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LIUC - Ingegneria Gestionale 1

Corso di Tecnologia Meccanica

Modulo 6.1Ciclo di lavorazione


Il ciclo di lavoro


Finitura

Bonifica, tempra..

Lavorazioni di semifinitura

Distensione mediante ricottura intermedia

Lavorazioni di sgrossatura

Preparazione del pezzo (sabbiatura, tracciatura, troncatura)


Gli utensili


Caratteristiche dei materiali per utensili

Durezza a caldo: per resistere alle alte temperature raggiunte a causa di:

Deformazione del trucioloAttrito truciolo/utensileAttrito pezzo/utensile

Resistenza all’usura: a causa dello strisciamento pezzo/utensile



Resilienza o tenacità: perché un materiale fragile comporterebbe la rottura dell’utensile in caso di urto specie nelle operazioni con taglio interrottoProprietà termiche: il calore che si sviluppa nell’area di contatto deve potersi facilmente disperdere per evitare il surriscaldamento



Proprietà chimiche: occorre di fatto evitare, a causa delle alte temperature, fenomeni di

OssidazioneFusione e saldatura truciolo/utensile

Basso coefficiente di attrito per ridurre il surriscaldamento

Uso di liquidi refrigeranti


Scelta dei materiali per utensili

Parametri tecnici in funzione di:Materiale in lavorazioneTipo di lavorazione da effettuare

Parametri economici in funzione di:Velocità di lavorazioneCaratteristiche di durataTempi di lavorazione ed uso macchina


Nitruri,boruri

abrasivi

Diamanti

Materialiceramici

Carburimetallici

sinterizzati

Leghefuse nonferrose

Acciailegati

specialirapidi

Acciailegati

speciali

Acciainon legatispeciali

Materiali


Acciai non legati speciali

La durezza dipende dal tenore di carbonio tra 0,5 e 1,5%Per sviluppare ulteriormente tale durezza:

Tempra (790-830 °C) – 67 HRCRinvenimento (200-300 °C) – 63-65 HRC

UNI2955C70KU – C100KU – C120 KU - …..Temperatura dell’utensile tra 250 e 300 °C


Acciai legati specialitenore di carbonio tra 0,6 e 1,5%Altri elementi a formare carburi insolubili nel reticolo:

Cromo per la resistenza all’usuraVanadio e nickel per la tenacitàTungsteno e molibdeno per la durezza a caldoManganese e silicio per la stabilità

Per sviluppare ulteriormente tale durezza:Tempra (790-830 °C) – 67 HRCRinvenimento (200-300 °C) – 63-65 HRC

UNI2955107 CrV 3 KU – 110 W 4 KU – X215 CrW 12 1 KU - …..Temperatura utensile non superiore a 300 °C


Acciai legati speciali rapidi o superrapidi (HSS)

tenore di carbonio tra 0,8 e 1,5%Altri elementi a formare carburi insolubili nel reticolo:

Cromo 4%per la resistenza all’usuraVanadio 3% per la tenacitàTungsteno 20% (e molibdeno) per la durezza a caldocobalto 12% per la stabilità ad alta temperatura nei superrapidi

Per sviluppare ulteriormente tale durezza:Tempra (790-830 °C) – 67 HRCRinvenimento (200-300 °C) – 63-65 HRC

UNI2955HS 18-0-1 – HS 1-8-1 – HS 10-4-3-10 …..Prodotti anche tramite sinterizzazioneTemperatura utensile non superiore a 600 °C


Leghe fuse non ferrose

Formate solo da:Cromo 25-30 % per la resistenza all’usuraTungsteno 15-20% per la durezza a caldoCobalto 45-50% per la stabilità ad alta temperatura

Non necessitano trattamento termicoAdatte a lavorare materiali molto usurantiProdotti per fusione o sinterizzazione in forma di barrette65 HRC – molto fragilistellitiTemperatura utensile non superiore a 800 °C


Carburi metallici (Widia)Wi-dia ovvero “wie diamant”Prodotti per sinterizzazione: surriscaldamento (1400-1600 °C) ad alta pressione di polveri finissime senza fusione:

Carburo di Tungsteno (CW) 15-20% per la durezza a caldoCobalto 45-50% come legante

Aggiunti poi altri elementi:Carburi di titanio, di tantalio, di niobio

Adatte ad elevate prestazioni:Elevatissima durezza 78HRC anche a 900-1000 °CElevata resistenza a compressioneElevata conducibilità termica

UNI 4972Gruppi P, M, K a seconda del tipo di materiale da lavorareP01 – P30 – M20 – K40 - ……


Materiali ceramici

Ossidi sinterizzati e cermets:Dalla sinterizzazione dell’allumina (Al2O3) con ossidi di silicio e cromo ed alcuni carburi metallici (Mo, Cr, V)Resistenza all’usuraBasso coefficiente di attritoBassa conducibilità termicaElevata fragilitàNecessitano macchine precise e stabili


Diamanti

Durezza stabile ed elevatissima anche a temperature molto elevate (1000 °C)Utilizzati diamanti impuri e sintetici (prodotti per sinterizzazione) per lavorazioni ad altissima temperatura e per affilatura utensiliVengono sfaccettati per ottenere appositi angoli di taglio ed incastonati su supporti metallici


Tipi di utensile

Utensili a testa singola: sono utilizzati in tornitura, piallatura, limatura e stozzaturaUtensili a più denti: sono quelli utilizzati in foratura, fresatura, alesatura e brocciaturaUtensili con geometria indefinita: sono utilizzati nelle operazioni di rettifica


Il truciolo


Fattori determinanti

Il truciolo, ovvero parte di materiale che si distacca dal pezzo in lavorazione per mezzo dell’azione dell’utensile, si deforma in modo diverso in funzione di:

Velocità di taglioGeometria dell’utensileCaratteristiche del metallo in lavorazioneCaratteristiche del materiale dell’utensile


Tipi di truciolo

Spaccato:Basse velocità, alte profondità di passata, materiali fragiliTruciolo spezzettato

RecisoBasse velocità, alte profondità di passata, materiali plasticicontinuità del truciolo ma sezione disomogenea

FluenteMateriali plastici con velocità i taglio e profondità di passata corretteTruciolo continuo e ben levigato


Tagliente di riporto

È costituito da parte del materiale del pezzo che per l’elevata temperatura e pressione aderisce al tagliente dell’utensileStaccandosi provoca usura dell’utensile ed irregolarità sulla superficie del pezzoPuò essere evitato con:

Maggiori velocità di taglioUso di lubrorefrigrantiAumentando l’angolo di spoglia superiore dell’utensile


Rompitruciolo

È una curvatura del tagliente che obbliga il truciolo a curvarsi secondo un raggio rc

Tale curvatura porta il truciolo alla rottura e dunque al suo distaccoCiò evita che l’eccessiva lunghezza del truciolo fluente causi impedimento e pericolo per operatori e macchina


Temperatura dell’utensile

Resistenze per asportare il truciolo:di deformazione interna del materiale (70%)di attrito esterno tra utensile e materiale (30%)

L’energia spesa si trasferisce dunque essenzialmente in energia cinetica delle molecole e dunque in caloreRischi per l’utensile.

Crollo della durezzaOssidazionePerdita dell’affilatura


Fluidi da taglio

Oli da taglioOli minerali puriOli compostiOli estrema pressione (EP)

Soluzioni acquoseOli emulsionabiliFluidi sintetici

Scelta del lubrificante in funzione di:

Materiale in lavorazioneMateriale Dell’utensileTipo di lavorazione


Usura utensile e grado di finitura


Elementi che influenzano l’usura dell’utensile

Profondità di passata

Fluido lubrorefrigerante

Materiale in lavorazione

Materiale dell’utensileGeometria dell’utensile

Avanzamento

Velocità di taglio


Durata utensile in tornitura

Relazione di Taylor

definita passata di profonditàprefissato oavanzament

pezzo utensile binomio :da dipendenti costanti sono ,C r,

(min) utensiledell' durata la èh (m/min) tagliodi velocitàla è v

ove

h

→→→

=⋅ hr Chv


Relazione di Taylor esplicita

1 a uguale è pa prodotto il quandomin 60 a pari utensiledell' durata una una consentireper

tagliodi velocitàdella valoreil esprime Cove

60

nm

60

60

⋅

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅

= rnm hpa

Cv


Relazione di Kronenberg

materialideifunzionein tabellatisonocostantidelle valorii

p/a da espresso forma di rapporto il èG p)a(s truciolodi sezione la è s

min 60 a pari utensiledell' durata una una consentireper tagliodi velocitàdella valoreil esprime C

ove60

5

60

60

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⎜⎝⎛⋅

=⎟⎟⎟

⎠

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⎜⎜⎜

⎝

⎛

⋅

rf

g

hs

GCv


Durata utensile in fresaturaLe variabili che intervengono ad influenzare la durata dell’utensile nel caso di fresatura sono maggiori:

Tipo di fresaLavorazione concorde o discordeMateriale costituente l’utensileAngoli caratteristici dell’utensileNumero dei denti e diametro della fresaMateriale costituente il pezzo in lavorazioneAvanzamento e profondità di passataLarghezza del pezzo in fresaturaPosizione della fresa rispetto al pezzoTipo di fluido lubrorefrigerante utilizzato


Fresatura frontale

m/minin espressa è vmmin utensiledell' durata la èh

mmin passata di profondità la è p dente al giro al oavanzamentl' è a

elavorazionin materiale del trazionea resistenza la è Rmmin pezzo del larghezza la e diametro il sono B D,

tabellatoè ed acciaio di tipodal dipendeK N/mm 1000R trazionea resistenzaper valerelazione la

ove

10296

z

m

2m

184,02,006,04,043,1

176,04

<

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

=hBpaR

DKvzm


Concetto di lavorabilità

Materiale e sua “storia”

Condizioni di taglioStato e geometria dell’utensile


Indice di lavorabilità

(UNI4838) 23Mn S 9 CF velocitàalta adacciaiol' campione materiale come assume si ove

100vv

campione materaile del 15

provain materiale del 15⋅=I


Concetto di rugosità

Rugosità teoricaDipende dall’avanzamento prefissato e dagli angoli caratteristici dell’utensile utilizzato

Rugosità effettivaÈ sempre maggiore di quella teorica in quanto deve tenere conto di altri fattori quali le vibrazioni della macchina, i taglienti di riporto, l’usura dell’utensile, ….


Tornitura

Il grado di finitura dipende da:AvanzamentoRaggio di puntaAngoli dei taglienti dell’utensile

In condizioni reali esistono poi altri fattori:Materiale in lavorazioneVelocità di taglioUsura dell’utensile


Fresatura

Fresatura discorde:Il tagliente tende a slittare e dunque ricalcare il materiale così che pur presentando una rugositàinferiore, manifesta una superficie ruvida ed opaca

Fresatura concordeL’altezza delle creste risulta maggiore per ragioni geometriche e dunque la rugosità risulterà giocoforza maggiore


Rettifica

La rugosità teorica non è determinabile a prioriDipende dalla granulometria dell’abrasivo utilizzato nonché da altri fattori presenti quali:

Condizioni della rettificatriceStato di usura della molaTipo di materiale in lavorazione


Definizione del ciclo di lavorazione


Il ciclo di lavorazione

Insieme delle operazioni necessarie per fabbricare un pezzo attraverso una successione di processi tecnologici che consentono il raggiungimento di una determinata geometria finale:

FusioneStampaggioAsportazione di truciolo……


Scelta del ciclo

La scelta oculata del ciclo inteso come macchine, utensili, procedure, attrezzature incidono enormemente sulla qualità ed il costo finale del pezzoIl know-how dell’azienda in tal senso èdeterminante per la sua sopravvivenza nel tempo


Definizione del ciclo

Non esiste una soluzione univoca alla definizione del ciclo di lavorazioneNella scelta entrano in gioco molteplici fattori quali l’esperienza dei tecnici preposti, la tradizione aziendale, il livello di aggiornamento alle tecnologie più recenti, la disponibilità di risorse interne, …..


Modello di definizione del ciclo

1. Analisi critica del progetto e e dei dati di partenza2. Scelta dei processi e sequenza delle fasi3. Raggruppamento delle operazioni in sottofasi4. Scelta della sequenza delle singole operazioni5. Scelta degli utensili6. Scelta dei parametri di taglio7. Progettazione delle attrezzature8. Definizione delle procedure di controllo9. Calcolo dei tempi e dei costi10. Stesura dei fogli di lavorazione e, nel caso di utilizzo di

macchine CN, dei part program


Definizioni

Fase: insieme ordinato di operazioni realizzate presso un medesimo posto di lavoro (es. fase di fresatura, di controllo, …)Sottofase: insieme ordinato di operazioni da eseguire presso un medesimo posto di lavoro con il medesimo piazzamento del pezzo (es. torniture con un prefissato posizionamento del pezzo, ….)Operazione: lavorazione di una superficie elementare realizzata con un unico utensile (es. tornitura cilindrica esterna, stozzatura di un cava, …...)


Analisi dei dati di partenza

Dimensioni del pezzo che influenzano macchine ed attrezzatureTolleranze dimensionali che influenzano macchine, utensili, posizionamenti, operazioni, …Qualità superficiale che influenza la scelta del processo e dei parametri di taglio


Definizione delle fasi

In tale scelta entrano in gioco diversi elementi:Presenza di vincoli nella sequenziazioneIn assenza di particolari vincoli, considerazioni di ottimizzazione dei flussi logistici all’interno dello shop-floorAltro elemento è dato dalla presenza di colli i bottiglia o della particolare e contingente pianificazione in funzione del carico di lavoro sulle macchine disponibili


Definizione delle sottofasi

Evidentemente si cerca di minimizzare il numero dei posizionamentiIn taluni casi occorre comunque cambiare più posizionamentiÈ a volte necessario tornare a tale definizione dopo aver definito le operazioni elementari


Sequenza delle operazioni

Esistono vincoli oggettiviMinimizzare i percorsi utensile ed il cambio di questiValutare il grado di automazione della macchinaConsiderare esigenze di tipo dimensionaleValutare esigenze di tipo tecnologico


Scelta degli utensili

Da ciò dipende spesso la qualità e l’economicitàdi tutto il cicloParametri di scelta:

Geometria di taglioMateriale del taglienteForma e dimensioni dell’inserto (angoli, raggi di raccordo, ….)Forma e dimensioni del portautensileDisponibilità a magazzino o sul mercatoCosti


Scelta dei parametri di taglio

La sequenza dei passaggi dipende dal tipo di operazioneTale scelta determina di fatto altri fattori quali:

Il tempo macchina (contatto pezzo-utensile)Il tempo di lavorazione (ovvero comprensivo di setup)La durata dell’utensileIl costo della lavorazioneIl grado di finitura della superficieLa forza e la potenza richieste


Scelta delle attrezzature

Individuazione delle superfici di riferimentoDeterminazione dei punti di afferraggio e di bloccaggio del pezzoClassificazione delle attrezzature

Standard: sono quelle che normalmente sono in dotazione delle macchine utensiliSpeciali: si utilizzano e necessitano di progettazione specifica in caso di pezzi “difficili” o nel caso si esigano particolari condizioni (facilità di fissaggio, automazione, necessità di particolari riferimenti, …)


Scelta delle procedure di controllo

Diverse esigenze di precisione e qualitàinfluenzano tale faseVanno verificate le dimensioni, le tolleranze, il grado di finitura, ….Esistono diverse macchine allo scopo per valutazioni oggettive:

Strumenti manualiStrumenti speciali (maschere, dime, ….)Macchine di misura e controllo numerico


Calcolo dei tempi e dei costi

Tali due parametri consentono di operare precise scelte tra i cicli alternativi individuatiTempi:

Attivi, ovvero effettivi di lavorazione calcolati con i parametri di taglioPassivi, ovvero di bloccaggio del pezzo, avvicinamento dell’utensile, ….calcolati con metodi MTM (Methods and Time Measurement)Di preparazione della macchina utensile sempre con tabelle MTM fornite dal costruttore


Calcolo dei tempi e dei costi

CostiCosto della manodoperaCosto della forza motriceCosto di ammortamento delle attrezzature e delle macchineCosto dei materiali di consumoCosto degli utensiliCosto delle operazioni di riaffilatura ed accessorieQuota di copertura dei costi generali dell’azienda….


Stesura dei fogli di lavorazione

Devono contenere tutte le informazioni necessarie ad una corretta esecuzione delle lavorazioni previsteDevono essere realizzati su stampati standard per essere immediatamente comprensibiliEsempi

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