Corso di Tecnologia Meccanica

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1 Corso di Tecnologia Meccanica Modulo 4.1 Lavorazioni per asportazione di truciolo LIUC - Ingegneria Gestionale 1

2 Il principio del taglio dei metalli LIUC - Ingegneria Gestionale 2

3 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) LIUC - Ingegneria Gestionale 3

4 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 4

5 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 5

6 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 6

7 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.. LIUC - Ingegneria Gestionale 7

8 Macchine ed utensili Macchine Caratteristiche tecniche Componenti Stato dell arte Costruttori Varianti CN.. Utensili Classificazione Tipi Tabelle di riferimento Costruttori Angoli caratteristici Taglienti Usura. LIUC - Ingegneria Gestionale 8

9 Macchine utensili Macchine utensili Moto di taglio rotatorio Moto di taglio rotatorio tornio trapano fresatrice alesatrice rettificatrice Moto di taglio alternativo Moto di taglio alternativo piallatrice limatrice stozzatrice brocciatrice segatrice LIUC - Ingegneria Gestionale 9

10 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 10

11 Tornitura LIUC - Ingegneria Gestionale 11

12 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 12

13 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 Elicoidale risultante dal moto di taglio e di alimentazione LIUC - Ingegneria Gestionale 13

14 LIUC - Ingegneria Gestionale 14

15 Tornitura cilindrica esterna Utensile con moto di alimentazione parallelo all asse di tornitura Velocità di taglio: v = (πd n)/1000 (m/min) D = diametro della superficie lavorata (mm) n = velocità angolare del pezzo (giri/min) LIUC - Ingegneria Gestionale 15

17 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 17

19 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 19

21 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 21

25 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 25

27 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 27

29 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 29

30 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 30

33 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 n va s 1000 v = π D = = a n a p giri/min mm/min 2 mm LIUC - Ingegneria Gestionale 33

34 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 34

36 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. LIUC - Ingegneria Gestionale 36

39 Tipi di inserti LIUC - Ingegneria Gestionale 39

40 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 40

41 Sistema di riferimento LIUC - Ingegneria Gestionale 41

43 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 43

44 Angoli dell utensile LIUC - Ingegneria Gestionale 44

45 Altri angoli Angolo di spoglia inferiore del tagliente secondario (α s ) 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 s ) LIUC - Ingegneria Gestionale 45

46 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 46

47 Angolo del tagliente principale LIUC - Ingegneria Gestionale 47

48 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 48

49 Angolo del tagliente secondario LIUC - Ingegneria Gestionale 49

50 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 50

53 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 trucioloutensile: 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 53

57 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 Sulla sezione resistente dell utensile LIUC - Ingegneria Gestionale 57

59 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 59

61 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, ) LIUC - Ingegneria Gestionale 61

63 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 63

64 ISO 1832 LIUC - Ingegneria Gestionale 64

65 Tornitura esterna LIUC - Ingegneria Gestionale 65

66 Tornitura interna LIUC - Ingegneria Gestionale 66

67 Utensili per tornitura esterna LIUC - Ingegneria Gestionale 67

68 Utensili per tornitura interna LIUC - Ingegneria Gestionale 68

69 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 69

71 Pressione di taglio La pressione di taglio k s 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: k s = ove k è la k s w (N/mm 2 ) pressione specifica di taglio per sezione unitaria truciolo w è un valore sperimentale che dipende dal materiale in lavorazione di LIUC - Ingegneria Gestionale 71

72 Pressione specifica di taglio LIUC - Ingegneria Gestionale 72

73 Pressione di taglio L angolo di spoglia superiore dell utensile. In particolare k s diminuisce all aumentare dell angolo di spoglia superiore LIUC - Ingegneria Gestionale 73

74 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): k s = a x k p ove,per gli acciai x = 0,17 y = 1 y LIUC - Ingegneria Gestionale 74

75 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 modificare indirettamente la sezione s del truciolo LIUC - Ingegneria Gestionale 75

76 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 LIUC - Ingegneria Gestionale 76

77 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: F v W = in kw da cui la potenza della macchina utensile W m = Wη oveη è il rendimento della macchina da cui, detto t il tempo di lavorazione si ha l'energia richiesta, pari a Wm t E = in kwh 60 LIUC - Ingegneria Gestionale 77