Meccanica Meccanica e Termodinamica Termodinamica del taglio. Analisi delle forze di taglio nelle principali lavorazioni utensili. I materiali degli utensili e descrizione dei fenomeni fenomeni d’usura.
Meccanica del taglio. Nella procedura di taglio vengono imposti: -Tipo, condizioni, forma, finitura e affilatura dell’utensile. -Materiale, condizioni, temperatura del pezzo. -Parametri di taglio (V,a,p). -Tipo di fluidi refrigeranti. -Caratteristiche MU. -Porta-utensile e fissaggi. Le variabili dipendenti in funzione dei parametri sopra descritti sono: -Tipo di truciolo. -Forza richiesta ed energia dissipata nel processo di taglio. -Innalzamento della temperatura nel pezzo, nell’utensile e nel truciolo. -Usura, scheggiatura e rottura dell’utensile. -Rugosità e integrità superficiale del pezzo dopo la lavorazione.
La lunghezza della zona di contatto truciolo-utensile dipende dai parametri di taglio, dalla geometria dell’utensile e dal materiale in lavorazione.
Da A a C : Effetto dominante della T sul BUE. Da C in poi : Effetto dominante deformazione del grano. OL ( τ minima per l’inizio della deformazione). OM ( τ massima). La morfologia del truciolo influenza in modo significativo la finitura superficiale e l’intera lavorazione più in generale. generale . Esistono diversi tipi di trucciolo: -Truciolo continuo : V, γ elevati. La deformazione avviene in buona approssimazione lungo la zona di scorrimento primaria. E’ frequente nella lavorazione di materiali teneri. Indica una buona qualità superficiale, ma va rimosso attraverso un rompi-truciolo. -Tagliente di riporto (BUE) : si può formare sulla punta dell’utensile durante la lavorazione, consiste nell’accumulo di materiale nel tagliente, modifica le geometria dell’utensile ed influenza negativamente la rugosità. La sua durezza è tale da farlo comportare come un utensile vero e proprio. Si riduce per alte V, bassi h, γ, raggio del tagliente e buona lubrificazione. Truciolo segmentato : Tipico di metalli con bassa conducibilità termica (Ti). Truciolo discontinuo : In materiali fragili, impuri, V molto alte o basse, alta p e basso γ, MU poco rigida. Per evitare la formazione di truciolo lungo e continuo si utilizza il rompi-truciolo, una semplice placchetta posizionata nel petto dell’utensile che modifica φ e porta il truciolo alla rottura. Per passare ad una modellazione del fenomeno di t aglio si semplifica la descrizione delle zone di deformazione e si assume la zona di deformazione primaria essere un piano, e la zona di deformazione secondaria trascurabile α=0. α=0.
Si considerea inoltre un utensile MONOTAGLIENTE in condizione di TAGLIO ORTOGONALE LIBERO, ovvero che il profilo del tagliente sia ORTOGONALE al bordo di taglio e che la LUNGHEZZA del tagliente sia maggiore del pezzo in lavorazione.
Da A a C : Effetto dominante della T sul BUE. Da C in poi : Effetto dominante deformazione del grano. OL ( τ minima per l’inizio della deformazione). OM ( τ massima). La morfologia del truciolo influenza in modo significativo la finitura superficiale e l’intera lavorazione più in generale. generale . Esistono diversi tipi di trucciolo: -Truciolo continuo : V, γ elevati. La deformazione avviene in buona approssimazione lungo la zona di scorrimento primaria. E’ frequente nella lavorazione di materiali teneri. Indica una buona qualità superficiale, ma va rimosso attraverso un rompi-truciolo. -Tagliente di riporto (BUE) : si può formare sulla punta dell’utensile durante la lavorazione, consiste nell’accumulo di materiale nel tagliente, modifica le geometria dell’utensile ed influenza negativamente la rugosità. La sua durezza è tale da farlo comportare come un utensile vero e proprio. Si riduce per alte V, bassi h, γ, raggio del tagliente e buona lubrificazione. Truciolo segmentato : Tipico di metalli con bassa conducibilità termica (Ti). Truciolo discontinuo : In materiali fragili, impuri, V molto alte o basse, alta p e basso γ, MU poco rigida. Per evitare la formazione di truciolo lungo e continuo si utilizza il rompi-truciolo, una semplice placchetta posizionata nel petto dell’utensile che modifica φ e porta il truciolo alla rottura. Per passare ad una modellazione del fenomeno di t aglio si semplifica la descrizione delle zone di deformazione e si assume la zona di deformazione primaria essere un piano, e la zona di deformazione secondaria trascurabile α=0. α=0.
Si considerea inoltre un utensile MONOTAGLIENTE in condizione di TAGLIO ORTOGONALE LIBERO, ovvero che il profilo del tagliente sia ORTOGONALE al bordo di taglio e che la LUNGHEZZA del tagliente sia maggiore del pezzo in lavorazione.
Fattore di Ricalcamento (rc)
Il fattore di ricalcamento è una grandezza ottenibile sperimentalmente e ci consente di esprime φ in sua funzione:
Il modello di Pijspanen Si suppone che il distacco del trucciolo avvenga attraverso una deformazione plastica corrispondente allo spostamento ds degli elementi di spessore dx. γs è la deformazione subita dal materiale.
Notiamo che la deformazione aumenta al diminuire dell’angolo di spoglia superiore, e aumentano di conseguenza le forze di taglio. Fissato γ esiste un φ che renda minimo γs.
Da cui:
Analisi cinematica
Velocità di deformazione. Molto elevata nel taglio dei metalli.
Forze nel taglio ortogonale
Forze di taglio L’analisi delle forze serve per verificare le caratteristiche di : Materiali in lavorazione, Utensili, Condizioni di lavoro. Consente inoltre di valutare le forze scaricate a telaio, permette il dimensionamento a rigidezza delle strutture, il dimensionamento degli azionamenti e la valutazione della potenza necessaria. Si studia l’equilibrio del truciolo sottoposto a: Una Una forza R applicata all’utensile. Una reazione uguale e contraria R’ applicata al pezzo in corrispondenza del piano di scorrimento. La risultante R si può scomporre secondo tr e diversi sistemi di riferimento come in figura. Per l’analisi si ricorre ai CERCHI CERCHI DI MERCHANT: Si suppone che tutte le forze siano applicate sulla punta dell’utensile. dell’utensile. Esprimo
Sulla superficie di scorrimento As agisce la tensione dinamica di scorrimento τs.
da cui:
Ft e Fn sono misurabili sperimentalmente, r c noto dalla misura sperimentale di hc, da cui φ, A0 nota conoscendo p,a. γ noto, β può essere calcolato a partire di Ft e F n .
L’incognita rimane τs,
.
Non è tuttavia sempre possibile effettuare prove sperimentali, per cui si deve cercare un altro metodo per la stima di τs. I Modello di Ernst-Merchant. Ipotesi: Taglio ortogonale libero, φ|la potenza sia minima. P t = Ft Vt , ma Vt è costante e imposta, dunque: Tuttavia in questo caso considero τs indipendente da φ, in contrasto con le ipotesi iniziali.
II Modello di Merchant. Stesse ipotesi del I modello, ma τ s non è più considerata costante: La reistenza allo scorrimento aumenta all’aumentare della tensione normale al piano di scorrimento. Da cui
Infine: La determinazione delle forze di tagli o è dunque un problema molto complesso che può essere risolto: Sperimentalmente. Ipotizzando la costanza della deformazione del truciolo e prendendo i valori di tutti i parametri da tabella. φ diminuisce all’aumentare del coeff. di attrito e al diminuire dell’angolo di spoglia frontale. La sua diminuzione comporta l’aumento della deformazione del materiale e del ricalcamento del truciolo. truciolo.
In definitiva, dunque abbiamo 2 Equazioni: e 3 incognite:
L’angolo di scorrimento è ottenibile dal fattore di ricalcamento, e con la relazione dal II modello di Merchant ricavo infine l’angolo di attrito. Noti tutti gli angoli i parametri rimanenti sono la forza di taglio e la tensione di scorrimento. Per calcolare le forze dunque bisogna avanzare l’ulteriore ipotesi che le velocità di taglio siano sempre maggiori di 120 m/min, campo di valori nel quale il fattore di ricalcamento e quindi la tensione di scorrimento sono costanti. L’errore commesso in questa approssimazione è trascurabile.
Metodo delle pressioni di taglio Ks si ricava da tabelle o grafici. I valori di Ks sono validi per le stesse condizioni in cui sono stati ottenuti sperimentalmente. Per h<
E’possibile esprimere una relazione tra Ks e τs.
Un’ ulteriore evoluzione di questa teoria è stata fatta da Kronenberg, il metodo della pressione specifica di taglio.
Nel calcolo della potenza di taglio la componente F n è trascurabile, dunque Pt = Ft Vt .
Tornitura
Velocità di taglio. N [giri/min].
Avanzamento.
Profondità di passata. p [mm].
Material Removal Rate. Dmedio = (D0 + Df )/2.
Tempo di lavorazione di un tratto lungo l [mm].
Potenza di Taglio. Rugosità teorica. Con r raggio di curvatura del tagliente ed a distanza tra i raggi di curvatura.
Foratura
Velocità di taglio.
Avanzamento. Velocità di avanzamento.
Sezione truciolo.
Potenza assorbita.
Tempo di lavorazione. ei extracorse. L’ultimo termine tiene conto dell’imbocco conico.
Fresatura Parametri generali
Periferica Altezza media e massima del truciolo. Sezione del truciolo.
Forze massima. Modello di Merchant e di Kronenberg.
Coppia massima e potenza massima assorbita. zc numero di denti in presa. z numero di denti. l0 lunghezza arco di lavoro di un dente. lz lunghezza arco periferico tra due denti consecutivi. Rugosità teorica.
Frontale
Rettifica
Spessore massimo di un singolo grano.
h’medio = h’max/2. Forza di taglio, modello di Kronenberg.
Brocciatura
Taglio ruote dentate Legge angolare dentatrice a creatore.
Tempo di lavoro.
Taglio di ruote a denti elicoidali.
Termodinamica del taglio a,b,c) Zone di sviluppo del calore
La maggior parte di questo è ceduto al truciolo (70%), il restante è spartito tra utensile (20%) e pezzo (10%). L’analisi termodinamica del taglio ci consente di stimare l’usura dell’utensile, le caratteristiche della superficie lavorata ottenuta, i valori tecnologici che mantengono le temperature al di sotto dei valori critici.
La temperatura più alta viene raggiunta nel truciolo a ridosso del petto dell’utensile, poco distante dal tagliente.
Lavorando materiali di maggior resistenza e durezza la temperatura è più alta. L’aumento dello spessore del trucciolo genera un aumento di temperatura.
Espressione dell’energia per unità di volume richiesta per il processo. Stima della temperatura media di contatto tra truciolo ed utensile. Tad rappresenta l’aumento di temperatura in condizioni adiabatiche. K è la diffusività termica.
Fluidi da Taglio. Funzioni: Raffreddare, Lubrificare, Prevenire micro saldature, Allontanare il truciolo, Proteggere dalla corrosione. Le prime due funzioni garantiscono miglior qualità superficiale e dimensionale. Per lavorazioni in cui si sprigionano grosse quantità di calore (es. Sgrossatura) si tende a privilegiare l’effetto raffreddante, per lavorazioni di qualità (es. Rettifica) si predilige l’effetto lubrificante. Nell’erogazione del fluido si deve cercare un compromesso di velocità per evitare che il raffreddamento sia troppo blando od eccessivamente veloce e quindi dannoso. In generale le caratteristiche di fluidi refrigeranti e lubrificanti sono: Refrigerante:
Bassa viscosità.
Bassa tensione superficiale.
Alto calore specifico.
Alta conducibilità termica.
Lubrificante:
Elevata untuosità. Consentire adesione molecolare di una pellicola grassa alla superficie lubrificata. Quest’ultima qualità è garantita da particolari additivi.
Una buona lubrificazione garantisce un aumento di φ ed rc , ed una diminuzione di μ, β, Pt . Inoltre è ridotta la possibilità di formazione di BUE. I fluidi da taglio si classificano in:
Oli da taglio ( Minerali attivi, Minerali inattivi sotto forma di oli minerali puri , composti o grassi). Oli emulsionabili. Oli e fluidi naturali. Fluidi gassosi.
Gli oli minerali sono ottenuti dalla distillazione del petrolio. Allo stato puro non presentano particolari proprietà e sono utilizzati per lo più di supporto ad altri fluidi. Gli oli minerali puri sono utilizzati per materiali ad alta lavorabilità che non richiedono funzioni di lubrificazione o raffreddamento particolarmente spinte. Gli oli composti sono legati da additivi che ne aumentano la bagnabilità. Gli Oli grassi sono utilizzati per migliorare la qualità superficiale nelle lavorazioni di Bronzo, Cu, o Al. Gli oli minerali attivi sono miscelati con additivi che consentono la lavorazione ad alte pressioni, gli EP(extreme-pressure lubrificants). Gli additivi sono S, Cl, P. Consentono di ottenere un film stabile nell’interfaccia pezzo-utensile. Forma col pezzo metalli clorati o solforati che hanno meno resistenza al taglio e consentono il contatto non tra metallo e metallo ma tra cloruri e solfuri. Gli oli emulsionabili danno origine ad emulsioni o soluzioni. Le emulsioni sono ottenuti con percentuali fino al 90% di H2O e con aggiunta di elementi emulsionanti che facilitano la formazione di dispersioni colloidali. Le soluzioni sono favorite dall’aggiunta di solforicinato di soda. Garantiscono ottimi raffreddamenti che permettono alte Vt , rendono pulite le condizioni di lavoro, sono economici, poco tossici, poco incendiabili. Oli e fluidi naturali od ottenuti per sintesi che non contengono derivati del petrolio. Possono trovari sin soluzione pura 1:50 od 1:100 con acqua, o legati con EP. I semichemicals contengono percentuali del 5/30% di oli minerali e sono utilizzati per la lubrificazione di guide, torrette od organi di movimento. I fluidi gassosi sono aria compressa, Ar, He, o CO2 . Non esistono fluidi adatti a qualsiasi tipo di lavorazione per cui vanno scelti in base al materiale di pezzo ed utensile, alle condizioni di lavoro ed appunto dal tipo di lavorazione.
E’ possibile anche effettuare lavorazioni a secco (o quasi “secco”) per ridurre l’impatto ambientale e diminuire i costi di lavorazione o in condizioni criogeniche per ridurre l’impatto ambientale ed ottenere qualità più elevate.
I materiali degli utensili
1. Poco costosi e facilmente formabili, ma non hanno durezza e resistenza all’usura adatti ad elevate Vt. Sono molto influenzabili dalla T. 2. Acciai legati con Co (nei super-rapidi),Cr,Mo,V, W (fino al 12%) che garantiscono durezza a caldo, resistenza all’usura e tenacità. Permettono la lavorazioni di materiali a Vt elvate (da cui rapidi). 3. Non più utilizzate. Realizzate mediante fusione di CoCrW. Elevata durezza e buona resistenza all’usura. 4. WiDia (Wie Diamant, duri come il diamante). Sono composti dalla sinterizzazione del carbonio con metalli duri. Possono essere Carburi di Tungsteno WC o di Titanio TiC. Garantiscono elevata resistenza alla compressione (fino a 4000/6000 Pa) , resistenza all’usura ed alla corrosione, buona conducibilità termica. Ma sono costosi, resistono poco alle sollecitazioni e necessitano la divisione dell’utensile in due parti (Supporto ed Inserto).
L’introduzione degli inserti semplifica il problema di dover riaffilare e trattare un’utensile usurato o non più in grado di garantire le condizioni di taglio desiderate. La resistenza di un inserto dipende dalla sua forma. Più l’angolo del tagliente è piccolo, minore sarà la resistenza. Spesso sono arrotondati. Il materiale di un inserto è definito da un codice alfanumerico in cui la parte letterale indica il materiale da lavorare e la parte numerica indica la tenacità della placchetta. 5. Alcuni materiali possono formare un rivestimento su un substrato di acciaio rapido o di carburi metallici per realizzare utensili rivestiti garantendo lavorabilità per alte Vt abbattendo tempi e costi. Si usano di solito TiN TiC TiNC ed Al2O3 depositati in spessori tra i 2 ed i 10 μm.
Influenza del tipo di rivestimento sul tempo di lavorazione, in ascissa è indicato l’anno in cui le novità tecnologiche sono state inserite.
6.8. Sono formati da ossido di alluminio (allumina) con grano fine ed elevata purezza. Vt elevatissime ed ottima qualità superficiale. La conducibilità termica è molto bassa, il riscaldamento del tagliente uniforme e la maggior parte del calore è conferito al truciolo. Hanno tuttavia scarsa tenacità. Sono adatti per lavorare materiali molto duri, si usa il CerMet ( ceramica + TiC). 7. E’ il materiale più duro in mercato dopo il diamante, realizzato legando uno strato di 0.5/1mm di nitruro di boro cubico policristallino mediante sinterizzazione sotto pressione. Possono lavorare fino a T di 1000/1100 °C, sono molto duri e resistenti all’usura, ma molto fragili. 9. E’ la sostanza più dura in natura, non è adatto a lavorare leghe ferrose a causa dell’affinità chimica. Molto costoso, è utilizzato esclusivamente per lavorazioni che richiedono altissime qualità superficiali. E’ disponibile in forma monocristallina e policristallina. Il diamante monocristallino è ottenuto dalla lavorazione e dal taglio del diamante naturale in modo da ricavare un monocristallo utilizzabile come utensile. Costa molto, ha poca resistenza agli urti, e richiede macchine molto rigide. Il diamante policristallino si ottiene per sinterizzazione di polveri di diamante in modo da ottenere un inserto integrale od un rivestimento di carburo. La durezza è appena inferiore al diamante monocristallino, costa meno, è più tenace ed adatto per materiali non metallici. In sintesi:
L’usura E’ uno degli aspetti più determinanti per l’analisi delle lavorazioni con utensili da taglio. Dipende dal materiale degli utensili e del pezzo, dalla geometria dell’utensile, dai fluidi lubro-refrigeranti, e dai parametri di processo. Le zone d’usura si dividono in labbro d’usura, cratere d’usura e scheggia tura. Può essere dovuta ad abrasione meccanica, all’adesione o alla diffusione. L’adesione è dovuta in assenza di ossidi, e a seguito di alte p e T, alla formazione di microsladature che successivamente si rompono a causa delle eccessive deformazioni, in certi casi le zone d’usura sono localizzate nell’utensile che quindi perde materiale usurandosi. E’una problematica caratteristica delle lavorazioni su materiali duttili. Con abrasione meccanica si intende il distacco di particelle di materiale dall’utensile a causa dell’azione di forze esterne, dipende fondamentalmente dalla presenza di fasi dure quali ossidi e carburi. Durante la formazione del truciolo questi componenti duri possono generare microsolchi sulle superfici di contatto con l’utensile. La diffusione è presente in lavorazioni con carburi rivestiti. A causa delle elevate p e T fino alle quali si mantengono le caratteristiche meccaniche dell’utensile il principale fenomeno d’usura è appunto la diffusione, ovvero la formazione di una soluzione reciproca dei componenti metallici dell’utensile. Per limitare ciò si introducono elementi a reazione lenta quali i carburi di Ti. Labbro d’usura. L’usura del fianco altera la geometria dell’utensile. E’ descritta dal parametro VB , la sensibilità all’usura del fianco dipende da α. Dipende dall’usura per abrasione meccanica. Cratere d’usura. Si forma nel punto in cui T ed attrito raggiungono il loro massimo. E’ misurato dal parametro profondità KT. γ e le condizioni di lubrificazione sono le variabili più importanti. E’ legato all’usura per diffusione. La scheggiatura consiste nella rottura di una porzione di utensile in prossimità del tagliente. La porzione scheggiata può essere molto piccola (microscheggiatura) od interessare una zona relativamente ampia (frattura). E’ dovuta ad urti meccanici o fatica termica, può essere limitata con materiali che resistano a queste ultime criticità.
Tipico andamento dell’usura di un tagliente.
Per misurare l’usura si fa riferimento alle curve d’usura.
Si misura la durata in funzione del labbro di usura e successivamente si rappresentano delle curve in funzione di una gamma limitata di diverse velocità di taglio riportando le variabili in scale lineari o logaritmiche.
Le curve di durata in genere vengono tracciate su diagrammi in scala logaritmica dalle quali si può facilmente determinare il coefficiente di durata del tagliente n.
L’equazione di Taylor è da ritenersi valida in caso di lavorazioni di acciai e leghe a basso contenuto di carbonio, per sgrossature e semifiniture e per i principali tipi di materiale da utensile. Il suo utilizzo deve invece essere applicato con attenzione in caso di lavorazione di materiali ad alta resistenza, lavorazioni molto lunghe, lavorazioni con forti valori d’asportazione, e torniture di finitura in particolari condizioni di asportazione. L’equazione di Taylor è stata successivamente migliorata tenendo conto di ulteriori parametri concorrenti alla durata dell’utensile portando ad una relazione generalizzata.
Macchine utensili e lavorazioni per asportazione di truciolo.
Lavorazioni per asportazione di truciolo.
Introduzione Nei processi per asportazione di truciolo si usano UTENSILI (MONOTAGLIENTI o PLURITAGLIENTI) per ottenere la forma desiderata del pezzo. Nei processi ABRASIVI, invece, si usano taglienti di forma INDEFINITA ed in numero elevato. Operazioni di TAGLIO: - SOLIDI DI RIVOLUZIONE : - TORNITURA - FORATURA - ALESATURA - FORME VARIE : - FRESATURA - BROCCIATURA - TAGLIO INGRANAGGI
La Tornitura Il pezzo ruota attorno all’asse di rotazione del solido di rivoluzione che si vuole ottenere, l’utensile a punta singola descrive la generatrice del solido.
Moti caratteristici MOTO DI TAGLIO : rotatorio continuo, posseduto dal pezzo. Descritto dalla VELOCITA’ DI TAGLIO, V [m/min] , che rappresenta la velocità relativa t ra utensile e pezzo nel punto in cui avviene l’asportazione ed è equivalente alla velocità periferica del pezzo. E’ tangente alla sezione d el pezzo con verso concorde alla rotazione. MOTO DI AVANZAMENTO : rettilineo o curvilineo, posseduto dall’utensile, è ottenuto dalla combinazione di un moto parallelo ed uno perpendicolare all’asse di tornitura. Descritto da AVANZAMENTO, a [mm/giro], che ha lo scopo di portare a contatto dell’utensile nuova materiale da asportare. Definisce la VELOCITA’ DI AVANZAMENTO, Va. MOTO DI APPOSTAMENTO : rettilineo, posseduto dall’utensile, regola la posizione dell’utensile rispetto al pezzo. Descritto dalla PROFONDITA’ DI PASSATA, p [mm], che determina il sovrametallo da asportare.
Parametri dell’operazione MATERIAL REMOVAL RATE : esprime il volume di materiale asportato nell’unità di tempo, MRR [mm^3/min]. TEMPO DI LAVORAZIONE : esprime il tempo richiesto per la lavorazione di un tratto di lunghezza l, t [min].
Geometria dell’utensile a punta singola
ANGOLI DI SPOGLIA SUPERIORI : importanti per il controllo del deflusso del truciolo, al loro aumentare diminuiscono FORZE e TEMPERATURE.
ANGOLI DI SPOGLIA INFERIORI : controllano l’interferenza e lo sfregamento all’interfaccia utensile/pezzo. Al loro diminuire aumenta il CALORE GENERATO per attrito con la superficie lavorata e la FORZA DI REPULSIONE dell’utensile. Peggiora la RUGOSITA’. ANGOLI DEL TAGLIENTE : influenzano la formazione di truciolo, al loro diminuire aumenta il rapporto LUNGHEZZA/SPESSORE del truciolo e aumenta la VITA d ell’utensile. Influenzano la RUGOSITA’ teorica.
Forze in tornitura FORZA DI TAGLIO : agisce nella direzione della velocità di taglio (dall’alto al basso), l’utensile tende a flettersi verso il basso. Ft [N], determina la potenza assorbita P [kW]. FORZA DI AVANZAMENTO : agisce in direzione longitudinale, parallelamente alla direzione di avanzamento. Fa [N]. FORZA DI REPULSIONE : agisce radialmente e tende ad allontanare il pezzo. Fr [N].
Sgrossatura e Finitura Le operazioni di sgrossatura vengono condotte con l’obiettivo di asportare grandi quantità di materiale, mentre quelle di finitura prevedono profondità di passata ed avanzamenti inferiori. Solitamente si effettuano operazioni di sgrossatura per l’ottenimento della forma generale seguite da operazioni di finitura per il raggiungimento delle specifiche geometriche di prodotto in termini di TOLLERANZA e RUGOSITA’. Nelle operazioni di f initura è quindi ricercata una bassa rugosità, ciò può avvenire riducendo l’AVANZAMENTO, diminuendo gli ANGOLI DEL TAGLIENTE, aumentando il RAGGIO DI RACCORDO.
Foratura ed Alesatura Le operazioni di foratura possono essere eseguite mediante TRAPANATURA oppure ALESATURA. Nel TRAPANO possiamo montare PUNTE ELICOIDALI e ALESATORI PLURITAGLIENTI, nell’ALESATRICE, inoltre, BARENI e BARRE ALESATRICI. Nel praticare un foro bisogna tener conto di RUGOSITA’, TOLLERANZA DIMENSIONALE, CILINDRICITA’ DEL FORO, TOLLERANZA SULL’ASSE. Le prime tre caratteristiche sono consentite dall’operazione effettuata con il trapano, la tolleranza sull’asse è invece ottenibile e sclusivamente mediante ALESATURA. La pratica di eseguire fori è molto diffusa, i fori hanno funzioni di centraggio ed accoppiamento, e necessitano di una sequenza più o meno complessa di operazioni per la loro reazlizzazione. La sequenza completa è composta, in ordine, da CENTRATURA (preforo con un’apposita punta a centrare che prepara l’operazione di foratur a generando una GUIDA per la punta elicoidale, operazione sempre consigliabile), FORATURA (IT11, Ra=3um), ALLARGATURA (operazione atta ad allargare un foro, o ad ottenere sedi cilindriche o coniche su fori preesistenti. Hanno dimensioni di nocciolo più elevate e presentano 3 o 4 TAGLIENTI al fine di avere maggiore rigidezza a flessione e torsione), ALESATURA (IT7, Ra=0.8um, l’operazione è effettuata su macchine molto rigide e di elevata precisione dette ALESATRICI, ma talvolta anche su un TORNIO, con utensili MONOTAGLIENTI o PLURITAGLIENTI).
Moti caratteristici MOTO DI TAGLIO : rotatorio continuo, posseduto dall’utensile, determina l’asportazione di materiale. V [m/min] è la velocità relativa tra utensile e pezzo nel punto in cui avviene l’asportazione e non è costante lungo il tagliente, ma ha un minimo sull’asse ed un massimo in periferia. MOTO DI AVANZAMENTO : rettilineo, posseduto dall’utensile o dal pezzo. Serve a portare nuovo materiale da tagliare a contatto con l’utensile. V MOTO DI APPOSTAMENTO : posseduto dal pezzo o dall’utensile, serve a far coincidere l’asse dell’utensile con quello del foro da eseguire, oltre a portare l’utensile sul pezzo.
La punta elicoidale
La punta è costituita da un CODOLO cilindrico o conico per la TRASMISSIONE del moto e per il CENTRAGGIO sul mandrino, e da due SCANALATURE ELICOIDALI opposte con la funzione di EVACUARE il truciolo e far giungere il REFRIGERANTE ai taglienti. I QUADRETTI o superfici di guida sono costituiti da due risalti diametralmente opposti con la duplice funzione di GUIDA della punta nel foro e FINITURA delle pareti superficiali (Ra=1.8). Il NOCCIOLO garantisce RESISTENZA TORSIONALE. Il tagliente è individuato da un angolo di spoglia frontale ed uno di spoglia dorsale, che possono essere proiettati sul piano di taglio. Partendo dal centro della punta fino alla periferia si ha una variazione degli angoli di taglio lungo il tagliente da un minimo fino ad un massimo coincidente con l’inclinazione dell’elica. Nella lavorazione di METALLI DURI si usano ANGOLI DI SPOGLIA SUPERIORE minori. Per AVANZAMENTI elevati si ha la problematica del TALLONAMENTO.
Forze nella foratura La stima delle forze è effettuata supponendo le forze applicate nella mezzeria del tagliente, le componenti z, assieme alla forza sul nocciolo, contribuiscono al calcolo di Fa, resistenza all’avanzamento. Le Fx hanno braccio molto basso, trascurabili. Le Fy danno la coppia di taglio, con un braccio pari a D/4. Nel calcolo del TEMPO DI LAVORAZIONE è necessario tenere conto delle EXTRACORSE e dell’ALTEZZA DEL CONOIDE della punta. Il MRR esprime il volume di truciolo asportato. Si usano sovente perforatori con inserti in carburi sinterizzati per raggiungere elevate produttività. Sono reperibile anche punte con fori interni per il passaggio del refrigerante.
Il bareno e la barra alesatrice Per eseguire operazioni di foratura sull’alesatrice si utilizza il BARENO, un utensile MONOTAGLIENTE montato su un dispositivo di regolazione micrometrica rotante. La testa è molto costosa, ma permette di lavorare un’ampia gamma di diametri con un utensile semplice. L’operazione di BARENATURA è simile ad una tornitura interna, ma il moto di taglio è posseduto dall’utensile.
Qualora sia desiderabile operare fori molto lunghi e di diverso diametro, senza dover necessariamente cambiare il piazzamento del pezzo sulla macchina utensile si ricorre alla BARRA ALESATRICE.
La filettatura L’operazione di filettatura è possibile per asportazione di truciolo mediante TORNITURA (filetti interni ed esterni) o MASCHIATURA (filetti interni). Alternativamente si può ricorrere alla DEFORMAZIONE PLASTICA. La maschiatura può essere effettuata qualora il foro sia PREESISTENTE, l’asportazione di materiale avviene per progressivo avanzamento dell’utensile, ed è la sua geometria che da l’avanzamento. Nell’estremità è presente una RASTREMATURA che garantisce il DIAMETRO DI NOCCIOLO. L’utensile, costituito da una serie di denti di profilo opportuno è detto MASCHIO, possiede un moto rotatorio. I maschi sono disponibili con tre o quattro scanalature. L’operazione è generalmente svolta sul trapano: è necessario i mpartire all’utensile un AVANZAMENTO pari al PASSO, e al termine della corsa è n ecessario INVERTIRE il senso di rotazi one del MANDRINO per permettere l’uscita.
La fresatura Con il termine FRESATURA si indicano quelle operazioni che utilizzano una FRESA, un utensile PLURITAGLIENTE che ruota asportando materiale, per ottenere un'am’ia varietà di caratteristiche geometriche. I TAGLIENTI possono essere disposti su superfici di diverso genere (cilindriche, piane, coniche, ...). Ogni dente può essere assimilato ad un’utensile monotagliente che rimane in presa sul pezzo per un tempo limitato durante la rotazione.
Moti caratteristici MOTO DI TAGLIO : rotatorio continuo, posseduto dalla fresa. V [m/min]. MOTO DI AVANZAMENTO : è posseduto dal pezzo o dal l’utensile. a [mm/min]. MOTO DI APPOSTAMENTO : posseduto dal pezzo o dall’utensile, necessario alla regolazione del sovrametallo da asportare.
Tipi di fresatura Per quanto riguarda la posizione dell’asse della fresa rispetto al pezzo si può fare una distinzione tra fresatura PERIFERICA (ASSE PARALLELO al pezzo, l’utensile è una FRESA CILINDRICA che presenta un certo numero di taglienti ciascuno dei quali agisce come un utensile singolo, i DENTI possono essere DRITTI o ELICOIDALI con un’azione di taglio rispettivamente ORTOGONALE od OBLIQUO. Spesso si utilizzano frese a TRE TAGLIENTI, uno sulla superficie cilindrica e due su quelle perpendicolari all’asse di rotazione, adatte per la fabbricazione di SCANALATURE RETTILINEE PROFONDE, essendo più RIGIDE delle FRESE A CODOLO) e FRONTALE (ASSE PERPENDICOLARE al pezzo). Sono inoltre presenti delle frese di forma, MODULARI, adatte al taglio di INGRANAGGI o per realizzare profili SEMICIRCOLARI INTERNI o ESTERNI).
Fresatura periferica Il moto relativo utensile-pezzo è dato dalla composizione del moto di taglio rotatorio uniforme dell’utensile col moto di avanzmento rettilineo uniforme del pezzo. Attribuendo entrambi i moti all’utensile la traiettoria del punto diventa quella di un CICLOIDE. E’ possibile distinguere due tipi di fresatura in funzione del moto della fresa sul pezzo. Si può parlare di fresatura in CONCORDANZA (il tagliente inizia il TAGLIO sulla parte GIA’ LAVORATA, con una asportazione crescente fino al punto in cui abbandona il pezzo. Si ha un distacco VIOLENTO del TRUCIOLO, NOTEVOLI VIBRAZIONI, FINITURA superficiale PEGGIORE, la componente di forza nella direzione dell’avanzamento è UTILE, poichè contribuisce al recupero dei giochi, la componente radiale è NOCIVA poichè tende ad allontanare il pezzo dalla tavola) o in DISCORDANZA (MINORE POTENZA ASSORBITA, MIGLIORE FINITURA, MINORI VIBRAZIONI, il tagliente inizia a tagliare con un URTO, la componente in direzione dell’avanzamento è DANNOSA poichè favorisce i giochi nella madrevite rendendo necessaria la presenza di DISPOSITIVI A MOLLA per il recupero, la componente radiale è UTILE poichè mantiene il pezzo ancorato alla tavola). Lo SPESSORE del truciolo durante l ’operazione è VARIABILE.
Definite le distanze angolari tra i taglienti e gli angoli di impegno dei denti (MINORI o UGUALI AFFINCHE’ SI ABBIA UN SOLO DENTE IN PRESA) è possibile riportare l’andamento delle FORZE DI TAGLIO in funzione degli ANGOLI, rendendo possibile un’ottimizzazione della continuità delle prime (in particolare nella condizione che ANGOLO DI IMPEGNO = DISTANZA ANGOLARE TRA TAGLENTI). Nel caso di più denti in presa, invece, è possibile rendere il diagramma meno discontinuo AUMENTANDO IL NUMERO DI DENTI CONTEMPORANEAMENTE IN PRESA. Ciò è possibile se a PARITA’ DI DENTI DIMINUISCO IL DIAMETRO (ma minor sezione resistente quindi dente più DEBOLE), o se, a parità di DIAMETRO AUMENTO IL NUMERO DI DENTI (ma minor spessore del truciolo, con conseguente incremento di PRESSIONI e quindi FORZE DI TAGLIO molto elevate. E’ possibile avere anche FRESE ELICOIDALI. In questo caso è necessario introdurre il parametro geometrico di INCLINAZIONE, da cui dipendono passi ed angoli di spoglia. Spaziando opportunamente i denti in presa l’AREA del truciolo può essere mantenuta COSTANTE, determinando quindi, a fronte di un COSTO MAGGIORE, MINORI VIBRAZIONI.
Fresatura frontale Nella fresatura frontale l’utensile è fissato ad un mandrino che ruota su un asse perpendicolare alla superficie del pezzo. E’ utilizzata maggiomente per la SPIANATURA di superfici PIANE. In genere gli utensili sono costituiti da inserti in carburi metallici o acciaio rapido, montati su un corpo fresa.
E’ possibile distinguere diverse tipologie di fresa frontale in funzione del rapporto lunghezza/diametro. FRESE A DISCO : GRANDE DIAMETRO, per la spianatura di AMPIE superfici. L’azione di TAGLIO è principalmente PERIFERICA. L’interno della fresa non partecipa al ta glio, dunque la fresa è spesso scavata al suo interno. I taglienti sono sulla superficie cilindrica e su una piana perpendicolare all’asse, possono essere a MANICOTTO per la lavorazione contemporanea di superfici perpendicolari tra loro, o PIANE con inserti in carburi con asse di rotazione perpendicolare. FRESE A CODOLO : PICCOLO DIAMETRO, ELEVATA LUNGHEZZA. Possono essere a 4 o 2 TAGLIENTI. Nella fresa a 4 TAGLIENTI al centro è presente una vite. Ha funzione analoga alla fresa a disco, ma per superfici minori. NON E’ POSSIBILE REALIZZARE CAVE DAL PIENO, MA SOLO SCANALATURE). Nella fresa a 2 TAGLIENTI il tagliente è presente anche al centro, ed è POSSIBILE REALIZZARE LA CAVA A PARTIRE DAL PIENO. Per realizzare superfici complesse si utilizzano frese a codolo con estremità EMISFERICA. FRESE CONICHE : Possono essere simmetriche o piano-coniche. Lavorando con ALBERO PORTAFRESA generano superfici RETTILINEE, lavorando a SBALZO possono eseguire guide a CODA DI RONDINE o PROFILI CONICI CURVI. FRESE PER SCANALATURE A T : realizzano le scanalature a T PREVIA fabbricazione della scanalatura a sezione rettangolare per il passaggio del CODOLO.
Fresatura frontale
All’aumentare di X angolo di inclinazione, lo spessore del truciolo indeformato p DIMINUISCE, anche la lunghezza di contatto b, e quindi la larghezza del truciolo, DIMINUISCE. In questa maniera l’utensile si usura di meno.
Quanto detto per la rugosità in tornitura è ancora valido, Ra AUMENTA con l’avanzamento e DIMINUISCE con il raggio di raccordo.
Quando la superficie in lavorazione ha una lunghezza maggiore di metà della fresa le due modalità di lavoro in concordanza ed opposizione avvengono contemporaneamente.
Per la determinazione dell’area di truciolo si considerano le traiettorie descritte da due taglienti consecutivi assimilabili a circonferenze di centro O e O’. Dopo una prima formulazione dell’altezza media del truciolo in funzione degli angoli si passa ad una dove compaiono esclusivamente parametri misurabili per consentirne una valutazione corretta.
Parametri di fresatura Il tempo di lavorazione deve tener conto della distanza a cui avviene il primo contatto della fresa con il pezzo.
La rettificatura La lavorazione di rettificatura avviene mediante l’asportazione di PICCOLISSIMI trucioli di materiale da parte di una MOLA contenente grani abrasivi conglomerati con un legante. Un ABRASIVO è una particella piccola e dura con spigoli affilati e forma irregolare in modo da rimuovere piccole quantità di materiale. E ’possibile asportare materiale di elevata durezza. La rettifica è eseguita su materiali TEMPRATI od INDURITI SUPERFICIALMENTE. I sovrametalli da a sportare sono dell’ordine dei DECIMI o CENTESIMI di millimetro.
Gli abrasivi Distinguiamo tra abrasivi CONVENZIONALI (Al2O3, SiC) e SUPERABRASIVI (nitruro di boro cubico, diamante). Il parametro che descrive il comportamento di un abrasivo è la FRIABILITA’ e indica l ’attitudine dell’abrasivo a fratturarsi in piccoli pezzi. La friabilità conferisce all’abrasivo la capacità di AUTOAFFILAMENTO.
Mole abrasive I grani abrasivi sono tenuti assieme tra loro da un legante e formano una mola, dotata di una certa POROSITA’ per garantire lo spazio per il TRUCIOLO asportato. Gli angoli di taglio sono presenti, ma hanno valori incontrollabili poichè variano da grano a grano. L’angolo di spoglia superiore è tendenzialmente negativo. I leganti più utilizzati sono leganti CERAMICI (V<30m/s), SILICATI, ELASTOMERI (in presenza di urti),RESINOIDI (V alte), METALLICI. La scelta della mola è effettuata in funzione del GRANO ABRASIVO (grana grossa per sgrossatura e lavorazioni di materiali a bassa resistenza), DUREZZA DEL LEGANTE (nella lavorazione di materiali duri si preferiscono leganti teneri di modo che perdano celermente i grani usurati), STRUTTURA (la porosità della struttura è bene sia alta per migliorare il raffreddamento nella lavorazione di superfici ampie e materiali teneri). Il montaggio di una mola deve garantire eccellente EQUILIBRATURA, per garantirla si effettua periodicamente un ciclo di RAVVIVATURA, mediante tornitura della mola con un utensile diamantato
Meccanismo di taglio Lo spessore asportato da un grano non coincide con l’affondamento massimo di quest’ultimo nel materiale, infatti heff < h0. Si hanno deformazioni plastiche rilevanti, ed il processo richiede ENERGIE SPECIFICHE molto ALTE, si lavora quindi sempre con LUBRIFICAZIONE, perchè il truciolo non asporta il calore dalla zona di taglio e la percentuale maggiore di calore viene trasmessa al pezzo.
Forze di taglio Il calcolo delle forze di taglio è un procedimento abbastanza complesso e si ricorre spesso a tabelle.
Tipologie di rettifica RETTIFICA IN PIANO : tra le più comuni, il pezzo è fissato alla tavola mediante piano magnetico o morse. RETTIFICA CILINDRICA O ESTERNA : il pezzo assialsimmetrico viene messo in rotazione attorno al proprio asse e la mola asume un moto rettilineo alternato o circolare (per filetti). E’ anche possibile che la mola possegga moto di taglio, di accostamento radiale e di alimentazione longitudinale, mentre il pezzo genera l’avanzamento circonferenziale. RETTIFICA PER INTERNI : una mola di piccole dimensioni viene utilizzata per rettificare la superficie interna dei pezzi, può ruotare fino ad una velocità di 30000 giri/min. RETTIFICA CILINDRICA SENZA CENTRI : la mola conduttrice è un iperboloide di modo da generare un cilindro e conferire al pezzo una componente di moto assiale. RETTIFICA A TUFFO : E’adatta a grandi produzioni di serie, ma è costosa e la differenza tra diametri non deve essere eccessiva. RETTIFICA DI FILETTATURE : mediante rettifica trasversale o a tuffo, è un processo simile alla rettifica di ruote dentate.
Parametri di taglio RAPPORTO DI RETTIFICA : rapporto tra volume ASPORTATO del pezzo e PERSO dalla mola. Diminuisce all’aumentare della profondità di passata e all’aumentare dell’avanzameto, mentre cresce con la velocità di taglio. Se troppo basso è troppo costoso, se troppo elevato causa il danneggiamento della superficie lavorata a causa dei grani abrasivi troppo arrotondati.
La brocciatura
La BROCCIA è un utensile PLURITAGLIENTE che può essere integrale o con placchette.
Moti caratteristici MOTO DI TAGLIO : solitamente rettilineo alternato ed è dato all’utensile. Con una sola corsa dell’utensile si ottiene la forma desiderata (sgrossatura + finitura + calibratura in un’unica passata) su superfici interne ed esterne. MOTO DI AVANZAMENTO : è dato dalla differenza di altezza tra i taglienti.
La broccia Possono essere svolte operazioni di brocciatura INTERNA (possibile solo per fori PASSANTI, dev’essere presente il preforo per il passaggio della guida anteriore della broccia), ed ESTERNA (dev’essere presente la PREFORMA per il passaggio della guida anteriore della broccia). L’applicazione dei carichi può essere a TRAZIONE (più frequente) e COMPRESSIONE (limitata dal carico di punta dell’utensile)
Taglio di ruote dentate
Esistono diversi modi per ottenere una ruota dentata, a sinistra sono indicate le diverse possibilità.
Materiali per ruote dentate I materiali utilizzati sono ACCIAI, GHISE, BRONZO, MATERIE PLASTICHE. In particolare gli acciai si dividono in: ACCIAI DA BONIFICA : qualora il problema della resistenza meccanica sia più vincolante rispetto a quello della resistenza all’usura. E’ importante limitare le distorsioni dovute al trattamento termico. ACCIAI DA CEMENTAZIONE : qualora occorrano maggiori durezze superficiali per diminuire l’usura, ed occorra buona resilienza nel cuore.
Generazione per divisione I denti vengono realizzati mediante FRESE DI FORMA e si asporta per fresatura il VANO tra due denti successivi. Non viene quasi mai utilizzata perchè necessita di tanti utensili differenti a seconda della dentatura da realizzare. E’ di interesse rilevante qualora si vogliano generare rupte con denti molto grandi (m=10-80 mm).
Generazione per inviluppo Nella generazione per inviluppo l’UTENSILE viene trattato come una RUOTA DENTATA, ed il PEZZO è un CILINDRO PIENO. Si riproduce l’accoppiamento tra due ruote coniugate supponendo che pezzo ed utensile possano ingranare e la ruota generata avrà lo stesso modulo della generatrice. E’quindi possibile con un unico utensile ruote di QUALUNQUE D e z.
Dentatrice a creatore I taglienti sono ottenuti dall’intersezione del/i filetto/i con i solchi ortogonali all’elica media. Il profilo di ciascun dente è a forma di spirale logaritmica. Ipotizzando un diametro di base tendente ad infinito si ricade nel caso della dentiera: è possibile generare un profilo ad evolvente pur avendo un utensile a denti trapezi. Questo significa che maggiore è il diametro del creatore più ci si avvicina a questa situazione.
Una ruota dentata elicoidale ad evolvente può essere fatta ingranare con un’altra a denti dritti o elicoidali con asse sghembo rispetto alla prima, purchè questa abbia, rispetto al creatore che è dotato di moto di taglio di rotazione, un moto di generazione identico a quello che avrebbe se fosse già tagliata ed ingranasse con esso. Occorre infine un moto di ALIMENTAZIONE, posseduto dal CREATORE, PARALELO all’asse della RUOTA.
E’ dunque possibile ottenere il taglio di una ruota dentata a denti elicoidali con la dentatrice a creatore. Infatti mentre il CREATORE TRASLA lungo l’asse della ruota, la VELOCITA’ ANGOLARE del PEZZO dev’essere corretta affinchè i denti del CREATORE percorrano, scavandolo, solo il SOLCO ELICOIDALE. Mentre il CREATORE RUOTA di un certo angolo, la ruota compie una ROTAZIONE di angolo diverso. Essendo quest’ultimo angolo anche l’angolo compreso tra due segmenti consecutivi delimitanti il profilo, tale profilo è tanto più prossimo ad un evolvente quanto quest’angolo è minore. Quindi la qualità è direttamente proporzionale al numero di principi del creatore ed inversamente proporzionale al numero di taglienti ad ogni passo. Il tempo di lavorazione è direttamente proporzionale al D del creatore. Dunque la tendenza principale è quella di la vorare con PIU’ PRINCIPI (3), e finire la ruota o di RETTIFICA o di SBARBATURA.
Accoppiamento con vite senza fine Il creatore è l’unico tipo di dentatrice adatto al taglio delle ruote elicoidali per accoppiamento con viti senza fine. In questo caso il creatore deve avere le stesse caratteristiche della vite. Il MOTO DI GENERAZIONE è posseduto dalla RUOTA, il MOTO DI TAGLIO E DI AVANZAMENTO dal CREATORE. MOTO DI AVANZAMENTO RADIALE Il taglio termina quando il creatore ha raggiunto la completa penetrazione. Il tempo macchina è minore rispetto al caso di moto tangenziale. Si utilizza se e solo se l’elica media della vita ha inclinazione limitata (<6,8°).
MOTO DI AVANZAMENTO TANGENZIALE Il taglio termina quando il creatore si disimpegna dalla ruota, il tempo macchina è maggiore rispetto al moto radiale. Per compensare il moto assiale del creatore la ruota deve possedere un modo di rotazione supplementare. Si hanno risultati migliori per imbocco conico, di modo da evitare il danneggiamento dei denti durante la penetrazione.
Taglio di ruote dentate su strozzatrice I fattori che rendono preferibile l’utilizzo di una dentatrice strozzatrice al posto del creatore sono: MOTIVI TECNICI (miglior finitura poichè l’avanzamento è indipendente dal rapporto di trasmissione tra coltello e ruota). MOTIVI ECONOMICI (pezzi di larghezza ridotta o ruote con elevato numero di denti, poichè il tempo di processo in strozzatura è indipendente dal z, ma dipendente da D). IMPOSSIBILITA’ DI IMPIEGO DEL CREATORE (ruote intern e o ruote prossime a spallamenti). Le strozzatrici utilizzano per il taglio COLTELLI CIRCOLARI (FELLOW) O DENTIERE.
Taglio con coltello Fellows Ruote a denti dritti Il coltello FELLOWS è una ruota dentata ad evolevente con un numero di denti relativamente BASSO (20/40) i cui taglienti sono opportunamente spogliati. Il taglio avviene in 2 fasi: PENETRAZIONE: Il COLTELLO possiede il MOTO DI AVANZAMENTO RADIALE E IL MOTO ALTERNATIVO DI TAGLIO. Per ruote con m piccolo l’avanzamento radiale prosegue finchè il dente non è completamente impegnato nella ruota. Per m medio/grande la penetrazione completa avviene in più fasi successive : all’i nizio della lavorazione ed al termine di ogni giro della ruota. GENERAZIONE: al COLTELLO sono conferiti il MOTO ALTERNATIVO DI TAGLIO E IL MOTO ROTATORIO (DISCONTINUO) attorno al proprio ASSE. La ruota ha moto rotatorio discontinuo attorno al suo asse e le viene impresso un piccolo spostamento radiale che consenta il distacco per permettere al coltello di ritornare senza strisciamenti sul fianco. Per m piccoli si effettua solo la prima fase.
Ruote a denti elicoidali Occorre impegnare un coltello fellows ELICOIDALE con inclinazione dell’elica primitiva uguale a quella della ruota da tagliare. Oltre ai moti di taglio e generazione visti per le ruote a denti dritti occorre conferire al coltello un moto elicoidale. E’necessario dunque attrezzare la macchina con una guida elicoidale sulla quale possa scorrere il mandrino porta utensile. Dunque il processo è conveniente qualora sia richiesta una produzione in serie.
Strozzatrici con utensile a dentiera Il profilo dei denti viene generato per inviluppo dei denti dell’utensile a seguito del rotolamento della primitiva di taglio della ruota da tagliare sulla primitiva della dentiera. MOTO DI GENERAZIONE: la ruota rotola rispetto alla dentiera, è intermittente ed avviene durante la corsa di ritorno dell’utensile. MOTO DI TAGLIO: è posseduto dall’utensile ed è un moto alternativo rettilineo, diretto secondo l’asse della ruota da tagliare se questa ha denti dritti, inclinato dell’angolo d’elica se elicoidali. MOTO DI DIVISIONE: è posseduto dalla ruota ed è un moto traslatorio necessario affinchè tutta la primitiva della ruota possa svilupparsi su un segmento relativamente corto della dentiera. Avviene al termine di ciascuna fase. Nel sistema SUNDERLAND la generazione avviene in modo analogo per quanto riguarda i moti relativi: MOTO DI GENERAZIONE: la dentiera ha moto di traslazione e la ruota quello di rotazione. MOTO DI TAGLIO: posseduto dalla dentiera che alla fine della corsa di lavoro si distacca dal pezzo. MOTO DI DIVISIONE: è posseduto dalla dentiera.
Finitura delle ruote dentate SBARBATURA: Corregge bene ERRORI sul PROFILO, NON ELIMINA gli ERRORI DI DIVISIONE, CONCENTRICITA’ E ANGOLO D’ELICA. Per eseguirla si utilizza un utensile in acciaio rapido o super rapido quindi è eseguibile solo su ruote NON INDURITE SUPERFICIALMENTE. L’utensile è simile ad una ruota dentata ad evolevente. Sul fianco dei denti sono ricavati numerosi solchi che generano sulla superficie degli spigoli taglienti. Questi solchi sono ricavati mediante strozzatura e questo spiega la presenza di gole di scarico sulla base dei denti. Lo sbarbatore è un utensile costoso perchè complesso e perchè deve avere tolleranze molto strette. Può anche avere grandi dimensioni. La sbarbatrice, al contrario, è una macchina semplice e poco costosa poichè il t empo di lavorazione è nell’ordine del minuto.
Macchine Utensili
Introduzione
Il tornio
BASAMENTO : Sostiene le parti e guida gli spostamenti di CARRELLO e CONTROPUNTA.
GRUPPO TESTA MOTRICE.
GRUPPO CARRELLI: Il gruppo carrelli comprende tutte le SLITTE ed i relativi meccanismi e comandi per gli spostamenti dell’utensile. CARRLO LONGITUDINALE. CARRO TRASVERSALE. CARRELLINO SUPERIORE, dove è posizionata la TORRETTA PORTAUTENSILI.
CONTROTESTA E CONTROPUNTA.
La controtesta sorregge i pezzi di elevata lunghezza (MONTAGGIO TRA LE PUNTE). La linea immaginaria tra le punte è l’ASSE DEL TORNIO. La controtesta può essere utilizzata come portautensile con AVANZAMENTO MANUALE per l’esecuzione di FORI con PUNTA ELICOIDALE.
GRUPPO BARRE. Il movimento automatico longitudinale o trasversale viene trasmesso al gruppo carrelli mediante due barre: VITE MADRE: barra superiore utilizzata per l’esecuzione di FILETTATURE, consente di collegare la ROTAZIONE DEL PEZZO montato sul mandrino con la TRASLAZIONE ASSIALE dell’UTENSILE con giochi minimi BARRA SCANALATA: permette il movimento automatico del carro longitudinale o di quello trasversale. Giochi maggiori rispetto alla madrevite.
TORRETTE PORTAUTENSILI
Lo stelo dell’utensile viene bloccato su apposite torrette che permettono il rapido fissaggio di uno o più utensili. La torretta è regolabile in altezza ed in orientamento.
ATTREZZATURE PER IL MONTAGGIO DEL PEZZO Le modalità con le quali si può montare il pezzo sul tornio sono diverse e dipendono dal rapporto tra LUNGHEZZA e DIAMETRO del pezzo e dal tipo di LAVORAZIONE. Il pezzo viene fissato e riferito in modo preciso all’albero mandrino che costituisce l’organo rotante del tornio e che quindi individua l’asse di rotazione coincidente con quello del pezzo a fine lavorazione.
MONTAGGIO A SBALZO CON AUTOCENTRANTE, PINZE O SPINE. L/D<1 MONTAGGIO TRA AUTOCENTRANTE E CONTROPUNTA. 15
AUTOCENTRANTI.
PINZE. Quando viene lavorata a sbalzo una barra, da cui viene troncato il pezzo finito per poi far avanzare un altro tratto e ricominciare il ciclo di lavorazioni, conviene utilizzare come organo di serraggio una pinza elastica. La sua chiusura può essere comandata a trazione o a spinta, ottimo centraggio e serraggio, bassa influenza delle forze centrifughe. Occorre una pinza per ogni dimensione nominale di barra.
TORNIO DA BARRA.
MONTAGGIO TRA LE PUNTE. Per alloggiare il pezzo tra punta e contropunta è necessaria una CENTRINATURA di modo che il pezzo sia correttamente riferito tra le punte. Afferrare un pezzo tra le punte mette in evidenza l’asse del sistema e limita gli errori di posizionamento che si avrebbero con gli al tri afferraggi
Se la lunghezza delle pezzo è molto elevata si usano SISTEMI BRIDA-MENABRIDA, o SISTEMI CON TRASCINATORE FRONTALE. SISTEMA BRIDA-MENABRIDA
BRIDA: dispositivo in acciaio con un’apertura in cui viene inserito il pezzo, bloccato per mezzo di una vite a puntare. MENABRIDA: parte trainante del dispositivo, fissata al mandrino utilizzando i fori sulla flangia.
SISTEMA CON TRASCINATORE FRONTALE. Viene montato direttamente sull’albero mandrino. E’ composto da una punta da appoggiare sul centrino del pezzo e da una serie di “scalpelli” molleggiati che si appoggiano sul pezzo e lo incidono con una serie di tacche attraverso le quali si ha il trascinamento.
Nel caso di problemi di flessione e vibrazione si utilizzano LUNETTE fisse o mobili.
Torni per la produzione in serie TORNIO A TORRETTA. Vengono eseguite più operazioni contemporaneamente, la sostituzione e regolazione degli utensili è più facile. Lo spostamento ed il serraggio della barra, i moti di lavoro, la rotazione della torretta, gli arresti ed i riavvii sono automatizzati.
TORNI AUTOMATICI PLURIMANDRINO.
Una serie di mandrini sono disposti su un tamburo, ad ogni stazione il pezzo subisce una lavorazione diversa.
TORNI AUTOMATICI RADIALI Gli utensili di forma possiedono solo movimenti radiali, i moti assiali sono conferiti alla barra. Si utilizzano per la realizzazione di piccoli particolari per produzioni molto elevate. La loro messa a punto è complessa.
CONFRONTO TRA TORNIO PARALLELO/AUTOMATICO.
TORNI SPECIALI: VERTICALI E FRONTALI VERTICALE: servono principalmente per lavorare pezzi di notevoli dimensioni e di grande diametro, ma di altezza non troppo elevata. Il mandrino non è sollecitato a flessione. Molti torni moderni sono di questo tipo. FRONTALE: lavorazione di pezzi di grande diametro e limitata lunghezza come pulegge, volani, giranti, ecc. Con queste macchine si eseguono per lo più lavorazioni di tornitura frontale (SFACCIATURA).
TORNIO A NUMERICO
CONTROLLO
In grado di eseguire automaticamente complessi programmi di lavoro e gestire più utensili sulla stessa torretta.
Il trapano
TRAPANO A COLONNA
La punta viene avvicinata al pezzo a velocità manuale o automatica. I trapani a colonna hanno bassa capacità di foratura (10-20 mm).
TRAPANO RADIALE Nei trapani radiali si può spostare l’utensile sul pezzo e hanno una maggiore capacità di foratura (80 mm).
TESTA DI FORATURA MULTIMANDRINO
Per lavorazioni di serie di pezzi con un numero elevato di fori si usano trapani multimandrino. Un unico motore trasmette il moto a più mandrini bloccati in posizioni corrispondenti ai fori. La foratura completa viene eseguita in un’unica operazione.
L’alesatrice
ALESATRICE VERTICALE. Macchina simile ad un tornio, ma l’asse di rotazione del pezzo è verticale. Macchina scarsamente utilizzata.
ALESATRICE ORIZZONTALE. Il mandrino possiede moti di taglio e di avanzamento, la tavola portapezzo possiede almeno due gradi di libertà. E’presente un montante fisso che porta un supporto allineato con il mandrino per l’alesatura di fori molto lunghi.
Le alesatrici orizzontali sono macchine molto rigide e di elevata precisione. Dalla loro architettura sono nati i moderni centri di lavoro CNC. Mediante barra alesatrice è possibile alesare fori concentrici, anche lontani e di diverso D con una precisione notevole.
La fresa FRESATRICE ORIZZONTALE.
Macchina utensile nella quale il moto di taglio è affidato ad un utensile posto in rotazione. Il moto di avanzamento è conferito al pezzo posto su una slitta.
FRESATRICE UNIVERSALE.
La testa è verticale.
FRESATRICE CNC.
Per la lavorazione di profili complessi. La movimentazione della fresa avviene in 5 assi.
La rettificatrice RETTIFICATRICE. La tavola portapezzo ha un moto di alimentazione longitudinale di tipo rettilineo alternato in direzione tangenziale alla mola e un moto trasversale che incrementa ad ogni passata.
RETTIFICATRICE PER ESTERNI.
RETTIFICATRICE PER INTERNI.
RETTIFICATRICE UNIVERSALE.
La brocciatrice
Le dentatrici
DENTATRICE A CREATORE. Il creatore viene montato su una testa composta da scorrevole verticalmente su guide portate dal montante orientabile per la registrazione angolare del creatore trasversale che permette sia la registrazione del l’alimentazione trasversale.
tre slitte, una fisso, un disco ed una slitta creatore che
Il pezzo è sostenuto da una tavola che può traslare orizzontalmente e rimane centrato tramite un supporto superiore. DENTATRICE A STROZZATRICE.
SISTEMA SUNDERLAND.
Il controllo numerico Qualunque dispositivo (solitamente elettronico) che rende possibile il posizionamento di uno o più organi meccanici, impartendo comandi in modo automatico attraverso la lettura di un programma definito da numeri e simboli è definito a controllo numerico. Questo tipo di attrezzatura garantisce molteplici vantaggi:
Diminuzione delle azioni svolte dall’operatore.
Aumento della produttività.
Miglioramento di qualità e precisione.
Maggiore flessibilità del processo.
Lavorazione di componenti con superfici curve complesse. Possibilità di ottimizzare il processo tramite il cotrollo dei parametri in gioco.
ISTRUZIONI : insieme di comandi che la macchina deve eseguire durante la lavorazione. Utensili, lavorazioni, movimentazioni, sono genericamente chiamati NC PROGRAM e possono essere fornite tramite CAM o da operatore.
Architettura
Il controllo è sempre relativo alla posizione ed alla velocità reale della tavola (asse comandato).
L’informazione sulla posizione attuale (reale) avviene tramite TRASDUTTORE ovvero un dispositivo che traduce uno spostamento in un segnale elettrico (solitamente una tensione).
Designazione degli assi di moto Alla base di ciascun programma di gestione del processo c ’è la conoscenza degli assi di moto rispetto ai quali si vorrà impostare la traiettoria utensile. Vi sono diverse definizioni per la nomenclatura degli assi e del loro moto: ISO 841 ,2001.
Nelle macchine CNC la movimentazione delle tavole porta pezzo e porta utensile e la traslazione sono realizzate grazie a quattro componenti principali:
GRUPPO POTENZA (E’ l’insieme costituito da motore elettrico e dai dispositivi elettronici utilizzati per il controllo delle grandezze impostate per la lavorazione, ad esempio, la velocità di lavoro, la posizione dell’utensile, ecc. Nell’azionamento degli assi e dei mandrini si richiedono disponibilità di coppia pressochè costanti. Per gli assi sono richiesti motori passo passo o lineari, per i mandrini motori a cc con regolazione continua della velocità od ac pilotati da inverter). VITE A RICIRCOLO DI SFERE (Il contatto tra gli organi di movimento è mediato dall ’utilizzo di corpi volventi. Solitamente sono utilizzati con un precarico per il recupero dei giochi. I vantaggi derivanti da questo sistema sono molteplici: elevato rendimento e durata, riduzione attriti, resistenza all’usura, annullamento dei giochi con precarico, precisione di posizionamento, rigidità assiale, ridotta produzione di calore per attrito, minor forza di trasmissione da applicare all’asse, eliminazione dello stick-slip.
CHIOCCIOLA
GUIDA
Zero macchina e zero pezzo ZERO MACCHINA : E’impostato dal costruttore ed è il punto di origine degli assi. E’fisso. ZERO PEZZO: Lo zero pezzo è il punto rispetto al quale vengono riferite tutte l e operazioni da effettuare sul componente, può quindi essere scelto in modo da facilitare la pianificazione del percorso che deve compiere l’utensile in fase di processo. E’scelto dall’operatore per ciascuna operazione.
Programma Il programma CNC non è altro che un insieme di istruzioni contenenti tutti i dati necessari per la lavorazione del componente. La programmazione può essere:
AUTOMATICA, tramite PC o workstation MANUALE, il programmatore effettua i calcoli e scrive il codice nel linguaggio macchina. Per fare ciò il processo viene diviso nelle sue fasi elementari, viene stabilito il corretto ordine delle operazioni, vengono generate le
superfici e linee del pezzo per interpolazione, sfruttando le curve che si possono generare con il controller, scrivere il programma nel linguaggio macchina.
Linguaggio ISO
