Sistemi di Produzione II La formatura della...

Sistemi di Produzione II La formatura della lamiera

© 2006 Politecnico di Torino 1

La deformazione plastica

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La deformazione plastica

Lavorazioni per deformazione

Il processo di laminazione

Estrusione e trafilatura

La forgiatura

La formatura della lamiera



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Obiettivi della lezione

Valutare le applicazioni industriali dei processi di formatura della lamiera

Descrivere analiticamente le principali lavorazioni di formatura della lamiera (tranciatura, piegaturae imbutitura)

Evidenziare le regole progettuali e le caratteristiche fisiche di queste lavorazioni

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Bibliografia per la lezione

“Sistemi di Produzione”A. Villa, G. Murari, D. AntonelliC.L.U.T. Editrice, 2004

capitolo 3 paragrafo 6

“Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione”Santochi, GiustiCasa Editrice Ambrosiana, 2000

capitolo 5 paragrafo 8




6


La tranciatura

Teoria della tranciatura

La piegatura

Progettazione della piegatura

L’imbutitura

Fisica dell’imbutitura



7

Esempi di stampi

8

Esempio di prodotti:carrozzeria per auto



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La tranciatura

Operazione preliminare a altre lavorazioni sulla lamiera

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La tranciatura

Operazione preliminare a altre lavorazioni sulla lamiera

Si ritagliano figure geometriche da fogli di lamiera o da nastri continui (coils)

Viene portato via del materiale (sfrido) dalla lamiera di partenza



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Tipologie di tranciatura

Tranciatura di profili apertitaglio rettilineo di lamiere e di barre

Tranciatura di profili chiusitaglio di profili chiusi con geometria anche molto complessa

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La tranciatrice



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Taglio rettilineo: tranciatura di una barra

Piano di taglio

14

Taglio rettilineo: tranciatura di una barra

Forze di taglio



15

Taglio rettilineo: tranciatura di una lamiera

16

Tranciatura di un profilo chiuso



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Fasi del processo

Ingresso del punzone nella lamieradeformazione delle fibrearrotondamento dei bordi della lamiera

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Fasi del processo

Ingresso del punzone nella lamiera

Applicazione di uno stato di sollecitazione superiore alla tensione Rm del materiale

primi segni di frattura della lamiera ai bordi del punzone e della matrice



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Fasi del processo

Ingresso del punzone nella lamiera

Applicazione di uno stato di sollecitazione superiore alla tensione Rm del materiale

Propagazione delle fratture nella lamiera in direzione inclinata fino al distacco del pezzo

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Aspetto delle superfici tranciate

Diametro del foro

Diametro del disco tranciato



21

Aspetto delle superfici tranciate

Penetrazione




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La tranciatura


La piegatura


L’imbutitura


24

Dimensionamento energetico

Composizione delle forze del processo di tagliotensioni di taglio agenti sul piano di taglioforze d’attritogioco fra punzone e matriceimperfetta affilatura dei coltelli, ecc.



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Forza di tranciatura

k : coefficiente correttivoA : superficie della sezione resistentep, s : perimetro e spessore della lamiera

AR,F m ⋅⋅= 70k

spA ⋅=

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Andamento della forza di tranciatura

Corsa del punzone

Forza di tranciatura



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Lavoro di tranciatura

∫ ⋅=s

0

dsFL

sFL max ⋅⋅≅ k

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Il gioco

Gioco corretto: fratture concorrenti



29

Il gioco

Gioco troppo stretto: fratture parallele

30

Il gioco

Gioco troppo piccolo:



31

Il gioco

Gioco corretto:

32

Il gioco

Gioco troppo grande con distacco del materiale per il cattivo allineamento punzone – matrice:




34


La tranciatura


La piegatura


L’imbutitura




35

Processi di piegatura

Piegatura libera

Piegatura in stampo

Profilatura a rulli

36

Piegatura libera



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Piegatura libera

Piegatura in stampo

Profilatura a rulli

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Piegatura in stampo di forma a U



39

Piegatura in stampo di forma a V

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Piegatura libera

Piegatura in stampo

Profilatura a rulli



41

Profilatura a rulli

42

Schema delle deformazioni di piegatura

C’è una sezione della lamiera che si piega senza deformarsi detta fibra neutra (fn)

sRn

fn



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44


Extradosso

Intradosso



45


Allargamento

Compressione




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La tranciatura


La piegatura


L’imbutitura


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Elementi di calcolo nella piegatura

Il ritorno elastico

Il raggio di curvatura

Lo sforzo di piegatura

Angolo di piegatura (profilatura a rulli)



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Il ritorno elastico

Le sollecitazioni di trazione e di compressione in prossimità della fibra neutra sono di tipo elastico

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Il ritorno elastico

Le sollecitazioni di trazione e di compressione in prossimità della fibra neutra sono di tipo elastico

Dopo la sollecitazione la lamiera è soggetta ad un ritorno elastico funzione dei parametri:

limite di snervamento del materialevelocità di deformazionetipo di piegatura (libera o in stampo)spessore della lamieraraggio di piegatura



51

Il ritorno elastico

θ

θM

ρ

l

Angolo di piegatura

52

Il ritorno elastico

θ

ρ + ∆ρ

l

θ + ∆θ

∆θ

Angolo di ritorno elastico

M



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Parametri dell’angolo di ritorno

L’angolo di ritorno è funzione di:raggio del punzone Rp

raggio dello stampo Rd

raggio dell’asse neutro Rn

larghezza e spessore della lamiera (b, s)angolo di piegatura θparametri caratteristici del materiale (E, C, n)

( )nC,E,?,s,b,,R,R,R ndpf=θ∆

54


Il ritorno elastico




55

Il raggio minimo di curvatura

Deve essere maggiore del minimo raggio di curvatura ammissibile per il tipo di deformazione:

c : coefficiente proprio del materiale

csR ⋅=min

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Il ritorno elastico





57

Il carico di flessione

Il modulo resistente W:

6

2sbW

⋅=

58


Il modulo resistente W:

La tensione σf:

si può approssimare σf = 2Y quando L ̃ 6 ÷ 12s, R = s

6

2sbW

⋅=

WLF

4f⋅

=σ



59


Lsb

F2

1,5 fσ⋅⋅

=6

2sbW

⋅=

WLF

4f⋅

=σ

60


Il ritorno elastico



Angolo di piegatura (profilatura a rulli)



61

L’angolo di piegatura (profilatura a rulli)

La deformazione non deve superare il massimo angolo ammissibile di piegatura per ogni coppia di rulli

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L’angolo di piegatura (profilatura a rulli)



63

Il massimo angolo di piegatura

Acciai inossidabili e ottoni

αmax = 1°15’

Acciai a basso contenuto di

carbonioαmax = 1°25’

Alluminio e le sue leghe

αmax= 1°35’




65


La tranciatura


La piegatura


L’imbutitura


66

Imbutitura e stampaggio di lamiera

Nell’imbutitura la lamiera piana assume una forma concava (cilindrica, scatolare o a coppa)

il processo di deformazione non prevede la variazione dello spessore della lamiera



67

Imbutitura e stampaggio di lamiera

Nell’imbutitura la lamiera piana assume una forma concava (cilindrica, scatolare o a coppa)

Nello stampaggio la lamiera viene pressata tra uno stampo ed un controstampo

è possibile una riduzione di spessore della lamiera nei punti più sollecitati localmente

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Schema di funzionamento



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Lamiera

70


Premilamiera



71


Matrice

72


Giocopunzone - matrice



73

Fasi di funzionamento

Avvicinamento in rapido del cuscino e del premilamiera

74




75



Imbutitura lenta e compressione cuscino

76




77



Imbutitura lenta e compressione cuscino

Ritorno rapido della slitta ed azione dell’estrattore

78





80


La tranciatura


La piegatura


L’imbutitura




81

Tensioni di un cilindro cavo flangiato

Imbutito con difetti di grinzatura sul premilamierae strappo del raccordo di fondo

82

Tensioni di un cilindro cavo flangiato

Stato di sollecitazione dell’imbutito:

FT

FRFT

FR

P



83

Variazioni di spessore del pezzo

Diminuzione dello spessore sul fondello dell’imbutito a causa delle tensioni di trazione

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Riduzione dello spessore nel tratto di raccordo tra il corpo cilindrico ed il fondello



85



Riduzione dello spessore nel tratto di raccordo tra il corpo cilindrico ed il fondello

Diminuzione della riduzione di spessore dal raccordo inferiore fino a quello superiore con la flangia per effetto della forza circonferenziale Ft

86

Dimensionamento del processo

Dalla geometria del pezzo dipendono:

lo sforzo di imbutiturala pressione sul premilamieranumero delle fasi di lavorazione



87

Rapporto di imbutitura

dp : diametro del punzoneD : diametro iniziale del disco di lamiera

Dd

R pi =

88

Il rapporto massimo di imbutitura ρ non può mai superare nel primo passaggio il valore ρ0:

dp : diametro del punzoneD : diametro iniziale del disco di lamiera

Rapporto massimo di imbutitura

pdD

=ρ



89

Diametro del punzone nei vari passaggi

0ρ=

Dd 1p

90


0ρ=

Dd 1p

1

12 ρ

= pp

dd



91


0ρ=

Dd 1p

1

1)(nn ρ

= −pp,

dd

1

12 ρ

= pp

dd

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Forza di imbutitura per pezzi cilindrici

k : fattore di correzione ˜ 0,4 ÷ 1Y : tensione di snervamentos : spessore della lamiera

Y sd F p ⋅⋅⋅⋅= k π



93

La curva di formabilità

ε1

ε2

94


ε1

ε2

IMBUTITURASTIRAMENTO



95


ε1

ε2PEZZI SANI

PEZZI DIFETTOSI

96

Sommario della lezione

La tranciatura


La piegatura


L’imbutitura


Domande di riepilogo

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