Post on 23-Jan-2021
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Corso di Tecnologia Meccanica
Modulo 4.3Lavorazioni per asportazione di truciolo
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Fresatura
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Operazioni di fresaturaÈ un’operazione che consente di realizzare in generale delle superfici lavorate:
Superfici pianeScanalature di forma semplice e complessaSmussi e sedi di linguette e chiavetteTaglio di ruote dentate
Utilizza utensili pluritaglienti detti “frese” con taglienti posti su diverse superfici (cilindriche, piane, coniche, …) muniti di denti elicoidali di diverso tipo Materiali utilizzati.
Acciaio superrapidoTaglienti riportati in carburi sinterizzati
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Modalità di fresatura
Le modalità di taglio in fresatura sono piùcomplesse rispetto a quelle di tornitura o foratura per la concomitanza di componenti diverseTali componenti sono comunque riducibili a due fondamentali:
Taglio perifericoTaglio frontale
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Dente di fresatura
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Geometria del dente di fresatura
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Tipi di frese
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Frese cilindriche
Sono utilizzate per lavorare delle superfici pianePresentano i taglienti su una superficie circolareHanno l’asse di rotazione parallelo alla superficie da spianareVengono fissate su un albero detto “porta frese”
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Fresatura cilindrica o periferica
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Movimenti di fresatura perifericaMoto di taglio:
Rotatorio e continuo, posseduto dall’utensileMisurato dalla velocità di taglio (v) in m/min
Moto di alimentazioneRettilineo/curvilineo continuo, posseduto dal pezzo o dall’utensileMisurato dall’avanzamento (a) in mm/min o in mm/giro dente
Moto di appostamentoPosseduto dal pezzo o dall’utensile è necessario per regolare la profondità del materiale da asportare misurata dalla profondità di passata (p) in mm
Altri parametri di taglio fondamentali sono:il diametro della fresa (D)il numero di denti (z)
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Fresatura periferica
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Parametri di taglio derivati
Numero di giri da applicare alla fresa per ottenere la velocità di taglio desiderataVelocità di avanzamento dell’utensile
giri/min 1000D
vn⋅⋅
=π
mm/min nzanav za ⋅⋅=⋅=
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Parametri di taglio derivati
Spessore del truciolo
Avanzamento al giro
Sezione di truciolo
2mm sinsin ϕϕ zaACh ==
mm/giro zaa z ⋅=
2mm Bhs ⋅=
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Denti di fresaturaDenti fresati o “denti di sega”
In numero ed angolo di affilatura variabili in funzione dell’esecuzioneEsecuzione N:
Materiali di durezza normaleMolti dentiAngoli α= 4-5° e γ=5-10°
Esecuzione D:Materiali molto duriPochi denti robustiAngoli α= 3-4° e γ=3-8°
Esecuzione N:Materiali teneriPochissimi dentiAngoli α= 6-8° e γ=15-25°
Denti spogliati o “a profilo costante”Nelle frese utilizzate per creare scanalature a profilo variabile e generatrice complessa.L’usura del dente non muta la funzionalità della fresa
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Fresatura periferica
Caratteristiche:L’asse di rotazione èparallelo alla superficie da lavorareIl moto di alimentazione può essere concorde o discorde con il senso di rotazione della fresa
Fresatura in opposizioneFresatura in concordanza
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Fresatura discorde
Il truciolo è una virgola con sezione variabile da zero in corrispondenza della circonferenza di contatto fino alla dimensione dell’avanzamento della fresaVi è un fenomeno di incrudimento con lo strisciamento della “virgola” all’inizio del contattoLa forza di taglio è scomponibile in due componenti:
Orizzontale che tende ad opporsi al moto di avanzamentoVerticale che tende a staccare la fresa dal piano di lavoro
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Fresatura concorde
Il truciolo è una “virgola” con sezione variabile dallo spessore maggiore dove il dente urta sulla superficie da asportare per un tratto pari all’avanzamento della fresa fino a zero in corrispondenza della circonferenza di contattoVi è un fenomeno di urto all’attacco del denteLa forza di taglio è sempre scomponibile in due componenti:
Orizzontale che favorisce il moto di avanzamento Verticale che tende a spingere la fresa verso il piano di lavoro
La componente orizzontale (concorde) rischia di creare il distacco dei denti dalla presa creando giochi
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Scelta della modalità di fresatura
La fresatura in concordanza è preferibile se si dispone di una macchina a recupero dei giochi che tendono a crearsi durante il processo in quanto:
Consente una minore usura dei taglientiEvita lo strisciamento dei denti e la dissipazione di energiaPermette una maggiore stabilità durante la lavorazione
Esistono tuttavia dei fenomeni di variabilità dello spessore del truciolo e dunque anche della forza di taglioTale variabilità può essere notevolmente ridotta mediante l’utilizzo di frese a denti elicoidali
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Fresatura a taglio frontale
Consente di asportare un truciolo con spessore poco variabile tra il punto ingresso e quello di uscita della fresaLa rugosità superficiale dipende degli angoli di profilo dei denti in combinazione con il valore di avanzamento della fresaLa forza di taglio è scomponibile in due componenti:
Parallela rispetto al moto di avanzamentoPerpendicolare rispetto al moto di avanzamento
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Fresatura a taglio frontale
È preferibile che la componente parallela al moto di avanzamento sia opposta a questo per evitare possibili distacchi dei denti in presaPer fare ciò si distinguono 2 casi:
Pezzo di larghezza inferiore alla fresa:Scegliere frese di diametro 1,3-1,7 volte la larghezza del pezzoAsse della fresa spostato rispetto all’asse del pezzo così da lasciare 0,1D in ingresso e 0,3D in uscita
Pezzo di larghezza superiore alla fresaOccorre necessariamente effettuare più passate con la condizione I < 3 L con I ed L indicati in figuraIn tal modo si hanno le stesse condizioni della fresatura periferica
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Movimenti di fresatura frontaleMoto di taglio:
Rotatorio e continuo, posseduto dall’utensileMisurato dalla velocità di taglio (v) in m/min
Moto di alimentazioneRettilineo/curvilineo continuo, posseduto dal pezzoMisurato dall’avanzamento (a) in mm/min o in mm/giro dente
Moto di appostamentoPosseduto dal pezzo o dall’utensile è necessario per regolare la profondità del materiale da asportare misurata dalla profondità di passata (p) in mm
Altri parametri di taglio fondamentali sono:il diametro della fresa (D)il numero di denti (z)
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Parametri di taglio derivati
Numero di giri da applicare alla fresa per ottenere la velocità di taglio desiderataVelocità di avanzamento dell’utensile
giri/min 1000D
vn⋅⋅
=π
mm/min nzanav za ⋅⋅=⋅=
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Parametri di taglio derivati
Spessore del truciolo
Avanzamento al giro
Sezione di truciolo
)(mm sinsin 2ϕϕ zaACh ==
(mm/giro) zaa z ⋅=
)(mm 2phs ⋅=
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Frese frontali
Taglienti disposti su una superficie cilindrica ed una piana perpendicolare all’asse della precedenteAsse di rotazione generalmente perpendicolare al piano da spianareTipi:
A manicotto per operazioni di spianaturaFrese a spianare con taglienti riportati in carburi sinterizzatiFrese a codolo con testa di diverse sagome per operazioni di scanalatura a generatrice anche complessa, sedi di chiavette, incisioni su stampi
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Denti di fresaturaDenti fresati o “denti di sega”
In numero ed angolo di affilatura variabili in funzione dell’esecuzioneEsecuzione N:
Materiali di durezza normaleMolti dentiAngoli α= 4-5° e γ=5-10°
Esecuzione D:Materiali molto duriPochi denti robustiAngoli α= 3-4° e γ=3-8°
Esecuzione N:Materiali teneriPochissimi dentiAngoli α= 6-8° e γ=15-25°
Denti spogliati o “a profilo costante”Nelle frese utilizzate per creare scanalature a profilo variabile e generatrice complessa.L’usura del dente non muta la funzionalità della fresa
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Frese a disco a tre tagli
Presentano taglienti sulla superficie cilindrica esterna e sulle due facce ad essa ortogonaliAsse di rotazione parallelo al piano di lavoroGeneralmente di elevato rapporto diametro/spessoreUtilizzate per realizzare scanalature rettilinee con alta produttivitàEsistono anche versioni registrabili con l’interposizione di anelli fresanti a spessore variabile
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Frese a disco
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Utensili per fresatura
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Altri tipi di frese
Frese per scanalature a “T”Consentono in passaggi successivi la realizzazione di una scanalatura a TPresentano un asse di rotazione perpendicolareSono dotate di taglienti su una superficie cilindrica e due superfici ortogonali
Frese ad angoloPresentano denti disposti su superfici coniche ed asse orizzontale per scanalature a “V”Hanno denti su superficie conica ed una superficie piana ad asse verticale per scanalature a coda di rondine
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Frese a angolo
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Frese per scanalature
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Altri tipi di frese
Frese con profilo costante:A denti spogliati per la realizzazione di scanalature particolari:
Profilo modulare per ruote dentateProfilo semicircolare concavoProfilo semicircolare convesso
Seghe circolari:Spessore minimo 0,4 mmSuperfici concave per non strisciare sulle superfici
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Frese per profili speciali
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Sega circolare
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Scelta dei parametri di fresatura
Velocità di taglio in m/min:v = π D n
1000ove
D è il diametro della fresa in mmn è la velocità angolare in giri/min
Nella finitura l’utilizzo di una velocità superiore porta a migliori caratteristiche di rugositàsuperficiale
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Scelta dei parametri di fresaturaAvanzamento in m/min:
Va = az n Zove
az è l’avanzamento per dente in mmZ è il numero dei denti della fresan è la velocità angolare della fresa in giri/minuto
L’avanzamento influenza quindi lo spessore del truciolo, le forze di taglio, la potenza e la finitura superficialeLa scelta dell’avanzamento e della velocità di taglio avviene fondamentalmente mediante la consultazione delle tabelle di riferimento fornite dal costruttore di utensili in funzione del materiale in lavorazione e dell’utensile prescelto
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Finitura del pezzo in fresatura frontale
Il grado di finitura del pezzo in fresatura frontale è influenzato:
Dall’avanzamento del dente azDal raggio di punta dell’inserto
Per migliorare la finitura spesso l’inserto presenta, in luogo del raggio di raccordo, due brevi tratti rettilinei uno dei quali quasi parallelo alla superficie del pezzo
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Finitura del pezzo in fresatura periferica
Il grado di finitura è influenzato anche qui:Dalla velocità di avanzamento della fresaDal raggio della fresa
Di fatto il moto del dente è una cicloide frutto di:
Un moto di rotazione della fresaUn moto di avanzamento del pezzo
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Fresatura discorde
Il singolo dente lavora in corrispondenza del raggio massimo di curvatura della cicloideLo spessore del truciolo è massimo in uscitaLa superficie è meno rugosa ma “opaca”per lo slittamento
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Fresatura concorde
Il singolo dente lavora in corrispondenza del raggio minimo della cicloideDunque l’altezza delle creste e dunque la rugosità del pezzo risulterà maggioreIn compenso non vi sono fenomeni iniziali di slittamento e dunque vi sarà minore usura di taglienti e minore potenza assorbita
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Forza di taglio
Le forze in gioco tra fresa e pezzo possono scomporsi in 3 componenti:
Componente tangenziale FtComponente radiale FrComponente assiale Fa
La componente principale risulta quella nella direzione della velocità di taglio, ovvero la Ft
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Forza e potenza di taglio
La valutazione della forza e della potenza di taglio, data la complessità del moto, non è semplice.Ai fini della determinazione del ciclo di lavorazione èperò necessario stimare, della forza e della potenza di taglio:
I valori massimi per l’individuazione delle caratteristiche della macchina idoneaI valori medi per una stima dei costi della lavorazione
A tale scopo è usuale riferirsi a formule di calcolo approssimate
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Fresatura periferica
Rp
Rp
RpR
⋅=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −−==
−==
⋅=
⋅=
211cos-1sen
OAOBcos
h e hsu ioniconsideraz alcune fare da sono
fresaturain materiale del larghezza la è B con variabiledunque e senahcon
dente singolo dal impegnata materiale di quota la èh ove
truciolodi sezione la Bhscon definita
22
medmax
z
ϕϕ
ϕ
φϕ
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(mm) 2
hmaxhmed
:ha si , di piccoli per valorih di lineare andamentoun supponendo oppure,
(mm) 2)cos1(1hmed
spessore dello medio valoreil
Dpaz2senazhmax
spessore dello massimo valoreil:edeterminar quindi può si
0
Dpaz
Dpazazdh
⋅==
⋅⋅⋅
=−⋅=⋅⋅=
⋅⋅=⋅=
∫ϕ
ϕϕ
ϕϕ
ϕ
ϕ
ϕ
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Forza di taglioCosì come già visto in tornitura si può esprimere la componente tangenziale della forza di taglio in funzione della pressione di taglio ks e dello spessore del truciolo s:
(N) DpakBhkF
:medio un valore definire utile è , variabileè valore talepoichè(N)
zsmmsmtm B
senBakskF zsst
⋅⋅⋅=⋅⋅=
⋅⋅⋅=⋅= ϕ
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Pressione di taglio media
La pressione di taglio media varia in funzione:
del tipo di materialedello spessore medio del truciolo
In particolare, si verifica sperimentalmente che la pressione di taglio aumenta al diminuire dello spessore del truciolo come dal grafico seguente
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Potenza media
La potenza di taglio media assorbita per il singolo dente vale allora:
0,8) (circa macchina della rendimento il tagliodi velocitàla v
:essendo
(kW) 1100060
η
η⋅
⋅⋅
=vFWm tm
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Casi specifici
Caso di 1 solo dente in presa:In tal caso la potenza massima, supponendo la Ftmpari a metà della forza massima, diventa:
Wmax=2.Wm
Caso di più dente in presa contemporaneamente:
In tal caso la potenza massima sarà pari alla potenza media assorbita da ciascun dente per il numero dei denti zc:
Wtot=Wm.zc
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zDpD
z
pDBCABAC
ppDpDDOBOAAB
⋅⋅⋅
==
⋅
⋅=+=
−⋅=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=−=
π
π
passoACz
:sarà AC, arcol' e corda lauguali assumendo ,z presain denti dei numero il cui, da
D da dato sarà passo il
fresa, della denti di numero il è z se
22
c
c
22
222
22
Considerando allora che:
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La forza tangenziale media totale sarà allora:
(N) 1000
Ft
:scrivere può si
(giri/min) D
v1000n
dente) (mm/giro, zn
va
che doconsideran
Tot
az
vpBvk
zDpD
BDpakzFtFt
asm
zsmcmTot
⋅⋅⋅
⋅=
⋅⋅
=
⋅=
⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅=⋅=
π
π
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Nell’espressione precedente sono state introdotte:
(kW) 1100060
vFtW
totalepotenza la edeterminar possibile è cui da
)(mm v1000pBvs
presain denti di numero al riferita totalemedia sezione la(mm/min) voavanzament di velocitàla
Tottot
2atot
a
η⋅
⋅⋅
=
⋅⋅⋅
=
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Fresatura frontale
Supponendo l’avanzamento per singolo dente molto piccolo rispetto al diametro della fresa si può ritenere che la traiettoria del dente sia assimilabile ad una circonferenza da cui la sezione s risulta essere:
S = h.p (mm2)Ove:
p è la profondità di passata in mmh è lo spessore del truciolo in mm misurato radialmente
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)(mm phs:sarà dente singoloper sezione la cui da
(mm) 2a h ha si
BB2B1 e D
B22-2cos e DB121cos
dato cui, da
1:diventa
1-2s dato che, media sezione una definire convienepresain dentipiù con fresatura unaper calcolo dei fini ai
esinusoidal leggecon varia truciolodel sezione la ovvero(mm)
2mm
zm
2
1
⋅=
⋅⋅
⋅=
=+⋅
=⋅
=
⋅⋅⋅=
=
⋅=
∫
sDB
dsenazh
senazh
sm
ϕ
ϕϕ
ϕϕϕ
ϕϕϕ
ϕ
ϕ
ϕ
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Forza di taglioFacendo sempre riferimento alla componente tangenziale ed alla pressione media di taglio ksm si ha per la forza media:
aumenta tagliodi pressione la di diminuire al che e verificarpuò si
senhhtaglio
il avviene cuisu lunghezza la influenza che oneregistrazidi angolodell' anche conto tieneche effettivo medio spessore
dello funzionein grafico dal deducibile media pressione lacon
mom
χχ⋅=
⋅= msmm skFt
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Potenza di taglio
La potenza media Wm assorbita dal singolo dente vale allora:
macchina della rendimento il è tagliodi velocitàla è v
1100060
η
ηove
vFW tmm ⋅
⋅⋅
=
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Dato che in fresatura frontale sono contemporaneamente in presa zc denti, si avrà:
fresadelladenti deitotalenumero il èzove
2 πϕ⋅⋅
=
⋅=
szz
conWzW
c
mctot
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