M. Monno, B. Previtali, M. Strano Tecnologia meccanica Le lavorazioni non convenzionali © 2013...

M. Monno, B. Previtali, M. StranoTecnologia meccanicaLe lavorazioni non convenzionali

© 2013 Monno, Previtali, Strano, Tecnologia meccanica. Le lavorazioni non convenzionali

Capitolo 1Introduzione alle lavorazioni

non convenzionali



Processi non convenzionali: utilizzano differenti meccanismi di rimozione del truciolo e differenti

forme di energia.1. Lavorazioni a Ultrasuoni

2. Lavorazioni Water Jet (WJ/AWJ)

3. Lavorazioni Chimiche

4. Lavorazioni Elettrochimiche (ECM)

5. Rettificatura Elettrochimica (ECG)

6. Elettroerosione a tuffo e a filo (EDM/WEDM)

7. Lavorazioni Laser (LBM)

8. Lavorazioni a Fascio Elettronico e a Fascio Ionico (EBM)

9. Lavorazioni Plasma (PAM)



Lavorazioni a Ultrasuoni• Frequenza vibrazione testa: 20 kHz• Ampiezza: 0.05 - 0.125 mm• Stress d’impatto notevole• Tempo e area di contatto tra

particelle e pezzo molto ridotto • Microfratturazioni localizzate ed

erosione della superficie

• Utensile in acciaio al carbonio

• Abrasivo: carburo di boro, allumina, carburo di silicio

• Trasduttore piezoelettrico o magnetostrittivo



Lavorazioni Water Jet e Abrasive Water Jet

• Getto coerente di acqua ad alta pressione (da 70 fino a 400 MPa)

• Con l’impiego di polveri abrasive può tagliare qualsiasi materiale

• Lavorazione a freddo• Forze di taglio molto basse



Impiegate nel taglio di diversi materiali, quali:• espansi, gomma, nylon, materie plastiche, fibra di vetro• prodotti alimentari• tessuti, pellami• acciaio, alluminio, titanio, leghe di nichel, ceramici,

vetro, lapidei





Tre tipi di getti:

Continui

Pulsanti

Cavitanti



Utilizzano reagenti chimici, quali soluzioni acide o alcaline, per attaccare localmente e dissolvere chimicamente il materiale.

La fresatura chimica è stata impiegata su una vasta gamma di metalli e fino a profondità di asportazione di 10-12 mm. Le zone del pezzo che non devono subire asportazione vengono protette mediante mascheratura della superficie o attraverso immersione parziale nel reagente.

Lavorazioni Chimiche



Tranciatura Fotochimica

Variante della fresatura chimica. Il materiale viene asportato da lamiere molto sottili mediante fotoincisione.

Permette di tranciare profili molto complessi, evitando la formazione di bave tipiche dei processi di tranciatura convenzionali.

Applicazioni: nella realizzazione di circuiti stampati, lamierini per gli impaccamenti statorici e rotorici di trasformatori e motori elettrici, nella produzione di molle piane di schermi per tubi catodici.

Ha costi bassi e il processo è facilmente automatizzabile.



Sono basate su un principio opposto a quello della elettrodeposizione galvanica.

Sono generalmente impiegate per la lavorazione di cavità di forma complessa in materiali di elevata tenacità e resistenza meccanica. Si ricorre a questo processo nell’industria aerospaziale per la produzione di palette per turbina, parti di motori a reazione, ugelli di forma complessa. Viene inoltre utilizzato per eseguire fori di diametro molto piccolo e nella produzione di stampi.

Le lavorazioni ECM danno luogo a superfici prive di bave.

Lavorazioni elettrochimiche



Le lavorazioni EDM (Electro-Discharge Machining) si basano sull’erosione dei metalli attraverso una successione di scariche elettriche.

Applicazioni: produzione di fori ciechi per componenti meccanici, fori profondi di piccolo diametro con filo di tungsteno come elettrodo, fessure strette e componenti dalle forme articolate e complesse, realizzazione di cavità a gradino e di cavità interne in sottosquadro mediante elettrodi rotanti.

Elettroerosione



Il processo EDM si applica a tutti i materiali conduttori. Il volume di materiale rimosso da ogni scarica (10-6 e 10-4 mm3) è inversamente proporzionale alla temperatura di fusione e al calore latente di fusione del materiale lavorato.

Gli elettrodi per EDM sono di solito in grafite, talvolta in bronzo, rame o in leghe di rame e tungsteno. Gli utensili vengono sagomati mediante forgiatura, fusione o asportazione di truciolo.

Elettroerosione



Variante della tecnologia EDM è il taglio mediante elettroerosione a filo (WEDM - Wire Electro Discharge Machining).

Un filo percorre molto lentamente il profilo programmato, mentre le scariche elettriche erodono progressivamente il materiale come i denti di una sega.

Con l’elettroerosione a filo si tagliano spessori fino a 500 mm e si realizzano punzoni, utensili e matrici di materiale duro.

Elettroerosione a filo



Nelle lavorazioni LBM (Laser-Beam Machining) la sorgente di energia è un laser (Light Amplification by Stimulated mission of Radiation) che focalizza l’energia di un fascio di luce coerente sulla superficie del pezzo in lavorazione. Tra le sorgenti attualmente più utilizzate si ricordano quelle a CO2 (lunghezza d’onda 10,6 m) e a Nd-YAG (lunghezza d’onda μ1,06 m) con rendimenti generalmente inferiori al 10%.μ

Lavorazioni laser



Lavorazioni laserL’elevata densità di energia del fascio laser porta alla fusione e all’evaporazione del materiale producendo un solco di taglio. Il laser viene utilizzato in operazioni di saldatura e nel trattamento termico delle superfici. Questo processo viene impiegato nel taglio di una vasta gamma di materiali metallici e non metallici e in microlavorazioni quali l’esecuzione di feritoie sottili, di fori di piccolo diametro. Interessanti applicazioni si hanno nel settore aeronautico (fori di raffreddamento nel primo stadio di turbina nei motori a reazione). Il taglio laser è ampiamente utilizzato nel taglio di lamiere di acciaio (fino a 6 mm di spessore) e nella realizzazione e nella saldatura di parti per l’industria automobilistica, elettronica, chimica.



Lavorazioni con fascio di elettroni o di ioni

La fonte di energia dell’EBM (Electron-Beam Machining) è costituita da un fascio di elettroni ad alta velocità che colpiscono la superficie del pezzo. Le applicazioni sono simili a quelle del laser ma in questo caso è necessario che, nella zona di lavorazione, venga fatto il vuoto.

In modo analogo si può utilizzare un fascio di ioni che, nell’IBM (Ion-Beam Machining), vengono accelerati da un campo magnetico e focalizzati sulla superficie da lavorare. Entrambi i processi possono essere impiegati nella saldatura oltre che nel taglio e trovano principale applicazione nell’industria elettronica e nucleare.



Utilizzano un gas ionizzato (plasma) come mezzo per trasferire energia termica da una sorgente di potenza elettrica alla superficie del materiale in lavorazione.

Si dividono in plasmi freddi e plasmi caldi.

Lavorazioni ad arco plasma



Applicazioni del plasma freddo:

quei processi termici che richiedono una trasformazione selettiva e limitata dei materiali (fusione selettiva, trattamenti termici, trasformazioni strutturali) e l’attivazione di reazioni e trasformazioni fisiche e chimiche.



Applicazioni del plasma caldo:

la saldatura, il thermal spray e il taglio di materiali metallici.

Il plasma caldo si ottiene realizzando una scarica ad arco in gas sottoposto a campi elettrici di varia frequenza. Il fascio di gas ionizzato ad altissima temperatura così ottenuto è in grado di rimuovere, fondere o modificare termicamente un materiale.

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