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LIUC - Ingegneria Gestionale 1

Corso di Tecnologia Meccanica

Modulo 4.1Lavorazioni per asportazione di truciolo


Il principio del taglio dei metalli


L’asportazione di truciolo

Le operazioni di asportazione di truciolo sono utilizzate per lavorare a freddo grezzi di fonderia e semilavorati di varia provenienza (fucinatura, profilati, estrusi, …)Vengono utilizzate allo scopo delle macchine utensili, dal nome dell’attrezzo utilizzato nella lavorazione (utensile)


Metodo di analisi e studio

Campo di utilizzo della lavorazioneCaratteristiche dell’operazioneParametri di taglio da utilizzareMacchine ed utensiliDeterminazione della forza e della potenza di taglio


Campo utilizzo

Al fine di saper individuare, di fronte ad un risultato da ottenere, quale operazione realizzare e quale è più confacente allo scopo in termini di:

Qualità del risultato finaleTempi di preparazione e lavorazioneCosto della lavorazione e dunque del pezzo

Diventa importante anche saper individuare possibilità alternative in caso di carenza di mezzi a disposizione


Caratteristiche dell’operazione

È indispensabile conoscere le condizioni di lavorazione in termini di:

Moti caratteristici:Del pezzoDell’utensile

Modalità di creazione del trucioloDiverse possibilità di impostazioneVantaggi/svantaggi


Parametri di taglio

Sono deducibili da apposite tabelle in funzione del materiale, del tipo di lavorazione, del livello qualitativo, della macchina utensile utilizzata…..:

Velocità di taglioVelocità di avanzamentoProfondità di passataVelocità di appostamento…..


Macchine ed utensili

MacchineCaratteristiche tecnicheComponentiStato dell’arteCostruttoriVarianti CN…..

UtensiliClassificazioneTipiTabelle di riferimentoCostruttori Angoli caratteristiciTaglientiUsura…….


Macchine utensiliMacchine utensili

Moto di taglio rotatorioMoto di taglio rotatorio Moto di taglio alternativoMoto di taglio alternativo

torniotornio

trapanotrapano

fresatricefresatrice

alesatricealesatrice

rettificatricerettificatrice

piallatricepiallatrice

limatricelimatrice

stozzatricestozzatrice

brocciatricebrocciatrice

segatricesegatrice


Forza e potenza di taglio

Condizioni di taglio miglioriGeometria dell’utensile più idoneaVerifica della compatibilità della potenza con la macchina disponibileValutazione della deformazione del pezzo e dunque gli errori dimensionaliConoscere le sollecitazioni cui la amacchina èsottopostaScegliere la macchina più idonea


Tornitura


Tornitura

La tornitura ha lo scopo di ottenere:superfici di rivoluzione esterne ed internefilettature esterne ed internesuperfici piane (dette di “sfacciatura”)superfici zigrinate

È un’operazione economica realizzata su una macchina semplice denominata tornio, oggi ampiamente diffuso in versione CN


Moti di tornituraMoto di taglio

Rotatorio continuo del pezzoMisurato con la velocità di taglio v in m/min

Moto di alimentazioneRettilineo o curvilineo dell’utensile, in un piano passante per l’asse di tornitura è la combinazione di due moti, parallelo e perpendicolare rispetto all’asse di tornituraMisurato con l’avanzamento a in mm/giro

Moto di appostamentoRettilineo dell’utensileMisurato con la profondità di passata p in mm

Moto di lavoroElicoidale risultante dal moto di taglio e di alimentazione


Tornitura cilindrica esterna

Utensile con moto di alimentazione parallelo all’asse di tornituraVelocità di taglio:

v = (πD · n)/1000 (m/min)

D = diametro della superficie lavorata (mm)n = velocità angolare del pezzo (giri/min)


Tornitura piana esterna (“sfacciatura”)

Permette di ottenere superfici piane perpendicolari all’asse di tornitura con un moto dell’utensile perpendicolare a tale asseAffinché la qualità della finitura superficiale rimanga la stessa in ogni punto è necessario che la velocità di taglio rimanga costanteCiò e possibile solo sui moderni torni a CNE possibile “sfacciare” anche superfici non circolari in tal caso occorre scegliere un tagliente molto duro a causa degli urti dovuti al taglio interrotto


Tornitura interna

È realizzata sfruttando dei fori gia presenti nel greggio in lavorazioneLa scelta del profilo di rivoluzione è connesso all’uso di macchine CN e di inserti taglienti con angoli opportuniLo stelo dell’utensile deve essere scelto opportunamente per il suo ingombro e la sufficiente rigidezza specie per cavità con basso rapporto diametro/lunghezza


Filettature interne ed esterneAl fine di procedere con le filettature è necessario prevedere un moto di alimentazione parallelo all’asse di tornitura,ed avanzamento pari al passo della filettaturaLa profondità di passata dipende dalla profondità del filetto e dalla possibilità di realizzarlo in una o piùpassateSono al momento disponibili inserti a carburi sinterizzati in grado di eseguire nella stessa passata la filettatura e la finitura delle creste dei filettiIn taluni casi non è più necessario provvedere prima alla tornitura cilindrica e anche per quanto riguarda la lucidatura fine è possibile farne a meno


Esecuzione di gole e troncature

Per l’esecuzione di gole di vario genere (sede di seeger, o-ring, etc,,,,) è necessario procedere con moto di appostamento e posizionare l’utensile longitudinalmente alla posizione della golaSi procede dunque con utensili di sagoma opportuna e con moto radiale alla realizzazione della golaIl moto dell’utensile fino all’asse di tornitura comporta la troncatura completa della barraPer operazioni di troncatura la larghezza maxdell’utensile deve essere tra 3 e 6 mm


Allargamento di fori e zigrinatura

L’allargamento di fori può avvenire in direzione parallela all’asse di tornitura in coincidenza di fori già esistenti con avanzamento longitudinale all’asse stessoLa zigrinatura è ottenibile per deformazione plastica a freddo mediante l’applicazione di un doppio rullo con zigrinatura inclinata in senso opposto premuto contro la superficie


Tornitura esterna di superfici di forma complessa

Combinando opportunamente i moti di avanzamento parallelo e perpendicolare all’asse di tornitura è possibile ottenere profili di rivoluzione di profilo complesso e comunque inclinato rispetto all’asse di tornituraTale possibilità risulta molto connessa all’uso di torni CN ed alla scelta di opportuni angoli di lavoro degli inserti taglienti


Parametri di taglioOccorre considerare i tre elementi chiave che caratterizzano il funzionamento delle macchine utensiliIn ogni caso i costruttori forniscono tavole di riferimento che riportano i valori più comuni di:

Velocità di taglio (v) che deve essere ridotta del 50% in caso di filettature, creazione di gole e troncatureAvanzamento (a) che, nel caso di gole e troncature, deve essere compreso tra 0,05 e 0,15 mm/giroProfondità di passata (p) che deve essere:

Tra 1 e 10 mm nel caso di operazioni di sgrossaturaTra 0,1 e 1 mm nel caso di operazioni di finitura

La scelta dei parametri dipende anche dalle condizioni di bloccaggio del pezzo sulla macchina


Parametri di taglio derivati

Numero di giri da applicare al pezzo per ottenere la velocità di taglio desiderataVelocità di avanzamento dell’utensileSezione di truciolo

giri/min 1000D

vn⋅⋅

=π

mm/min nava ⋅=

2mm pas ⋅=


Utensili

Parti caratteristiche:Stelo: parte di fissaggio alla macchinaTesta: parte che porta i taglienti fissi o riportatiSuperficie di appoggio: parte inferiore dello steloPetto: superficie attiva su cui scorre il trucioloFianchi: superfici adiacenti al petto (fianco principale e fianco secondario)Taglienti: spigoli di intersezione del petto con i fianchi (tagliente principale e tagliente secondarioPunta: intersezione di due taglienti


Tipi di taglienteCon placchetta saldata: quando la placchetta è tutt’uno con lo steloCon inserto fissato meccanicamente: quando la placchetta è intercambiabile e fissata sullo stelo con una viteA taglio destro o sinistro: a seconda di come si presenta rispetto all’osservatoreA taglio frontale: quando il tagliente principale èperpendicolare all’asse dello steloSimmetrico: quando il tagliente principale può essere indifferentemente quello di destra o di sinistra…….


Tipi di inserti


Angoli caratteristici

Sistema di riferimento:Piano parallelo alla superficie di appoggioRetta parallela all’asse dello stelo passante per la punta

Angoli:Del tagliente principale (Ψ): formato dalla proiezione del tagliente principale sul piano di riferimento con la retta di riferimentoDel tagliente secondario (Ψs) : formato dalla proiezione del tagliente secondario sul piano di riferimento con la retta di riferimentoDi punta (ε): formato dalle proiezioni dei taglienti sul piano di riferimento


Sistema di riferimento


Altri angoli caratteristici

Di inclinazione: formato dal tagliente con il piano di riferimento (λ)Angolo di spoglia superiore del tagliente principale (γ)Angolo di spoglia inferiore del tagliente principale (α)Angolo di taglio (β)Vale la relazione: α + β + γ = 90°


Angolidell’utensile


Altri angoli

Angolo di spoglia inferiore del tagliente secondario (αs)Si possono poi definire, in funzione della posizione dell’utensile rispetto al pezzo

Angolo di registrazione del tagliente principale (ҳ)Angolo di registrazione del tagliente secondario (ҳs)


Influenza degli angoli sul taglio

L’angolo del tagliente principale definisce la sezione del truciolo.

Varia tra 30° e 45°Tanto più è grande tanto maggiore è la durata dell’utensileLo spessore del truciolo non deve essere troppo basso per evitare difficoltà di incuneamento e dunque strisciamento


Angolo del tagliente principale



L’angolo del tagliente secondario influenza la rugosità del pezzo.

Deve essere inferiore a 90° per non strisciare sulla superficie già lavorataTanto più è grande tanto minore è la rugositàdella superficie del pezzoInfluenza altresì la sezione del truciolo


Angolo del tagliente secondario



L’angolo di spoglia inferiore del tagliente principale deve ridurre al minimo lo strisciamento del fianco principale con la superficie lavorata a causa del ritorno elastico di quest’ultima.

Tanto più è grande tanto minore è lo strisciamento sul pezzoTanto più è grande tanto minore è la sezione resistente dell’utensile



L’angolo di spoglia superiore del tagliente principale determina la deformazione plastica di scorrimento del truciolo.

Tanto più è grande tanto minore è la forza necessaria per il taglio in quanto minore è la pressione truciolo-utensile:

Minore è la sollecitazione di attritoMinore è la temperatura sull’interfaccia truciolo-pezzo

Tanto più è grande tanto minore è la sezione resistente dell’utensile. In taluni casi può essere utile la presenza di uno smusso



L’angolo di inclinazione si comporta come l’angolo di spoglia superiore del tagliente principale in quanto ha influenza:

Sulla direzione dello sforzo di taglio e di direzione del truciolo. Valori positivi comportano l’allontanamento del truciolo dalla superficie lavorata evitando:

Potenziale danneggiamento della superficie stessa o dell’utensilePericolo per l’operatoreProblemi nell’evacuazione del truciolo

Sulla sezione resistente dell’utensile


Influenza del raggio di punta

Il raggio di punta tra i taglienti è essenziale al fine di:

Eliminare un pericoloso spigolo vivoDare robustezza all’utensileRidurre la rugosità del pezzo lavorato

Non deve essere troppo elevato per la possibile difficoltà di incuneamentodell’utensile nel pezzo


Utensili con inserto

Gli inserti possono essere di forme disparate e consentono una rapida sostituzione in caso di usura salvaguardando il resto dell’utensilePresentano un rompitruciolo necessario specie per materiali tenaci Esistono diversi tipi di bloccaggio (a staffa, a cuneo, a leva, …)


Designazione degli inserti

Gli inserti vengono designati in base alla codifica UNI-ISO 1832 composta da 9 simboli +1

4 lettere a definire: forma, angolo di spoglia inferiore, tolleranze dimensionali, tipo2 cifre a definire la lunghezza e lo spessore del tagliente1 cifra/lettera a definire la punta dell’inserto1/2 lettere ad indicare il tipo di tagliente ed il verso di taglio


ISO 1832


Tornituraesterna


Torniturainterna


Utensili per tornitura esterna


Utensili per tornitura interna


Forza di taglioComponenti della forza:

Nella direzione della velocità di taglio (F1)Nella direzione della velocità di avanzamento (F2)Nella direzione perpendicolare al piano individuato dalle due precedenti (F3)

Si può verificare facilmente che l’unica componente significativa ai fini dell’individuazione della potenza necessaria è la componente F1: assumeremo dunque che F=F1Si definisce per comodità: F = Ks

.sOve:

la grandezza Ks è definita pressione di taglios è la sezione di truciolo


Pressione di taglio

La pressione di taglio ks così come definita èinfluenzata da più fattori quali:

La sezione del truciolo s. In particolare ks diminuisce all’aumentare della sezione s secondo la relazione:

elavorazionin materiale dal dipende che lesperimenta un valore è w truciolodi unitaria sezioneper tagliodi specifica pressione la èk

)(N/mm 2

ove

kksws =


Pressione specifica di taglio


Pressione di taglioL’angolo di spoglia superiore dell’utensile. In particolare ks diminuisce all’aumentare dell’angolo di spoglia superiore


Pressione di taglio

La profondità di passata p e l’avanzamento a. In particolare ks aumenta al diminuire della profondità di passata (p) e dell’avanzamento (a):

1y0,17x

acciai gliper ,

==

⋅=

ove

kkpa

yxs


Pressione di taglioLa velocità di taglio v e l’impiego di un fluido da taglio. In particolare al diminuire di v la pressione di taglio aumenta per via del formarsi del tagliente di riporto. L’uso di un fluido da taglio può ridurre sensibilmente la pressione di taglioL’angolo del tagliente principale che può modificare indirettamente la sezione s del truciolo


Pressione di taglioLa pressione di taglio ks così come definita è influenzata da più fattori quali:

L’angolo di spoglia superiore dell’utensile. In particolare ksdiminuisce all’aumentare dell’angolo di spoglia superioreLa profondità di passata p e l’avanzamento a. In particolare ksaumenta al diminuire della profondità di passata p e dell’avanzamento aLa velocità di taglio v e l’impiego di un fluido da taglio. In particolare al diminuire di v la pressione di taglio aumenta per via del formarsi del tagliente di riporto. L’uso di un fluido da taglio può ridurre sensibilmente la pressione di taglioL’angolo del tagliente principale che può modificare indirettamente la sezione s del truciolo


Potenza di taglio

Nota la pressione di taglio e la sezione del truciolo èpossibile calcolare la forza di taglio F e dunque la potenza di taglio secondo la relazione:

kWh 60

a pari richiesta,energial' ha si elavorazion di tempoil t detto

cui, da macchina della rendimento il è ove

utensile macchina della potenza la cui da

kWin 100060

intWE

WW

vFW

m

m

⋅=

=

⋅⋅

=

ηη

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