 1000
essendo Fa = α Ft
con α ∈ [ 1/4 - 1/5 ] π ≈ 3 d > alcuni mma < 1 mm
e quindi, essendo π > α e d > a
in conclusione P = Ft Vt = Ft p d n = Ks a p π d n / 60 / 1000
si ha che π d >> α a
e quindi si può trascurare la Pa
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
53
t = L / Va = L / a / n * 60 * 1000
Tempo di lavorazione
Vt = π d n / 60 / 1000
Va = a n / 60 / 1000
Per ridurre il tempo di lavorazione si può: aumentare aaumentare n
aumenta la rugosità
aumenta la potenza richiesta
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
54
La rugosità teoricadipende da fattori geometrici
Rugosità nelle operazioni di tornitura
La rugosità realedipende da: - deformazioni plastiche
- vibrazioni- dilatazioni termichedifferenziali
- attrito- struttura cristallina- velocità di taglio (vt ⇑, Ra ⇓)- angolo g (g ⇑, Ra ⇓)- raggio di raccordo fra i taglienti (r ⇑, Ra ⇓)- profondità di passata (p ⇓, Ra ⇓)- avanzamento (f ⇓, Ra ⇓)- usura utensile
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
55
I° caso: taglienti non raccordati
a
pRt
χχ’
Linea di compenso
Va
χ’ δ
δ
χ
a
a/2
A C
B
H
H’
D
D’
Ra = 1 / L ∫ y dx = 1 / a (AHH’ + ABC + CDD’) = 1 / a ( 2 a/2 δ/2) = δ/2
L
0
Rugosità teorica
Rt = 4 Ra (valida per profili simmetrici e lineari)e
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
56
B
A C
δ
P
χ’χ
a1 a2
a / 2
a / 2 = a1 + a2
Determinare: δ = δ ( a, χ1 , χ2 )
δ = a 1 tan χ = a2 tan χ’
a1 = δ tan χ
a2 = δ tan χ‘
a / 2 = δ ( 1/tan χ + 1/tan χ‘ )
Ra = δ /2 = a/4 / ( 1/tan χ + 1/tan χ‘ )
δ = a/2 / ( 1/tan χ + 1/tan χ‘ )
χχ‘a
Ra aumenta
( ruotare l’utensile vuol dire far variare in senso opposto χ e χ ’ e quindi le tangenti )
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
57
2° caso: taglienti raccordati:
Si dimostra……… l’effetto dell’avanzamento è analogo (al quadrato)l’effetto degli angoli di registrazione e sostituito dall’effetto del raggio di raccordo
Formula di Schmalzl -> Ra = 1000/32 a2 / r
a
+
r
a [ mm ]r [ mm ]Ra [ µm ](valida se lavora solo la parte raccordata)
Asportazione di truciolo
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58
Sequenza delle operazionie scelta dei parametri
grezzo � finito
-- fonderia
grezzo da
-- semilavorato da deformazione plastica
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
59
Quanto deve essere asportato : la differenza fra quota del grezzo e quota del finito
Htot è noto
In quante passate Htot = H1 + H2 + …. + Hn
?
Elementi di valutazione: tolleranze richiestefinitura superficiale richiesta
tolleranze / finiture modeste � poche passate, grande profonditàelevate � molte passate, le ultime con piccola profondità
sgrossatura � semifinitura � finitura
Asportazione di truciolo
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60
Come deve essere asportato : il più velocemente possibile
il più economicamente possibile
compatibilmente con i vincoli di -- tolleranze-- finiture-- forze-- potenze-- ………
Il più velocemente possibile vuol dire alla velocità di taglio ottima per il tempocon l’avanzamento più grande possibile
Il più economicamente possibile vuol dire alla velocità di taglio ottima per il costousurando gli utensili il meno posssibile
Compatibilmente con i vincoli vuol dire ……………..
?
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
61
Compatibilmente con i vincoli vuol dire che:le forze in gioco non devono essere troppo elevate per evitare che il pezzo si infletta troppo (scarse tolleranze) �piccoli p e a
l’avanzamento deve essere adeguato per ottenerela rugosità richiesta � piccolo a
La Vt deve essere piccola per non usurare troppo gli utensili
l’utensile deve essere abbastanza robusto per non rompersi sotto l’azione delle forze di taglio �grande β
deve essere fatto con un materiale ‘povero’ per non costare troppo
la macchina deve essere abbastanza robusta per non deformarsi sotto l’azione delle forze di taglio
la macchina deve essere abbastanza potente per fornire adeguata Vt e F
Parametri
Utensili
Macchine
Asportazione di truciolo
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62
Caso ideale: no forzeno deformazionirigidezza infinita
Caso reale: forzedeformazionielasticità
F
Tolleranze
p
φ’’φ’
va
vr
materiale realmente asportato
materiale idealmente asportato
Asportazione di truciolo
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63
caso ideale
caso realemandrino autocentrante
caso realepunta e contropunta
Asportazione di truciolo
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64
Soluzione: ridurre le forze � ridurre la sezione del truciolo � ridurre p e a
Riduzione di p: aumenta il numero di passate
Riduzione di a: aumenta il tempo della singola passata
Metodo del Ks
Asportazione di truciolo
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65
Finiture
Relazione di Schmalzl
Aumentare raggio dell’utensile aumenta ingombro dell’utensile
Diminuire l’avanzamento aumenta il tempo della passata
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
66
Forze
Metodo del Ks
forze troppo grandi � basse tolleranze � vedi soprasul pezzo
sull’utensile
sulla macchina
forze troppo grandi � rischio rottura� aumento (piccolo) usura
forze troppo grandi � potenze elevate� deformazioni� danni e rischi vari
Asportazione di truciolo
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67
Potenze
Se la potenza disponibile è inferiore alla potenza richiesta è necessario:
ridurre la potenza riducendo l’avanzamento porta a: finiture superficiali miglioriaumento dei tempi di lavorazione
ridurre la potenza riducendo la profondità di passata porta a: tolleranze miglioriaumento dei tempi di lavorazione
ridurre la potenza riducendo la velocità di taglio porta a: minore usura utensiliaumento dei tempi di lavorazione
ridurre le forze (a o p)oridurre la velocità
P = F Vt = Ks A Vt = Ks a p Vt
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
68
Ottimizzazione vincolata multi parametri
Ottimizzazione vincolata pochi parametri
Ottimizzazione vincolata ad un parametro
Ottimizzazione non vincolata ad un parametro
potrebbero non esistere soluzioni
esiste sicuramente almeno una soluzione
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
69
Moto di taglio utensile rotatorio
Fresatura
Moto di avanzamento pezzo linearerettilineo o meno
Moto di registrazione pezzo linearediscontinuo
Moto di lavoro cicloidale
Periferica asse fresa // superficie lavorata
Frontale “ “ ⊥ “ “
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
70
orizzontale
Struttura fresatrici
verticale per attrezzisti
Asportazione di truciolo
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71
spianatura
Lavorazioni possibili
esecuzione scanalature taglio ruote dentate
Asportazione di truciolo
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72
esecuzione cave
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
73
fresatura di superfici complesse
contornatura
interna
esterna
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
74
da
Velocità di taglio Vt = ω r = 2 π n / 60 (m/s)
Avanzamento della fresa: f [mm/giro]
Avanzamento per dente: fz [mm/giro]
velocità di avanzamento: Vf = f n [mm/s]
Numero di denti: z
Profondità di passata assiale da (mm)
Profondità di passata radiale dr (mm)
Asportazione di truciolo
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75
fresatura in discordanza(up milling)
fresatura in concordanza(down milling)
Fresatura periferica
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
76
Sezione del truciolo
è necessario individuare la
traiettoria del dente:
il moto relativo, somma del moto di avanzamento
con il moto di taglio è dato dal rotolamento senza
strisciamento di una polare mobile su una polare fissa;
la fresa è solidale con la polare mobile
polare fissa
polare mobile
centro istantanea rotazione
Diagramma delle velocitàdi un punto sulla periferia della fresa quando si trova alle varie distanze dalla polare fissa
A’A B B’
f = z fz
fz
fz
y
x
Forze di taglio
Asportazione di truciolo
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77
Con alcune ipotesi semplificative:
- trascuriamo centro di istantanea rotazione
- un solo dente in presa
- denti dritti
lo spessore del truciolo vale:
lo spessore medio:
lo spessore massimo:
( da semplificare se dr << D )
sin sinzh AD AB AC fθ θ θ= ≈ = =
0
12 r z
med
d fh h d
f D
ϕ
θ θϕ
= =∫
da
maxsin 2 1z z
dr drh f f
D Dϕ
= = −
Asportazione di truciolo
Tecnologia dei processi produttivi
78
Le forze di taglio hanno quindi il seguente andamento:
Ft
t ≡ φ t ≡ 2 π
vibrazioni urtiusura utensile
avere almeno 3 denti in presa
tφ
θ1 θ2 θ3
fz fz fz
dr
Asportazione di truciolo
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79
Potenza di lavorazione
(per un dente in presa)
Pa viene trascurata
,t sF K Aθ θ=
,2
t s
DM K Aθ θ=
2 2 2t s s medio s a med
D D DM K A K A K z d hθθ
= ≅ = ⋅ ⋅∑
2
t s a medM K d h DP
ω ωζ
η η
⋅ ⋅ ⋅ ⋅= =
2 r zmed
d fh
Dϕ=
02
z
ϕ ϕζ
πϕ= =
2 nω π= ⋅
s a r fs a r zt
K d d VK d d z f nP
η η
⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= =
Asportazione di truciolo
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80
Confronto up milling vs down milling
usura dorsale frontalequindi α grande γ piccolo
il pezzo viene sollevato schiacciatoquindi basse tolleranze migliori tolleranze
il pezzo viene spinto contro l’utensile allontanato dall’utensilequindi moto regolare moto irregolarequindi sistema di recupero automatico dei giochi
zona di lavoro già lavorata crosta superficialenon adatta su grezzi di fonderia
Asportazione di truciolo
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81
Rugosità teorica
fz x
y
c
per simmetria
viene soddisfatta per
ma per piccoli angoli
allora:
dobbiamo trovare l’ascissae l’ordinata del punto c
2
zc
fx =
( )sin2
zc f c
fR t V tω ⋅ + ⋅ =
( )sin c ct tω ω⋅ ≅ ⋅
2 2c
f t f
f f
tR V V Vω
= =⋅ + +
2 2 2
2 2
z z z
czz
z
f f f
tfR z f n
R z f R z
ω ωω
ωω ωπ π
⋅ ⋅⋅ = = =
⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅
Asportazione di truciolo
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82
L’ordinata y è la rugosità massima (altezza picco valle)
+ discordanza- concordanza
NB: la rugosità reale è maggiore
( ) ( ) ( )
( )( )
( )
22
2
22 2
2
2
1 cos 1 1 sin 1 1
21 12 2 2 2 2
2
c c c
z
c zc
z
Y R t R t R t
ft fR R R
R tf R z fR z
ω ω ω
ω πω
π
= − ⋅ = − − ⋅ ≅ − − ⋅ ≅
⋅ ≅ − − = ⋅ = = ± ⋅ + ⋅
( )
2 2 2
2
max max22 82
zse R z fz zf fRR R
RR z f
ππ ⋅= → =± ⋅
?
Asportazione di truciolo
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83
Tempo di lavorazione
t = L / Va = L / f / n * 60 * 1000
Vt = π d n / 60 / 1000
Va = f n / 60 / 1000
Per ridurre il tempo di lavorazione si può: aumentare aaumentare n
aumenta la rugosità
aumenta la potenza richiesta
Asportazione di truciolo
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84
Fresatura frontale
traiettoria dente spessore del truciolo
arco di lavoro
( ) [ ]
1 1
2 2
1 2 1 2
' cos cos
1cos
sin sin sin sin
z
zmed
z z
h HH HC f
fh h d d
f f
θ
ϕ ϕ
θϕ ϕ
θ θ
θ θ θϕ ϕ
ϕ ϕ ϕ ϕϕ ϕ
− −
= ≅ =
= = =
= − − = +
∫ ∫
1 2sin sin 2
2 2
r zmed
d fD Dse dr h
Dϕ ϕ
ϕ+ = ⇒ =
drφ2
θ
φ1
H’
HC
A A’
B B’
O’
Asportazione di truciolo
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85
avanti / avanti
avanti / indietro
r
d
<2d
d+
+
+
+
Extra corsa
Sovrapposizione delle passate
Appostamento
Traiettoria di lavoro
Asportazione di truciolo
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86
Moto di taglio utensile rotatorio
lavorazioni
Foratura
Moto di avanzamento utensile rettilineo
Moto di registrazione utensile e pezzo
Moto di lavoro elicoidale
Asportazione di truciolo
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87
da banco, sensitivo
Struttura trapani
a colonna radiale
Asportazione di truciolo
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88
Struttura della punta:
codolo, testa, corpo
Grandezze caratteristiche:
angolo fra i taglienti
quadretto
faccette di affilatura
Punta elicoidale
Asportazione di truciolo
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89
Refrigerata ad inserti a gradini doppia da centri
Altri utensili per foratura
svasatore svasatore conico bareno
Asportazione di truciolo
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90
Diverso modo di utilizzare l’energia/nuove forme di energia:
Energia meccanica - water-jet- abrasive-jet- ultrasuoni- deformazione alta velocità
Energia elettrochimica - erosione elettrochimica- scarica elettrochimica
Energia chimica - dissoluzione chimicaEnergia elettrica - elettroerosione
- fascio elettronicoEnergia termica - laser
- plasma
Lavorazioni non convenzionali
Lavorazioni non convenzionali
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91
va tolleranzaRa stato superficiale[mm3/min] [mm] µm
truciolo 105 0.01 1 incruditarettifica 103 0.001 0.3 incruditalappatura 100 00001 0.03 poco incruditaelettroerosione 102 0.01 0.2 fusalaser 103 0.5 10 fusaawj 104 0.05 10 incruditaelettrochimiche 103 0.05 0.3 inalterataultrasuoni 102 0.005 0.1 incrudita
HV
Va
truciolo
elettroerosione
in funzione della durezza del materiale
Confronto tra varie tecnologie
Lavorazioni non convenzionali
Asportazione di truciolo
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meccanismo
macchina
curve / raccordi
infilaggio filo
taglio incompleto
inclinazione filo (sesto asse controllato)
Elettroerosione a filo
Lavorazioni non convenzionali
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