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Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
1
Distacco di alcune parti di materiale dal pezzo
attraverso linterazione con utensili che agiscono
in maniera progressiva
Lavorazioni per asportazione di truciolo
Taglio ortogonale
- cinematica del taglio- meccanica del taglio- parametri di lavorazione- risultati delle lavorazione- macchine e processi
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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
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Fluente, continuoframmentato, indica chenella zona di deformazioneprimaria si avuta unavariazione della direzionedi deformazionevibrazioni,irregolarit,durata inferiore di utensile.
Segmentato tipico di materialiduri ma tenaci (acciai altocarbonio).Si ha modesta deformazionenella zona secondaria.
Fluente, continuo,tipico di materiali duttili(acciai basso carbonio,alluminio, alcune legheleggere). La deformazionee lattrito nella zona dideformazione secondariaportano a notevoleproduzione di calore.
Ad elementi staccatitipico di materiali duri,fragili (ottone, ghisa).Non si ha deformazionenella zona secondaria.
Tipi di truciolo
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Dispositivo quick stop tests
Metodi per analizzare la deformazione plastica durante la lavorazione
- taglio interrotto- microscopia ottica ed elettronica della morfologia del truciolo
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Truciolo continuo Truciolo segmentato Truciolo discontinuo
zona di deformazione plastica secondaria
zona di deformazione plastica primaria
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IPOTESI:- larghezza del tagliente maggiore
di larghezza del pezzo- velocit di taglio costante lungo tagliente- tagliente perpendicolare alla velocit di taglio
TAGLIO ORTOGONALE LIBERO
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angolo di scorrimento
hc spessore del truciolo
ho spessore del truciolo indeformato
rc = hc / ho fattore di ricalcamento
geometricamente:
rc = sen ( ) / cos ( )
ho
hcFormazione del truciolo
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ANGOLI DI TAGLIO angolo di spoglia frontale > 0, < 0, = 0 angolo di spoglia dorsale > 0 angolo di taglio > 0
+ + = 90
g
b
a
+-
Utensile elementare
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E necessario trovare il piano sul quale si ha lo scorrimento.Un piano caratterizzato da un certo nel quale la s sia massimaE necessariamente maggiore della resistenza alla deformazione del materiale.La forza Fz che provoca scorrimento su quel piano quindi la forza minima chepu formare truciolo.Il problema quindi quello di trovare una espressione Fz = f( , , ), ricavare il valoredi che rende minima la F
Studio cinematico e dinamico
la forza generica che si scambiano utensilee pezzo pu essere scomposta lungo direzionidi interesse tecnologico:
- direzione velocit di taglio potenza di taglio scelta macchina e parametri- direzione perpendicolare inflessione pezzo tolleranza di lavorazione- direzione petto utensile usura utensile cambio utensili- direzione piano di scorrimento minima forza condizioni per il taglio
Meccanica del truciolo
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Truciolo
Utensile
Piano discorrimento
Pezzo
Angolo di spoglia frontale
permette di ottenere la deformazione: s = cot + tan ( )
e poi (minimizzando s ) =45+ / 2
s = AB/CO=(AO+OB)/CO
Modello di Pijspanen per la formazione del truciolo
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VfVt velocit relativa utensile pezzo
velocit di taglio Vs
Vs velocit relativa truciolo pezzovelocit di scorrimento Vt
Vf velocit relativa truciolo utensilevelocit di flusso
Vt x ho = Vf x hc Vt = Vf x rc Vs = Vf cos / sin@
ed infine la velocit di deformazione s = Vt / d cos / cos ( )
Con varie relazioni possibile determinare tali valori
.
.
Misurando d c.a. 1/10001/100 mmLa velocit di taglio 2m/s c.a. 10 c.a. 40
Questa velocit di deformazione molto maggiore di quella utilizzatanella prova di traziones [ 10
2 - 106 s-1 ]
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Il truciolo in equilibrio sottolazione dellutensile e la reazionedel pezzo
Modello di Merchant
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Scomposizione della forza risultantesecondo il cerchio di Merchant
R = SQR ( Fz2 + Fx2 )
Fz = R cos ( )
Fx = R sen ( )
Fs = R cos ( + ) = Fz cos Fx sen
Fn = R sen ( + ) = Fz sin + Fx cos
T = R sen e N = R cos
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Sul piano di scorrimento
( )c o s s i ns i ns ss
s
RF FS S S
+ = = =
( )s i n s i ns i nn ns
s
RF FS S S
+ = = =
( )( )
( )( )
0c o s c o sc o s s i n c o s
s sz
F hF
= =
+ +
( )0 1S h=
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derivando rispetto a ed uguagliando a zero:
cio:
( ) ( )( )2 2
c o s c o s s i n s i n0
s i n c o sz
sd F S
d
+ + = =
+
( ) ( ) ( )c o s c o s s i n s i n c o s 0 + + = + + =
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Relazione di Ernst - Merchant
2 + = / 2
angolo di scorrimento: - diminuisce con laumentare dellangolo di attrito- aumenta con langolo di spoglia frontale
Levidenza sperimentale mostra una certadifferenza da tale relazione e allora Merchant,considerando anche la s, secondo la s = o + k sha proposto la:
2 + =
la determinazione sperimentale di permetteun migliore accordo
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FORZA DI TAGLIO
Metodo del s(analitico)
( )( )
c o s 2s i n c o sz s
F S
=
( )( )
s i n 2s i n c o sx s
F S
=
- d i f f i c i l e d e t e r m i n a z i o n e s e - a l c u n e i p o t e s i s e m p l i f i c a t i v e p e r o t t e n e r e s o l u z i o n e
( )0 1S h=
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- tiene conto della reale situazione tecnologica- le approssimazioni sono pi che accettabili
e si evitano molti calcoli
Il metodo prettamente tecnologico in quanto la determinazionedel Ks viene fatta attraverso la misura delle forze di taglionelle condizioni reali di lavoro
Determinazione del Ks
- si scelgono alcune condizioni sperimentalispessore del truciolovelocit di taglioangolo
- si effettuano prove di taglio e si misura la Ft- si calcola Ks = Ft / Ao
Ao = ho b = a psezione del truciolo indeformato
Fz = Ks A(sperimentale)
Forze di lavorazione Metodo del Ks
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Relazione pressione (energia) specifica di taglio / spessore truciolo indeformato
Ks = Kso h-z
prove sperimentali per vari materiali danno i risultati riportati in tabellaacciai ghise ottoni leghe leggere
z 0.197 0.137 0.255 0.060
Relazione di Kronemberg (per gli acciai): Kso = 2.4 Rm0.454 0.666 [ daN/mm2 ]
log Ks
log ( Ao , ho )
Ks
Ao , ho
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La conoscenza della forza principale di tagliopermette inoltre attraverso relazioni empirichela determinazione delle altre forze di interessetecnologico, Fn e Fa (normale e avanzamento)
Metodi e strumenti per la misura delle forze di taglio
trasduttorimagnetici
trasduttoricapacitivi
trasduttoriinduttivi
celle di caricopiezoelettriche
celle di caricoelastiche
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in funzione dellangolo
in funzione della velocit di taglioFt serve principalmente per la determinazione
della potenza di taglio
Fa influenza inflessione utensile,contribuisce (poco) alla potenza di taglio
Fr determina principalmente linflessione delpezzo e quindi le tolleranze di lavorazionenon contribuisce alla potenza di taglio
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Potenza di lavorazione
- Velocit di taglio- Forza di taglio
( P = L / t = F N s / t = F N V )
Potenza di taglio:
Potenza di avanzamento: - Velocit di avanzamento- Forza di avanzamento
Potenza di repulsione: - Velocit di repulsione- Forza di repulsione
Dati noti: Vt, Ft, Va, Vr
inoltre: Fr = 15-25 % Ft Fa = 20-30% Ft
P = Vt N Ft + Va N Fa
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Parametri di lavorazione
- angolo di spoglia frontale diminuisce Fttruciolo fluentemigliora finitura superficialeminori potenzeminore usura utensileutensile meno robusto
sgrossatura max 6 finitura fino a 20 (alluminio)
- angolo di spoglia dorsale evita strisciamento del dorso dellutensileevita danneggiamento superficie lavoratadeve essere - piccolo per non indebolire lutensile
- grande per non causare strisciamento- grande se E piccolo (alluminio)
acciai 6-8 Al 10-12
Utensile
Forma dellutensile
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Materiali dellutensile
- Effetti termici- Effetti meccanici- Usura
- Durezza alta temperatura- Elevata resistenza meccanica statica
e dinamica ad alta temperatura- Resistenza allabrasione
I materiali per utensili nella storia
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Durezza vs. temperatura
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durezza a caldo vs. tenacit
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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 allusura (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,
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Produzione insertisinterizzati in WC
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Ricoprimenti multistrato
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Utilizzo insertisinterizzati
Porta-utensiliRompi-truciolo
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Tipi di bloccaggio
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Lavorabilit
attitudine del materiale ad essere lavoratoper asportazione di truciolo (truciolabilit?)
criteri per valutare la lavorabilit di un materiale
finitura superficialevita utensileforze e potenzeevacuazione del truciolo
Le prove per determinare la lavorabilit 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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Dipende da varie caratteristiche
- del materiale - composizione chimica- lavorazioni / trattamenti deformazione plastica
subiti in precedenza incrudimentoricristallizzazionetrattamenti termici
- caratteristiche strutturali fasidimensioni dei graniorientazione dei grani
- della tecnologia / lavorazione sgrossatura / finiturafresatura concorde / discordelubro-refrigerazione
- dellutensile materialeangoli di spogliarompitruciolo
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Acciai al piombo (particelle lubrificanti) Ghise fragiliallo zolfo (particelle infragilizzanti) truciolo cortoal calcio (particelle desossidanti) abrasivit cementiteal carbonio (vedi HB -> Ks)inox - tenacit (austenitici) Compositi sollecitazioni variabili
- abrasivit (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 / tenacit
Titanio bassa conducibilit termica / alto Ks
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Cause: - deformazione plastica zona primaria- attrito utensile truciolo- deformazione zona secondaria
Dipende da: - Vt velocit di taglio- Ks energia specifica di taglio- ho spessore truciolo- c calore specifico- conducibilit termica
Si ripartisce: - utensile- pezzo- truciolo
R aumenta se u / m aumenta
a bHSS 0.5 0.4WC 0.2 0.12
u t e n s i l e
p e z z o t r u c i o l o
QRQ Q
=+
0a b
tT V h
T e m p e r a t u r a d i t a g l i o
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Stima della temperatura
Analisi sperimentale
utensile pu: essere toccatoessere vistonon essere toccato n visto
I caso
mercurio
isolante contattoelettrico
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II caso pirometro fresa
pezzo
macchinautensile
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III caso
pirometro
termocoppia
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Analisi numerica modellazione del processo, ad esempio conEquazioni di Fourier sulla trasmissione del calore
Analisi dimensionale
assumendo come variabili del processo di taglio
1. Vt (m / min) velocit di taglio [ L t-1]
2. A (mm 2) sezione del truciolo [ L2 ]
3. ks (J / mm2) energia specifica di taglio [ M L-1 t-2 ]
4. (W / m K) conducibilit termica del materiale [ M L t -3 T-1]
5. C (J / mm3 K) calore specifico (per unit di volume) [ M L-1 t -2 T-1 ]
6. T temperatura [ T ]
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si determinano le 2 grandezze adimensionali:
affinch le grandezze siano adimensionalila somma degli esponenti di tutte le dimensionidevono essere = 0
( )( )
1
2
, , , ,
, , , ,
a b c dt s t s
e f g it s t s
Q f V C K T V K C T
Q f V C K A V K C A
= =
= =
2 3 21
2 3 2 22
ba a b b c c c c d d d d
fe e f f g g g g i i i i
Q L t M L t M L t T M L T t T
Q L t M L t M L t T M L T t L
=
=
0 1 2 0 0 20 0 1 0
,2 3 2 0 2 3 2 0 0 2
1 0 0 1 2
L a b c d L e f g a eM b c d M f g i b ft a b c d t e f g i c gT c d T g i d i
+ = + + = = = + + = + + = = = = = = = + = = = =
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Sperimentalmente si trova fra Q1 e Q2una relazione empirica:
Q1 = C0 Q2n
per gli acciai :C0 = 0.4n = 0.3 (0.5)
Log Q1
Log Q2quindi (per n = 0.3):
! = Co Ks Vt 0.6 A0.3 / 0.6 (C)0.4
1s
TQ KC
=
( )
2
2 2
2
tV AQ
C
=quindi:
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Formazione del tagliente di riportoBuilt Up Edge (BUE)
Truciolo
Taglientedi riporto
Pezzo
Deposito
Utensile
Deposito
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Riduzione del tagliente di riporto:
+ velocit di taglio
Aumento dellatemperaturaallinterfaccia
Miglioramento dellecondizione di attrito
- velocit di taglio
+ temperuta ambiente
+ angolo di spoglia frontale
+ lubrificazione
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deformazioni plastiche rottura fragile usura progressiva
modifica forma utensile improvvisa progressivaangoli di tagliodimensioni
Meccanismi di fuori servizio utensile
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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
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Tagliente di riportoRotturaScheggiaturaCriccatura da fatica
meccanicaMicrofessurazione
termica
Intaglio sul taglientesecondarioDeformazione plasticaCraterizzazioneUsura sul fianco
Principali forme diUsura degli utensili
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diretta- microscopio- rugosimetro- fotografia (analisi di immagini)- pesate differenziali
indiretta- isotopi radioattivi- finitura superficiale- misura delle forze- misura della temperatura- vibrazioni
Misura dellusura
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AB
C
VB
Tempo dicontatto
Usura dorsale
labbro dusura VB
a: rottura del filo taglienteb: usura progressiva a V costantec: aumento catastrofico
VB
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50
Usura progressiva
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Tempo di lavorazione [s]
V
b
[
m
m
]
Utensile WC non rivestitoMateriale: Al6061 con 10% Al2O3
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volumecratere
tempo dicontatto
Vt
adesione, tagliente di riportodiffusione, reazioni chimiche
v
e
l
o
c
i
t
d
i
c
r
a
t
e
r
i
z
z
a
z
i
o
n
e
temperatura superficie utensile
C500 600 700 800 900
acciaiosuperrapido
carburo
Usura frontale
Volume del cratere
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Criteri di usura
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 rugosit supera i valori ammissibili
- il labbro di usura troppo grande
- il petto dellutensile presenta un crateretroppo grande
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Influenzata da - materiale da lavorare- spessore truciolo- angolo di spoglia frontale- velocit di taglio- lubrorefrigerazione
approccio sperimentale
Ln Du
Ln Vt
Durata utensili
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Relazione di Taylor ottenuta empiricamentecon ripetute prove, con diversi materiali,diversi angoli, diverse condizioni di taglio
Vt x Dun = C
0.28 WC
n 0.12 HSS
0.70 Ceramici
C dipende da criterio di usurageometria utensilerapporto di forma del truciolotipo di lavorazionemateriale in lavorazione
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Vita utensile per varievelocit di taglioe vari criteri di usura
In un certo (limitato) campo la relazione lineare
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Relazione di Taylor ottenuta empiricamentecon ripetute prove, con diversi materiali,diversi angoli, diverse condizioni di taglio
n dipende da materialedell utensile
0.28 WC0.12 HSS0.70 Ceramici
C dipende da criterio di usurageometria utensilerapporto di forma del truciolotipo di lavorazionemateriale in lavorazione
la Vt alla quale lutensile dura 1 minuto
Vt x Dun = C
ln Du
ln Vt
#
1a r c t a nn
# =
m a t e m a t i c a m e n t e g r a f i c a m e n t e
1 1l n l n l nu tD V Cn n= +
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Asportazione di truciolo
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58
1. criterio : VBmax
2. variabili della lavorazione : Vt h, b, VB
3. tipo di relazione:
Legge di Taylor generalizzata
m = 0.44
x = 0.66 HSS0.4 WC
y = 0.46 HSS0.21 WC
NB: y < x e x - y = 0.2
mn VB
t u x y
c VBV Dh b
=
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Relazione di Kronemberg
A = b * hG = b / h
0.28 acciaif 0.20 ghise
0.1 non ferrosi 0.14 acciaig 0.1 ghise
0.1 non ferrosicarburo - acciaio 0.2-03
- ghisa 0.25q
HSS - acciaio 0.15- ghisa 0.25
605
qu VB
t gf
D cVGA
$ % =& '( ) $ %
& '( )
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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 dellutensilemin / max f Vtrugosit Ra = k f2 / r
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Asportazione di materiale
d
l
c
volume da asportare
tempo di contatto
velocit di asportazione
V l c d=
c c o r s e c o r s at
l ct n tb V
= =
t tc
t
V l c dZ b V d A Vl ctb V
= = = =
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62
Funzioni obiettivo
Tempo di produzione
Costo di produzione
to = tempi passivi (carico / scarico e ritorno utensile)tcu = tempo cambio utensile
co = costo di attrezzaggiocu = costo orario (macchina, materiali, personale)cut = costo utensili
Tasso di profitto
0 0 1c u c upu u
t tV V Vt t tZ Z D Z D
$ %= + + = + +& '
( )
0 0 0
01' 1
c up m p c u m m m c u
u u u
u tm c u
m u
tV V V Vc c c t c c c t c c cZ D Z Z D Z D
cVc c tZ c D
= + + = + + + + =
* +$ %= + + +, -& '
, -( ). /
R = r i c a v i( )
P r pp
R ct
=
Asportazione di truciolo
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Ricordando che Z = A * Vt
si ottiene
ovvero
11
0 2
nn
tt
kF k k VV
= + +
11
0 31 ntt
kF k k VV
$ %= + +& '
( )
c o n t p c p
k 0 t o c o + c m t ok 1 V / A c m V / A
k 2 t c u V / ( A * C 1 / n ) c m ( t c u + c u t / c m ) V / ( A * C 1 / n )k 3 k 2 / k 1
n e s p o n e n t e d e l l a T a y l o rC c o s t a n t e d e l l a T a y l o r
A s e z i o n e d e l t r u c i o l oV v o l u m e d a a s p o r t a r e
c p = f ( V t )
t p = f ( V t )
c i o
u n t e r m i n e c o s t a n t eA m b e d u e l e f u n z i o n i h a n n o u n t e r m i n e c r e s c e n t e c o n V t
u n t e r m i n e d e c r e s c e n t e c o n V t
Asportazione di truciolo
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64
graficamente
Costo o Tempo (passivi)
Costo o Tempo (lavorazione)
Costo o Tempo (utensili)
Vt
CostoTempo Costo o Tempo (totale)
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65
Ricerca dei minimi
Funzione
Derivata prima
Derivata seconda
Velocit ottima
Durata alla velocit ottima
11
0 31 ntt
kF k k VV
$ %= + +& '
( )
( )1
1 3
2
1 nt
t t
k n n k VFV nV
* ++ +, -
0 . /=0
( ) 31
n
ottimanVn k
* +=, -
, -. /
( )( )1
21 32
2 2 3
2 1 1 2 nt
t t
k n n n k VFV n V
* ++ + +, -
0 . /=0
1
31 n
uottimanD k Cn* += , -. /
21
2 3 1 0 21
nn n
n
>
Asportazione di truciolo
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66
Tempo Costo
Velocit ottima
Durata alla velocit ottima
>
0
Asportazione di truciolo
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FORZE DI TAGLIO
Ft : Fr : Ff1 : 1/2 - 1/4 : 1/4 - 1/8
Ft
9015 30 45 60 75
200 kN
400 kN
600 kN
800 kN
1000 kN
1200 kN
Fr
Fa0 kN
Angolo di registrazione +
C
o
m
p
o
n
e
n
t
i
d
e
l
l
a
f
o
r
z
a
d
i
t
a
g
l
i
o
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
85
A = h x b
h = a x sin 3b = p / sin 3
A = a x p
Individuazione della sezione del truciolo
p
a
A = sezione del trucioloh = spessore del truciolob = larghezza del trucioloa = avanzamento per girop = profondit di passata3= angolo di registrazione del tagliente principale5 +5 = angolo dellutensile robustezza dellutensile
3
3
5
5
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
86
Ft = Ks A = Ks a p = Kso h-z a p
P = 6 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 7 = r 2 n / 60 / 1000 = d n / 60 / 1000 7 [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 Meccanica
87
P = Ft d n / 60 /1000 + Fa a n / 60 / 1000 =
= n Ft ( d + a ) / 60 / 1000
essendo Fa = Ft
con [ 1/4 - 1/5 ] Z 3d > alcuni mma < 1 mm
e quindi, essendo > e d > a
in conclusione P = Ft Vt = Ft p d n = Ks a p d n / 60 / 1000
si ha che d >> a
e quindi si pu trascurare la Pa
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
88
t = L / Va = L / a / n * 60 * 1000
Tempo di lavorazione
Vt = d n / 60 / 1000
Va = a n / 60 / 1000
Per ridurre il tempo di lavorazione si pu: aumentare aaumentare n
aumenta la rugosit
aumenta la potenza richiesta
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
89
La rugosit teoricadipende da fattori geometrici
Rugosit nelle operazioni di tornitura
La rugosit realedipende da: - deformazioni plastiche
- vibrazioni- dilatazioni termiche
differenziali- attrito- struttura cristallina- velocit di taglio (vt 8, Ra 9)- angolo g (g 8, Ra 9)- raggio di raccordo fra i taglienti (r 8, Ra 9)- profondit di passata (p 9, Ra 9)- avanzamento (f 9, Ra 9)- usura utensile
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
90
I caso: taglienti non raccordati
a
pRt
3 3
Linea dicompenso
Va
3 :
:
3
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 :/2) = :/2
L
0
Rugosit teorica
Rt = 4 Ra (valida per profili simmetrici e lineari)e
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
91
B
A C
:
P
33
a1 a2a / 2
a / 2 = a1 + a2
Determinare: : = : ( a, 31 , 32 )
: = a 1 tan 3 = a2 tan 3
a1 = : tan 3
a2 = : tan 3
a / 2 = : ( 1/tan 3 + 1/tan 3 )
Ra = : /2 = a/4 / ( 1/tan 3 + 1/tan 3 )
: = a/2 / ( 1/tan 3 + 1/tan 3 )
33a
Ra aumenta
( ruotare lutensile vuol dire far variare in senso opposto 3 e 3 e quindi le tangenti )
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
92
2 caso: taglienti raccordati:
Si dimostra leffetto dellavanzamento analogo (al quadrato)leffetto degli angoli di registrazione e sostituito dalleffetto del raggio di raccordo
Formula di Schmalzl -> Ra = 1000/32 a2 / r
a
+r
a [ mm ]r [ mm ]Ra [ m ](valida se lavora solo la parte raccordata)
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
93
Sequenza delle operazionie scelta dei parametri
grezzo finito
-- fonderia
grezzo da
-- semilavorato da deformazione plastica
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
94
Quanto deve essere asportato : la differenza fra quota del grezzo e quota del finito
Htot noto
In quante passate Htot = H1 + H2 + . + Hn
?
Elementi di valutazione: tolleranze richiestefinitura superficiale richiesta
tolleranze / finiture modeste poche passate, grande profonditelevate molte passate, le ultime con piccola profondit
sgrossatura semifinitura finitura
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
95
Come deve essere asportato : il pi velocemente possibile
il pi economicamente possibile
compatibilmente con i vincoli di -- tolleranze-- finiture-- forze-- potenze--
Il pi velocemente possibile vuol dire alla velocit di taglio ottima per il tempocon lavanzamento pi grande possibile
Il pi economicamente possibile vuol dire alla velocit di taglio ottima per il costousurando gli utensili il meno posssibile
Compatibilmente con i vincoli vuol dire ..
?
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
96
Compatibilmente con i vincoli vuol dire che: le forze in gioco non devono essere troppoelevate per evitare che il pezzo si infletta troppo(scarse tolleranze) piccoli p e a
lavanzamento deve essere adeguato per ottenerela rugosit richiesta piccolo a
La Vt deve essere piccola per non usurare troppogli utensili
lutensile deve essere abbastanza robusto per nonrompersi sotto lazione delle forze di taglio grande
deve essere fatto con un materiale povero pernon costare troppo
la macchina deve essere abbastanza robusta pernon deformarsi sotto lazione delle forze di taglio
la macchina deve essere abbastanza potente perfornire adeguata Vt e F
Parametri
Utensili
Macchine
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
97
Caso ideale: no forzeno deformazionirigidezza infinita
Caso reale: forzedeformazionielasticit
F
Tolleranze
p
va
vr
materiale realmente asportato
materiale idealmente asportato
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
98
caso ideale
caso realemandrino autocentrante
caso realepunta e contropunta
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
99
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
Tecnologia Meccanica
100
Finiture
Relazione di Schmalzl
Aumentare raggio dellutensile aumenta ingombro dellutensile
Diminuire lavanzamento aumenta il tempo della passata
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
101
Forze
Metodo del Ks
forze troppo grandi basse tolleranze vedi soprasul pezzo
sullutensile
sulla macchina
forze troppo grandi rischio rottura aumento (piccolo) usura
forze troppo grandi potenze elevate deformazioni danni e rischi vari
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
102
Potenze
Se la potenza disponibile inferiore alla potenza richiesta necessario:
ridurre la potenza riducendo lavanzamento porta a: finiture superficiali miglioriaumento dei tempi di lavorazione
ridurre la potenza riducendo la profondit di passata porta a: tolleranze miglioriaumento dei tempi di lavorazione
ridurre la potenza riducendo la velocit di taglio porta a: minore usura utensiliaumento dei tempi di lavorazione
ridurre le forze (a o p)oridurre la velocit
P = F Vt = Ks A Vt = Ks a p Vt
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
103
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 Meccanica
104
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 Meccanica
105
orizzontale verticale per attrezzisti
Struttura fresatrici
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
106
spianatura taglio ruote dentate
Lavorazioni possibili
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
107
esecuzione caveesecuzione scanalature
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
108
fresatura di superfici complesse
contornatura
interna
esterna
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
109
daavanzamento della fresa: f [mm/giro]
Avanzamento per dente: fz [mm/giro]
velocit di avanzamento: Vf = f n [mm/s]
Numero di denti: z
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
110
fresatura in discordanza
up milling
fresatura in concordanza
down milling
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
111
necessario individuare latraiettoria del dente:
il moto relativo, somma del moto di avanzamentocon il moto di taglio dato dal rotolamento senzastrisciamento di una polare mobile su una polare fissa;la fresa solidale con la polare mobile
polare fissa
polare mobile
centro istantanea rotazione
Diagramma delle velocitdi un punto sulla periferiadella fresa quando sitrova alle varie distanzedalla polare fissa
AA B B
f = z fz
fz
fz
y
x
Sezione del truciolo
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
112
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
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
113
Le forze di taglio hanno quindi il seguente andamento:
Ft
t > - t > 2
vibrazioniurtiusura utensile
avere almeno 3denti in presa
t
1 2 3
fz fz fz
dr
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
114
Potenza di lavorazione
(per un dente in presa)
Pa viene trascurata
,t sF K A# #=
, 2t sDM K A# #=
2 2 2t s s m e d i o s a m e dD D DM K A K A K z d h##= ? = @
2t s a m e dM K d h DP 7 7A A
= =
2 r zm e dd fh
D==
02
z
= = == =
2 n7 =
s a r fs a r zt
K d d VK d d z f nPA A
= =
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
115
Confronto up milling vs down milling
usura dorsale frontalequindi grande piccolo
il pezzo viene sollevato schiacciatoquindi basse tolleranze migliori tolleranze
il pezzo viene spinto contro lutensile allontanato dallutensilequindi moto regolare moto irregolarequindi sistema di recupero automatico dei giochi
zona di lavoro gi lavorata crosta superficialenon adatta su grezzi di fonderia
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
116
Rugosit teorica
fz x
y
c
per simmetria
viene soddisfatta per
ma per piccoli angoli
allora:
dobbiamo trovare lascissae lordinata del punto c
2z
cfx =
( )s i n2
zc f c
fR t V t7 + =
( )s i n c ct t7 7 ?
2 2c
f t f
f f
tR V V V7
= = + +
2 2 2
2 2
z z z
czz
z
f f f
t fR z f n R z f R z
7 77
77 7
= = =
+ + +
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
117
Lordinata y la rugosit massima (altezza picco valle)
+ discordanza- concordanza
NB: la rugosit reale maggiore
( ) ( ) ( )
( ) ( )( )
22
2
2 2 22
2
1 c o s 1 1 s i n 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 RR t f R z fR z
7 7 7
7 7
* +* +* += = ? ?. / , -. / . /
$ %* +$ % & '
, -& '? = = =& '& ', - & '+ ( ). /( )
( )
2 2 22
m a x m a x22 82zs e R z fz zf fRR R
RR z f = C C C C CD =
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
118
Fresatura frontale
traiettoria dente spessore del truciolo
arco di lavoro
( ) [ ]
1 1
2 2
1 2 1 2
' c o s c o s1 c o s
s i n s i n s i n s i n
z
zm e d
z z
h H H H C ffh h d d
f f
#
= =
#= =
# #
# # #= =
= = = == =
= ? =
= = =
* += = +. /
; ;
1 2s i n s i n 22 2r z
m e dd fD Ds e d r h
D= =
=+ = =
d r- 2.
- 1
H H C
A A
B B
O
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
119
Geometria delle frese frontali
materiali duritagliente robustopeggiore evacuazione truciolo
materiali duttili tagliente robustoevacuazione truciolo
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
120
Finitura superficiale
Angolo di registrazione Inserto raschiante
Segni di lavorazione
inclinazione asse fresa
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
121
eccentricit
diametro troppo piccolo
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
122
Moto di taglio utensile rotatorio
Moto di avanzamento utensile rettilineo
Moto di registrazione utensilepezzo
Moto di lavoro elicoidale
lavorazioni
Foratura
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
123
da banco, sensitivo a colonna radiale
Struttura trapani
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
124
Struttura della punta:
codolo, testa, corpo
Grandezze caratteristiche:
angolo fra i taglienti
quadretto
faccette di affilatura
Punta elicoidale
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
125
Refrigerata ad inserti a gradini doppia da centri svasatore svasatore conico bareno
Altri utensili per foratura
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
126
Vt
Vreale-
'
'
Vf
Angoli di spoglia reali
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
127
P1componenti resistenza allavanzamentodella forza P3di taglio
P2 coppia di taglio
sezione del truciolo s = a/2 D/2
empiricamente P2 = 2 P1
P3
22
2
2 2 2 2 82 1 1 [ ]
6 0 8 1 0 0 0
st s
t s
KD a D DM P K a D
W M a D K n W7
= = =
= =
F o r z e d i t a g l i o
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
128
Alesatura
Calibratura di un foro precedentemente eseguito mediante foratura
Utensile monotagliente o pluritagliente
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
129
Struttura delle macchine
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
130
Maschiatura
Utensile pluritagliente
Tagliente interrotto da 3 o 4 canalidi forma e sezioni tali da avere unaadeguata spoglia frontale
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
131
Lavorazioni per moto di taglio rettilineo: brocciatura
Brocciatura interna
Brocciatura di superficie
Utensile multitagliente gradualmente diversificato per ottenere diverse lavorazioni con ununica operazione
lavorazione:Utensile: prodotto:
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
132
Geometria dei taglienti:
Meccanica di formazione del truciolo:
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
133
Brocciatrice verticale
Struttura degli utensili
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
134
StozzatriceStozzatura
Moto alternativo conferito allutensile
Tipicamente utilizzata per lesecuzione di:
Linguette
Chiavette
Cave
anche interne
Utensile HSSvelocit di taglio ~ 10 m/min
Utensile monotagliente
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
135
Vecchia piallatrice
Operazioni obsolete:Limatura
Piallatura
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
136
Segagione
Utensile multitagliente
Operazioni tipiche:
Moto di taglio continuo
Utensile flessibile
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
137
Taglio delle ruote dentate
Con fresa di forma Con utensile a forma di ruota dentata
Diverse forme dellutensilea seconda di:diametronumero di dentimodulo
Diversi utensilisolo in dipendenzadel modulo
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
138
Riproduce la cinematica del moto diaccoppiamento tra profili ad evolvente
Coltello dentiera
Moto di avanzamento: combinazione tra lerotazioni dellutensile e della ruota inlavorazione con lavvicinamento degli assi
Moto di taglio: alternativo dellutensile
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
139
Creatore Utensile pluritagliente
Taglio interrotto Cinematica
Permette la costruzione di ruote dentate cilindrichea denti elicoidali con e senza inclinazione
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
140
Ruote coniche Utensile pluritagliente
Mediante frese di forma con avanzamentodiscontinuo per denti dritti
Mediante utensile e avanzamento continuo(ingranamento) per denti inclinati
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
141
Finitura delle ruote dentate
Mole di forma
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
142
Moto di taglio utensile rotatorio
Moto di avanzamento utensile / pezzo rettilineocurvilineo
Moto di registrazione utensile
Moto di lavoro (cicloidale) rettilineo
Lavorazioni per abrasione (rettifica)
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
143
rettificatriceuniversale
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
144
Tipiche forme delle mole
Montaggio mole
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
145
codifica Norton
abrasivo - alundum Al2O3- carborundum SiC- borazon NB nitruro
di boro cubico- diamante
legante - vetrosi (forti, rigidibuona finitura)
argillesilicatifeldspati
- elastici (gomma)alta velocit efinitura
- resinosi (bachelite)- metallici
per diamante
Caratteristiche delle mole
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
146
Esempio di codifica Norton
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
147
Struttura delle mole: porosit per - maggiore raffreddamento- superficie di contatto estesa
aperta chiusa - materiali teneri a truciolo lungo
Durezza (del legante) della mola - capacit di trattenere i grani abrasivi
la mola dura deve essere ravvivata altrimentii grani si arrotondano e perdono capacit di tagliare
la mola tenera presenta sempre nuovi grani perchcede facilmente sotto lazione delle forze di taglio
mole diamantate (molto dure) ma con abrasivo durissimo
adatta per sgrossaturae per lavorazioni conbuone tolleranze(se non ravvivata)
adatta per materiali durie per sgrossatura (bassetolleranze)
adatta materiali duri molto duri (WC)
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
148
Altre caratteristiche
- disposizione casuale dei grani attiviutensile elementare indefinito
- sezione del truciolo piccola e variabile- fortemente negativo- elevato ricalcamento / strisciamento- elevato Ks- generazione di elevate quantit di calore
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
149
Meccanica della rettifica
Formazione del truciolo
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
150
Potenza = Ft vt
MRR x Ks = [mm3/s] [ N/mm2 mm/mm]
= da dr va Ks
-> Ft = Ks A va / vt
Sezione del truciolob = k1 h
Volume del singolo trucioloVc = 1/3 1/2 b h ls
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
151
Lunghezza acro di contatto
Numero di trucioli
k2 = numero di grani attivi
Volume totale asportato
va vt dr comportamento tenero
s rl AB d D= =
2c t aN k V d=
21 2
23
1 2 1 2
1 1 16
6 6
c c r t a a r a
a ra r ar
t tr t
V N k s d D k V d M R M R R d d V
V dV d Vs k dV Vk k d D V k k D
= = = =
= = =
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
152
Diverso modo di utilizzare lenergia/nuove forme di energia:
Energia meccanica - water-jet- abrasive-jet- ultrasuoni- deformazione alta velocit
Energia elettrochimica - erosione elettrochimica- scarica elettrochimica
Energia chimica - dissoluzione chimicaEnergia elettrica - elettroerosione
- fascio elettronicoEnergia termica - laser
- plasma
Lavorazioni non convenzionali
Lavorazioni non convenzionali
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
153
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
154
va tolleranza Ra stato superficiale[mm3/min] [mm] m
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
HB
va
truciolo
elettroerosione
in funzione della durezza del materiale
Confronto tra varie tecnologie
Lavorazioni non convenzionali
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
155
Fresatura elettro-chimica
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
156
Elettro-erosione
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
157
Elettro-erosione a filo
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
158
Laser
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
159
Fascio elettronico
Asportazione di truciolo
Tecnologia Meccanica
160
Water-Jet