4 Asportazione Di Truciolo

5/24/2018 4 Asportazione Di Truciolo

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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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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


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3

Fluente, continuo

frammentato, indica che

nella zona di deformazione

primaria si avuta una

variazione della direzionedi deformazione

vibrazioni,irregolarit,

durata inferiore di utensile.

Segmentato tipico di materialiduri 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 lattrito nella zona dideformazione 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


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5

Truciolo continuo Truciolo segmentato Truciolo discontinuo

zona di deformazione plastica secondaria

zona di deformazione plastica primaria


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6

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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7

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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8

ANGOLI DI TAGLIO

angolo di spoglia frontale > 0, < 0, = 0angolo di spoglia dorsale > 0 angolo di taglio > 0

+ + = 90

g

+-

Utensile elementare


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9

E necessario trovare il piano sul quale si ha lo scorrimento.Un piano caratterizzato da un certonel quale lassia massimaE necessariamente maggiore della resistenza alla deformazione del materiale.La forza Fzche 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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10

Truciolo

Utensile

Piano di

scorrimento

Pezzo

Angolo di spoglia frontale

permette di ottenere la deformazione: s= cot + tan ( )

e poi (minimizzandos) = 45 +/ 2

s = AB/CO=(AO+OB)/CO

Modello di Pijspanen per la formazione del truciolo


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11

VfVtvelocit relativa utensile pezzo

velocit di taglio Vs

Vsvelocit relativa truciolo pezzo

velocit di scorrimento Vt

Vfvelocit relativa truciolo utensilevelocit di flusso

Vtx ho= Vfx hc Vt= Vfx rc Vs= Vf cos/ sin@

ed infine la velocit di deformaziones= Vt/ d cos / cos ( )

Con varie relazioni possibile determinare tali valori

.

.

Misurando d c.a. 1/10001/100 mmLa velocit di taglio 2m/sc.a. 10c.a. 40

Questa velocit di deformazione molto maggiore di quella utilizzatanella prova di trazione

s [ 102 - 106 s-1 ]


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12

Il truciolo in equilibrio sottolazione dellutensile e la reazionedel pezzo

Modello di Merchant


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13

Scomposizione della forza risultantesecondo il cerchio di Merchant

R = SQR ( Fz2 + Fx

2 )

Fz= R cos ( )

Fx = R sen ( )

Fs= R cos (+ ) = Fz cos Fx sen

Fn= R sen ( + ) = Fz sin + Fx cosT = R sen e N = R cos


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14

Sul piano di scorrimento

( )cos sinsins ss

s

RF F

S S S

+ = = =

( )sin sinsinn ns

s

RF F

S S S

+ = = =

( )

( )

( )

( )0cos cos

cos sin cos

s s

z

F hF

= =

+ +

( )0 1S h=


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15

derivando rispetto aed uguagliando a zero:

cio:

( ) ( )

( )2 2cos cos sin sin

0sin cos

zs

dFS

d

+ + = =

+

( ) ( ) ( )cos cos sin sin cos 0 + + = + + =


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16

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 las, secondo las=o+ ksha proposto la:

2+ =

la determinazione sperimentale di permetteun migliore accordo


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17

FORZA DI TAGLIO

Metodo dels(analitico)

( )

( )

cos 2

sin cosz sF S

=

( )( )

sin 2

sin cosx sF S

=

- difficile determinazione se - alcune ipotesi semplificative per ottenere soluzione

( )0 1S h=


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18

- 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 = hob = a psezione del truciolo indeformato

Fz= KsA(sperimentale)

Forze di lavorazione Metodo del Ks


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19

Relazione pressione (energia) specifica di taglio / spessore truciolo indeformato

Ks = Ksoh-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 0.666 [ daN/mm2 ]

log Ks

log ( Ao , ho )

Ks

Ao , ho


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20

La conoscenza della forza principale di tagliopermette inoltre attraverso relazioni empirichela determinazione delle altre forze di interessetecnologico, Fne Fa(normale e avanzamento)

Metodi e strumenti per la misura delle forze di taglio

trasduttorimagnetici

trasduttoricapacitivi

trasduttoriinduttivi

celle di carico

piezoelettriche

celle di caricoelastiche


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21

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 Ns / t = F NV )

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 NFt + Va NFa


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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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25

Durezza vs. temperatura


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26

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 X80WCo1818KUTF

Vt 80 m / min

Carburi sinterizzati WC (>90%), Co (legante,


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28

Produzione insertisinterizzati in WC


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29

Ricoprimenti multistrato


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30

Utilizzo insertisinterizzati

Porta-utensiliRompi-truciolo


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31

Tipi di bloccaggio


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32

Lavorabilit

attitudine del materiale ad essere lavoratoper asportazione di truciolo (truciolabilit?)

criteri per valutare la lavorabilit di un materiale

finitura superficialevita utensileforze e potenze

evacuazione 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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33

Dipende da varie caratteristiche

- del materiale - composizione chimica- lavorazioni / trattamenti deformazione plastica

subiti in precedenza incrudimentoricristallizzazionetrattamenti termici

- caratteristiche strutturali fasidimensioni dei grani

orientazione dei grani

- della tecnologia / lavorazione sgrossatura / finiturafresatura concorde / discordelubro-refrigerazione

- dellutensile materialeangoli di spogliarompitruciolo


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34

Acciai al piombo (particelle lubrificanti) Ghise fragiliallo zolfo (particelle infragilizzanti) truciolo cortoal calcio (particelle desossidanti) abrasivit cementite

al carbonio (vedi HB -> Ks)inox - tenacit (austenitici) Compositi sollecitazioni variabili

- abrasivit (martensitici) urti/usura/vibrazioni

Alluminio bassa HB Ottone truciolo corto

buona 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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35

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: - utensilepezzo- truciolo

R aumenta seu/maumenta

a bHSS 0.5 0.4WC 0.2 0.12

utensile

pezzo truciolo

QR

Q Q=

+

0

a b

tT V h

Temperatura di taglio


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36


37/160



37

Stima della temperatura

Analisi sperimentale

utensile pu: essere toccatoessere vistonon essere toccato n visto

I caso

mercuri

o

isolante contatto

elettrico

T l i M i


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38

II caso pirometro fresa

pezzo

macchinautensile

T l i M i


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39

III caso

pirometro

termocoppia



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40

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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41

si determinano le 2 grandezze adimensionali:

affinch le grandezze siano adimensionalila somma degli esponenti di tutte le dimensioni

devono essere = 0

( )

( )

1

2

, , , ,

, , , ,

a b c d

t s t s

e f g i

t 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 2

12 3 2 2

2

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 2

0 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 e

M b c d M f g i b ft a b c d t e f g i c g

T c d T g i d i

+ = + + = = =

+ + = + + = = = = = = =

+ = = = =



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42

Sperimentalmente si trova fra Q1e Q2una relazione empirica:

Q1= C0Q2n

per gli acciai :

C0= 0.4

n = 0.3 (0.5)

Log Q1

Log Q2quindi (per n = 0.3):

!= CoKs Vt 0.6 A0.3 /0.6 (C)0.4

1s

TQ

K

C

=

( )

2

2 2

2

tV AQ

C

=quindi:



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43

Formazione del tagliente di riportoBuilt Up Edge (BUE)

Truciolo

Tagliente

di riporto

Pezzo

Deposito

Utensile

Deposito



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44

Riduzione del tagliente di riporto:

+ velocit di taglio

Aumento dellatemperaturaallinterfaccia

Miglioramento delle

condizione di attrito

- velocit di taglio

+ temperuta ambiente

+ angolo di spoglia frontale

+ lubrificazione



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g

45

deformazioni plastiche rottura fragile usura progressiva

modifica forma utensile improvvisa progressivaangoli di tagliodimensioni

Meccanismi di fuori servizio utensile



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g

46

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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Asportazione di truciolo 47

Tagliente di riportoRotturaScheggiatura

Criccatura da fatica

meccanica

Microfessurazione

termica

Intaglio sul tagliente

secondarioDeformazione 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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A

BC

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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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]

Vb[mm]

Utensile WC non rivestito

Materiale: Al6061 con 10% Al2

O3



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volumecratere

tempo di

contatto

Vt

adesione, tagliente di riportodiffusione, reazioni chimiche

velocit

di

craterizzazione

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 empiricamente

con ripetute prove, con diversi materiali,diversi angoli, diverse condizioni di taglio

Vtx 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 utensile

rapporto di forma del truciolotipo di lavorazionemateriale in lavorazione

la Vtalla quale lutensile dura 1 minuto

Vtx Dun = C

ln Du

ln Vt

#

1arctan

n# =

matematicamente graficamente

1 1ln ln lnu tD V C

n n= +



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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 HSS

0.21 WC

NB: y < x e x - y = 0.2

mn VB

t u x y

c VBV D

h b

=



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Relazione di Kronemberg

A = b * h

G = 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

60

5

q

u VBt g

f

D cV

GA

$ %=& '

( ) $ %& '( )



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cosa ottimizziamo? tempo di produzione tp

costo 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 R a= k f

2 / 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 corse corsa

t

l ct n tb V

= =

t t

c

t

V l c d Z b V d A V

l ctb V

= = = =



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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 1cu cup

u u

t tV V Vt t t

Z Z D Z D

$ %= + + = + +& '

( )

0 0 0

0

1' 1

cup m p cu m m m cu

u u u

utm cu

m u

tV V V V c c c t c c c t c c c

Z D Z Z D Z D

cVc c t

Z c D

= + + = + + + + =

* +$ %= + + +, -& '

, -( ). /

R = ricavi( )

Pr p

p

c

t

=



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Ricordando che Z = A * Vt

si ottiene

ovvero

1

10 2

n

nt

t

kF k k V

V

= + +

1

10 3

1 ntt

kF k k VV

$ %= + +& '( )

con tp cp

k0 to co+ cmtok1 V/A cmV/Ak2 tcuV/(A*C

1/n) cm (tcu+ cut/ cm) V/(A*C1/n)

k3 k2/ k1n esponente della TaylorC costante della Taylor

A sezione del trucioloV volume da asportare

cp= f ( Vt)

tp= f ( Vt)

cio

un termine costanteAmbedue le funzioni hanno un termine crescente con Vt

un termine decrescente con Vt



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graficamente

Costo o Tempo (passivi)

Costo o Tempo (lavorazione)

Costo o Tempo (utensili)

Vt

CostoTempo Costo o Tempo (totale)



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Ricerca dei minimi

Funzione

Derivata prima

Derivata seconda

Velocit ottima

Durata alla velocit ottima

1

10 31

nt

t

kk k V

V

$ %= + +& '

( )

( )1

1 3

2

1 nt

t t

k n n k V

FV nV

* ++ +, -

0 . /=0

( ) 31

n

ottima

nV

n k

* +=, -

, -. /

( )( )1

2

1 32

2 2 3

2 1 1 2 nt

t t

k n n n k V F

V n V

* ++ + +, -

0 . /=0

1

3

1n

uottima

nD k C

n

* += , -. /

2

1

2 3 1 0 2

1

nn n

n

>



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Tempo Costo

Velocit ottima

Durata alla velocit ottima

>

0

3= 0 , > 0



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FORZE DI TAGLIO

Ft : Fr : Ff

1 : 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

Fa

0 kN

Angolo di registrazione +

Componentidellafo

rzaditaglio



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A = h x b

h = a x sin3b = p / sin3

A = a x p

Individuazione della sezione del truciolo

p

a

A = sezione del trucioloh = spessore del truciolob = larghezza del trucioloa = avanzamento per giro

p = profondit di passata3= angolo di registrazione del tagliente principale5+5 = angolo dellutensile robustezza dellutensile

3

3

5

5



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Ft = KsA = Ksa p = Ksoh-z a p

P =6 FiVi= FtVt+ FaVa+ FrVr

Forza di taglio e potenza di lavorazione

Ks= pressione di taglio

Kso= pressione specifica di taglio

Vt= r7= r 2n / 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


P


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P = Ftd n / 60 /1000 + Faa n / 60 / 1000 =

= n Ft( d + a ) / 60 / 1000

essendo Fa = Ft

con [ 1/4 - 1/5 ] Z3d > alcuni mma < 1 mm

e quindi, essendo > e d > a

in conclusione P = FtVt= Ftp d n = Ksa p d n / 60 / 1000

si ha che d >> a

e quindi si pu trascurare la Pa


T di l i


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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


R it ll i i di t it


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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 (vt8, Ra9)- angolo g (g8, Ra9)- raggio di raccordo fra i taglienti (r8, Ra9)

- profondit di passata (p9, Ra9)- avanzamento (f 9, Ra9)- usura utensile


Rugosit teorica


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I caso: taglienti non raccordati

a

p Rt

3 3

Linea dicompenso

Va

3 :

:3

a

a/2

A C

B

H

H

D

D

Ra= 1 / L; ydx = 1 / a (AHH + ABC + CDD) = 1 / a ( 2 a/2 :/2) = :/2

L

0

Rt= 4 Ra (valida per profili simmetrici e lineari)e


Determinare: : : ( a )


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B

AC

:

P

33

a1 a2

a / 2

a / 2 = a1+ a2

Determinare: :=: ( a,31,32 )

: = a 1tan 3 = a2 tan3

a1= : tan3

a2= : tan3

a / 2 = : ( 1/tan3 + 1/tan3 )

Ra=: /2 = a/4 / ( 1/tan3 + 1/tan3 )

:= a/2 / ( 1/tan3 + 1/tan3 )

33a

Ra aumenta

( ruotare lutensile vuol dire far variare in senso opposto 3 e3 e quindi le tangenti )


2 caso: taglienti raccordati:


92/160


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)


Sequenza delle operazionilt d i t i


93/160


Sequenza delle operazionie scelta dei parametri

grezzo finito

-- fonderia

grezzo da

-- semilavorato da deformazione plastica


Quanto deve essere asportato : la differenza fra quota del grezzo e quota del finito


94/160


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


Come deve essere asportato : il pi velocemente possibile


95/160


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 costo

usurando gli utensili il meno posssibile

Compatibilmente con i vincoli vuol dire ..

?


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


96/160


elevate 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


Tolleranze materiale idealmente asportato


97/160


Caso ideale: no forzeno deformazionirigidezza infinita

Caso reale: forzedeformazionielasticit

F

p

va

vr

materiale realmente asportato



98/160


caso ideale

caso reale

mandrino autocentrante

caso realepunta e contropunta


Soluzione: ridurre le forze ridurre la sezione del truciolo ridurre p e a


99/160


p

Riduzione di p: aumenta il numero di passate

Riduzione di a: aumenta il tempo della singola passata

Metodo del Ks


Finiture


100/160


Relazione di Schmalzl

Aumentare raggio dellutensile aumenta ingombro dellutensile

Diminuire lavanzamento aumenta il tempo della passata


Forze

M t d d l K


101/160


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


Potenze

P = F V = K A V = K a p V


102/160


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)o

ridurre la velocit

P = F Vt = Ks A Vt= Ks a p Vt


Ottimizzazione non vincolata ad un parametro esiste sicuramente almeno una soluzione


103/160


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


Fresatura


104/160


Moto di taglio utensile rotatorio

Moto di avanzamento pezzo linearerettilineo o meno

Moto di registrazione pezzo lineare

discontinuo

Moto di lavoro cicloidale

Periferica asse fresa // superficie lavorata

Frontale ^


Struttura fresatrici


105/160


orizzontale verticale per attrezzisti


spianaturataglio ruote dentate

Lavorazioni possibili


106/160


taglio ruote dentate


esecuzione caveesecuzione scanalature


107/160




108/160


fresatura di superfici complesse

contornatura

interna

esterna


avanzamento della fresa: f [mm/giro]

Avanzamento per dente: fz [mm/giro]


109/160


da

Avanzamento per dente: fz [mm/giro]

velocit di avanzamento: Vf= f n [mm/s]

Numero di denti: z



110/160


fresatura in discordanza

up milling

fresatura in concordanza

down milling


i i di id l

Sezione del truciolo


111/160


necessario individuare la

traiettoria del dente:

il moto relativo, somma del moto di avanzamentocon il moto di taglio dato dal rotolamento senza

strisciamento 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


Con alcune ipotesi semplificative:- trascuriamo centro di istantanea rotazione

l d


112/160


- un solo dente in presa

- denti dritti

lo spessore del truciolo vale:

lo spessore medio:

lo spessore massimo:

( da semplificare se dr


113/160


Ft

t> - t> 2

vibrazioniurtiusura utensile

avere almeno 3denti in presa

t

1

2 3

fz

fz

fz

dr


Potenza di lavorazione

F K A D D D


114/160


(per un dente in presa)

Paviene trascurata

,t sF K A# #=

,

2

t s

DM K A# #=

2 2 2t s s medio s a med

D D DM K A K A K z d h##= ? = @

2

t s a med M K d h DP 7 7

A A

= =

2 r zmedd f

hD=

=

0 2

z

= =

== =

2 n7 =

s a r fs a r zt

K d d VK d d z f nPA A

= =


Confronto up milling vs down milling


115/160


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


Rugosit teoricaper simmetria

2

zcx =


116/160


fz x

y

c

viene soddisfatta per

ma per piccoli angoli

allora:

dobbiamo trovare lascissae lordinata del punto c

2

( )sin2

c f c

fR t V t7 + =

( )sin c ct t7 7 ?

2 2c

f t f

f

tV V V7

= = + +

2 2 2

2 2

z z z

c

zz

f f f

t R z f nR z f R z

7 7

7 777

= = = + + +


Lordinata y la rugosit massima (altezza picco valle)


117/160


+ discordanza- concordanza

NB: la rugosit reale 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 z fR z

7 7 7

7 7

* +* +* += = ? ?. / , -. / . /

$ %* +$ % & ', -& '? = = =& '& ', - & '+ ( ). /

( )

( )

2 2 22

max max22 82

zse R z fz zf fR

R RR z f

= CC C C CD =


Fresatura frontale

traiettoria dente spessore del truciolo


118/160


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

#

= =

#= =

# #

# # #= =

= = = =

= =

= ? =

= = =

* += = +

. /

; ;

1 2sin sin 22 2

r zmed

d fD Dse dr h

D= =

=+ = =

dr-2

.

-1

H

HC

A A

B B

O


Geometria delle frese frontali


119/160


materiali duritagliente robustopeggiore evacuazione truciolo

materiali duttili tagliente robustoevacuazione truciolo


Finitura superficiale Segni di lavorazione


120/160


Angolo di registrazione Inserto raschiante

inclinazione asse fresa



121/160


eccentricit

diametro troppo piccolo


Foratura


122/160



Moto di avanzamento utensile rettilineo

Moto di registrazione utensilepezzo

Moto di lavoro elicoidale

lavorazioni


Struttura trapani


123/160


da banco, sensitivo a colonna radiale


Punta elicoidale


124/160


Struttura della punta:

codolo, testa, corpo

Grandezze caratteristiche:

angolo fra i taglienti

quadretto

faccette di affilatura


Refrigerata ad inserti a gradini doppia da centri svasatore svasatore conico bareno

Altri utensili per foratura


125/160


g g pp


Angoli di spoglia reali


126/160


Vt

Vreale

-

'

'

Vf


P1

Forze di taglio


127/160


componenti resistenza allavanzamentodella forza P3

di taglio P2 coppia di taglio

sezione del truciolo s = a/2 D/2

empiricamente P2= 2 P1

P3

2

2

2

2 2 2 2 8

2 1 1[ ]

60 8 1000

st s

t s

KD a D DM P K a D

W M a D K n W

7

= = =

= =


Alesatura

Calibratura di un foro precedentemente eseguito mediante foratura


128/160


Utensile monotagliente o pluritagliente


Struttura delle macchine


129/160



Maschiatura


130/160


Utensile pluritagliente

Tagliente interrotto da 3 o 4 canalidi forma e sezioni tali da avere unaadeguata spoglia frontale


Lavorazioni per moto di taglio rettilineo: brocciatura

Utensile multitagliente gradualmente diversificato per ottenere diverse lavorazioni con ununica operazione


131/160


Brocciatura interna

Brocciatura di superficie

Utensile multitagliente gradualmente diversificato per ottenere diverse lavorazioni con un unica operazione

lavorazione:Utensile: prodotto:


Geometria dei taglienti:


132/160


Geometria dei taglienti:

Meccanica di formazione del truciolo:


Brocciatrice verticale


133/160


Struttura degli utensili


StozzatriceStozzatura

Utensile monotagliente


134/160


Moto alternativo conferito allutensile

Tipicamente utilizzata per lesecuzione di:

Linguette

ChiavetteCave

anche interne

Utensile HSS

velocit di taglio ~ 10 m/min


Operazioni obsolete:Limatura

Piallatura


135/160


Vecchia piallatrice


Segagione

Utensile multitagliente


136/160


Operazioni tipiche:

Moto di taglio continuo

Utensile flessibile


Taglio delle ruote dentate

Con fresa di forma Con utensile a forma di ruota dentata


137/160


Diverse forme dellutensilea seconda di:

diametronumero di dentimodulo

Diversi utensilisolo in dipendenzadel modulo


Riproduce la cinematica del moto diaccoppiamento tra profili ad evolvente

Moto di avanzamento: combinazione tra le

rotazioni dellutensile e della ruota inlavorazione con lavvicinamento degli assi

Moto di taglio: alternativo dellutensile


138/160


Coltello dentiera

Moto di taglio: alternativo dell utensile


Creatore Utensile pluritagliente

Taglio interrotto Cinematica


139/160


Permette la costruzione di ruote dentate cilindriche

a denti elicoidali con e senza inclinazione


Ruote coniche Utensile pluritagliente

Mediante frese di forma con avanzamentodiscontinuo per denti dritti

Mediante utensile e avanzamento continuo(ingranamento) per denti inclinati


140/160


d sco t uo pe de t d tt ( g ) p


Finitura delle ruote dentate


141/160


Mole di forma



Lavorazioni per abrasione (rettifica)


142/160


Moto di avanzamento utensile / pezzo rettilineocurvilineoMoto di registrazione utensile

Moto di lavoro (cicloidale) rettilineo



143/160


rettificatrice

universale


Tipiche forme delle mole


144/160


Montaggio mole


codifica Norton

abrasivo - alundum Al2O3- carborundum SiC- borazon NB nitruro

Caratteristiche delle mole


145/160


di boro cubico

- diamante

legante - vetrosi (forti, rigidibuona finitura)

argillesilicatifeldspati

- elastici (gomma)alta velocit efinitura

- resinosi (bachelite)

- metalliciper diamante


Esempio di codifica Norton


146/160



Struttura delle mole: porosit per - maggiore raffreddamento- superficie di contatto estesa

aperta chiusa - materiali teneri a truciolo lungo


147/160

Asportazione di truciolo147

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)


Altre caratteristiche


148/160


- 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


Meccanica della rettifica


149/160


Formazione del truciolo


Potenza = Ftvt

M R R x K = [mm3/s] [ N/mm2 mm/mm]


150/160


M R R x K s = [mm3/s] [ N/mm2 mm/mm]

= dadrvaKs

-> Ft= KsA va/ vt

Sezione del truciolob = k1h

Volume del singolo truciolo

Vc= 1/3 1/2 b h ls


Lunghezza acro di contatto

Numero di trucioli

s rl AB d D= =


151/160


k2= numero di grani attivi

Volume totale asportato

va vt dr comportamento tenero

2c t ak V d=

21 2

2

3

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 MR MRR d d V

V dV d Vs k d

V Vk k d D V k k D

= = = =

= = =


Diverso modo di utilizzare lenergia/nuove forme di energia:

Lavorazioni non convenzionali


152/160


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




153/160



va tolleranza Ra stato superficiale[mm3/min] [mm] m

Confronto tra varie tecnologie


154/160


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



Fresatura elettro-chimica


155/160



Elettro-erosione


156/160



Elettro-erosione a filo


157/160



Laser


158/160



Fascio elettronico


159/160



Water-Jet


160/160


4 Asportazione Di Truciolo

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