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Asportazione di truciolo 1
Distacco di alcune parti di materiale dal pezzoattraverso l’interazione con utensili che agisconoin maniera progressiva
- cinematica del taglio- meccanica del taglio- parametri di lavorazione- risultati delle lavorazione- macchine e processi
Lavorazioni per asportazione di truciolo
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Asportazione di truciolo 2
FORMAZIONE DEL TRUCIOLO
Azione di utensile elementare
misure sperimentali mostrano:- produzione di calore- spessore del truciolo hc > ho - durezza del truciolo > durezza metallo base
la formazione del truciolo avviene per deformazione plastica
utensile
truciolo
materiale in lavorazione
ho
hc
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Asportazione di truciolo 3
Metodi per analizzare la deformazione plastica durante la lavorazione
- taglio interrotto- microscopia ottica ed elettronica della morfologia del truciolo
zona di deformazione plastica secondaria
zona di deformazione plastica primaria
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Asportazione di truciolo 4
Dispositivo quick stop tests
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Asportazione di truciolo 5
TIPI DI TRUCIOLO
Fluente, continuoframmentato, indica che nella zona di deformazione primaria si è avuta unavariazione della direzionedi deformazionevibrazioni,irregolarità, durata inferiore di utensile
Segmentato tipico di materiali duri ma tenaci (acciai alto carbonio)si ha modesta deformazione nella zona secondaria
Fluente, continuo,tipico di materiali duttili(acciai basso carbonio,alluminio, alcune leghe leggere), la deformazione e l’attrito nella zona di deformazione secondaria portano a notevole produzione di calore
Ad elementi staccatitipico di materiali durifragili ottone, ghisa)non si ha deformazione nella zona secondaria
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Asportazione di truciolo 6
TAGLIO ORTOGONALE LIBERO
IPOTESI:- larghezza del tagliente maggiore
di larghezza del pezzo- velocità di taglio costante lungo tagliente- tagliente perpendicolare alla velocità di taglio
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Asportazione di truciolo 7
φΦ angolo di scorrimento
hc spessore del truciolo
ho spessore del truciolo indeformato
rc = hc / ho fattore di ricalcamento
geometricamente: rc = sen ( φ ) / cos ( φ − γ )
ho
h1
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Asportazione di truciolo 8
ANGOLI DI TAGLIOγ angolo di spoglia frontale >0, <0, =0α angolo di spoglia dorsale >0β angolo di taglio ??
γ + α + β = 90°
γ
β
α
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Asportazione di truciolo 9
Modello di Pijspanenper la formazione del truciolo
permette di ottenere la deformazione
γs = cot φ + tan (φ − γ)
e poi (minimizzando γs )
φ = 45 + γ / 2
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Asportazione di truciolo 10
CINEMATICA DEL TAGLIO
VfVt velocità relativa utensile pezzo γ
velocità di taglio Vsφ
Vs velocità relativa truciolo pezzovelocità di scorrimento Vt
Vf velocità relativa truciolo utensilevelocità di flusso
Vt x ho = Vf x h1 Vf = Vt x rc Vs = Vf cosγ / sinφ
ed infine la velocità di deformazione γs = Vt / ∆x cos γ / cos ( φ − γ )
Con varie relazioni è possibile determinare tali valori
.
Da osservazioni sperimentali è possibile stimare ∆x e quindi,dopo calcolato e misurato le altre grandezze in gioco, anche la velocità di deformazione
γs ∈ [ 102 - 106 s-1 ]
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Asportazione di truciolo 11
DINAMICA DEL TAGLIO
Il truciolo è in equilibrio sottol’azione dell’utensile e la reazionedel pezzo
la forza generica che si scambiano utensilee pezzo può essere scomposta lungo direzionidi interesse tecnologico:
- direzione velocità di taglio potenza di taglio scelta macchina e parametri- direzione perpendicolare inflessione pezzo tolleranza di lavorazione- direzione petto utensile usura utensile cambio utensili- direzione piano di scorrimento minima forza condizioni per il taglio
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Asportazione di truciolo 12
Scomposizione della forza risultantesecondo il ‘cerchio di Merchant’
R = SQR ( Fz2 + Fx
2 )
Fz = R cos ( µ − γ )
Fx = R sen ( µ − γ )
Fs = R cos (φ + µ − γ ) = Fz cos φ − Fx sen φ
Fn = R sen ( φ + µ − γ ) = Fz sin φ + Fx cos φ
T = R sen µ e N = R cos µ
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Asportazione di truciolo 13
Sul piano di scorrimento
R cos ( φ + µ − γ ) sen φτs = Fs / Ss = Fs / S sen φ = -----------------------------------------
Se
R sin ( φ + µ − γ ) sen φσs = Fn / Ss = Fn / S sen φ = -----------------------------------------
S
Queste relazioni ci suggeriscono come e quando sia possibileavere deformazione plastica sul piano di scorrimentoInfatti, è possibile trovare un piano caratterizzato da un certo φ nel quale la τs sia massima ed, eventualmente, maggiore della resistenza alla deformazione del materiale.La forza Fz che provoca scorrimento su quel piano è quindi la forza minima chepuò formare truciolo.Il problema è quindi quello di trovare una espressione Fz = f( φ , µ , γ ), ricavare il valore di φ che rende minima la F
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Asportazione di truciolo 14
Fs cos ( µ − γ ) τs S cos ( µ − γ )Fz = ----------------------- = ---------------------------
cos ( φ + µ − γ ) sen φ cos (φ + µ − γ )
derivando rispetto a φ ed uguagliando a zero:
dFz cos φ cos ( φ + µ − γ ) - sen φ sen (φ + µ − γ )----- = - ----------------------------------------------------------- = 0dφ sen2 φ cos2 (φ + µ − γ )
cioècos φ cos ( φ + µ − γ ) - sen φ sen (φ + µ − γ ) = cos ( φ + φ + µ − γ ) = 0
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Asportazione di truciolo 15
Relazione di Ernst - Merchant
2 φ + µ − γ = π / 2
angolo di scorrimento: - diminuisce con l’aumentare dell’angolo di attrito- aumenta con l’angolo di spoglia frontale
L’evidenza sperimentale mostra una certa differenza da talerelazione e allora Merchant, considerando anche la σs, secondo la τs = τo + k σs ha proposto la
2 φ + µ − γ = ζ
la determinazione sperimentale di ζ permette un migliore accordo
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Asportazione di truciolo 16
FORZA DI TAGLIO
cos (ζ - 2φ)Metodo del τs Fz = τs S -------------------------(analitico) sen φ cos (ζ - φ)
sen (ζ - 2φ)e Fx = τs S -------------------------
sen φ cos (ζ - φ)
- difficile determinazione τs e φ- alcune ipotesi semplificative per ottenere soluzione
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Asportazione di truciolo 17
Metodo del Ks Fz = Ks A(sperimentale)
- tiene conto della reale situazione tecnologica- le approssimazioni sono più che accettabili e si evitano molti calcoli
Il metodo è prettamente tecnologico in quanto la determinazionedel Ks viene fatta attraverso la misura delle forze di taglio nelle condizioni reali di lavoro
Determinazione del Ks
- si scelgono alcune condizioni sperimentalispessore del truciolovelocità di taglioangolo γ
- si effettuano prove di taglio e si misura la Ft- si calcola Ks = Ft / Ao
Ao = ho b = a p sezione del truciolo indeformato
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Asportazione di truciolo 18
Relazione pressione (energia) specifica di taglio / spessore truciolo indeformato
Ks = Kso h-z
prove sperimentali per vari materiali danno i risultati riportati in tabellaacciai ghise ottoni leghe leggere
z 0.197 0.137 0.255 0.060
Relazione di Kronemberg (per gli acciai): Kso = 2.4 Rm0.454 β0.666 [ daN/mm2 ]
log Ks
log ( Ao , ho )
Ks
Ao , ho
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Asportazione di truciolo 19
La conoscenza della forza principaledi taglio permette inoltre attraverso relazioniempiriche la determinazione dellealtre forze di interesse tecnologico, Fn e Fa (normale e avanzamento)
Metodi e strumenti per la misura delle forze di taglio
trasduttorimagnetici
trasduttori capacitivi
trasduttoriinduttivi
celle di caricopiezoelettriche
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Asportazione di truciolo 20
Forze di taglio
in funzione della velocità
e dell’angolo γ
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Asportazione di truciolo 21
POTENZE DI LAVORAZIONE
- Velocità di taglio- Forza di taglio ( P = V x F )
Potenza di taglio:
Potenza di avanzamento: - Velocità di avanzamento- Forza di avanzamento
Potenza di repulsione: - Velocità di repulsione - Forza di repulsione
Dati noti: Vt, Ft, Va, Vr
inoltre: Fr = 15-25 % Ft Fa = 20-30% Ft
P = Vt x Ft + Va x Fa
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Asportazione di truciolo 22
PARAMETRI DI LAVORAZIONE
- angolo di spoglia frontale γ diminuisce Fttruciolo fluentemigliora finitura superficialeminori potenzeminore usura utensileutensile meno robusto
sgrossatura max 6° finitura fino a 20° (alluminio)
- angolo di spoglia frontale α evita strisciamento del dorso dell’utensileevita danneggiamento superficie lavoratadeve essere - piccolo per non indebolire l’utensile
- grande per non causare strisciameno- grande se E è piccolo (alluminio)
acciai 6-8° Al 10-12°
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Asportazione di truciolo 23
Ft serve principalmente per la determinazionedella potenza di taglio
Fa influenza inflessione utensile, contribuisce (poco) alla potenza di taglio
Fr determina principalmente l’inflessione delpezzo e quindi le tolleranze di lavorazionenon contribuisce alla potenza di taglio
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Asportazione di truciolo 24
- Spessore del truciolo aumenta potenza di taglio‘’ produttività‘’ usura utensile
diminuisce finitura superficiale
- Larghezza del truciolo aumenta potenza di taglio‘’ produttività
- Velocità di taglio aumenta potenza di taglio‘’ produttività‘’ usura utensile‘’ finitura superficiale
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Asportazione di truciolo 25
- Materiale da lavorare se ne tiene conto attraverso il Ks
- Materiale dell’utensile usura utensilevita utilefinitura superficiale
- Lubrorefrigerazione calore sviluppatovita utensilefinitura superficialepotenza di taglio
- Tipo di macchina utensile rigidezzaprecisionesmorzamento vibrazioni
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Asportazione di truciolo 26
LAVORABILITÀ
attitudine del materiale ad essere lavorato per asportazione di truciolo (truciolabilità?)
criteri per valutare la lavorabilità di un materiale
finitura superficialevita utensileforze e potenzeevacuazione del truciolo
Le prove per determinare la lavorabilità devono necessariamente essere di tipo tecnologico:usura utensile (microscopia), forze di taglio (dinamometri), finitura superficiale (rugosimetri) determinati nelle condizioni di lavoro, per certi set di parametri tecnologici
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Asportazione di truciolo 27
Dipende da varie caratteristiche
- del materiale - composizione chimica- lavorazioni / trattamenti deformazione plastica
subiti in precedenza incrudimentoricristallizzazionetrattamenti termici
- caratteristiche strutturali fasidimensioni dei graniorientazione dei grani
- della tecnologia / lavorazione sgrossatura / finitura fresatura concorde / discordelubro-refrigerazione
- dell’utensile materialeangoli di spogliarompitruciolo
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Asportazione di truciolo 28
Acciai al piombo (particelle lubrificanti) Ghise fragiliallo zolfo (particelle infragilizzanti) truciolo cortoal calcio (particelle desossidanti) abrasività cementiteal carbonio (vedi HB -> Ks)inox - tenacità (austenitici) Compositi sollecitazioni variabili
- abrasività (martensitici) urti/usura/vibrazioni
Alluminio bassa HB Ottone truciolo cortobuona finitura superficiale lunga durata utensilialta Vt
Magnesio basso Ks Leghe Ni alta R ad alta temperaturaincrudimento / tenacità
Titanio bassa conducibilità termica / alto Ks
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Asportazione di truciolo 29
MATERIALI PER UTENSILI
- Effetti termici- Effetti meccanici- Usura - Durezza alta temperatura
- Elevata resistenza meccanica staticae dinamica ad alta temperatura
- Resistenza all’abrasione
Aumento velocità di taglio
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Asportazione di truciolo 30
Materiali per utensili
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Asportazione di truciolo 31
Materiali per utensili
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Asportazione di truciolo 32
Acciai alto legati medio carbonio (0.7)alto contenuto di elementi di lega (W 18%, 4 Cr, 2.5 Co, 1 V)adeguato TT --> formazione di WC e CrCgrani fini (Cr)resistenza all’usura (V4C3)durezza a caldo (Co in soluzione)fucinatura (900 °C) tempra (1250 °C) rinvenimento (580 °C) X75W18KUTF X80WCo1818KUTFVt 80 m / min
Carburi sinterizzati WC (>90%), Co (legante, <10%)TiC resistenza all’usuraTaC resistenza alla craterizzazioneNbC tenacità, durezza a caldoVt 200 m / min
Carburi ricoperti TiN TiC Al2O3 TiCN ZrN ottima resistenza all’usura, buona tenacità
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Asportazione di truciolo 33
Produzione insertisinterizzati in WC
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Asportazione di truciolo 34
Utilizzo insertisinterizzati
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Asportazione di truciolo 35
TEMPERATURA DI TAGLIO
Cause: - deformazione plastica zona primaria- attrito utensile truciolo- deformazione zona secondaria
Dipende da: - Vt velocità di taglio- Ks energia specifica di taglio- ho spessore truciolo- c calore specifico- λ conducibilità termica
Si ripartisce: - utensile Qutensile- pezzo R = ----------------- truciolo Q(pezzo + truciolo)
R aumenta se λu / λm aumenta
T = k Vta ho
b a bHSS 0.5 0.4WC 0.2 0.12
zona di deformazione primaria
zona di deformazione secondaria
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Asportazione di truciolo 36
Stima della temperatura
Analisi sperimentale
utensile può: essere toccatoessere vistonon essere toccato né visto
I° caso
mercurio
isolante contatto elettrico
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Asportazione di truciolo 37
II° caso pirometro fresa
pezzo
macchina utensile
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Asportazione di truciolo 38
III° caso
pirometro
termocoppia
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Asportazione di truciolo 39
Analisi numerica modellazione del processo, ad esempio con Equazioni di Fourier sulla trasmissione del calore
Analisi dimensionale
assumendo come variabili del processo di taglio
1. Vt (m / min) velocità di taglio [ L t-1]
2. A (mm 2) sezione del truciolo [ L2 ]
3. ks (J / mm2) energia specifica di taglio [ M L-1 t-2 ]
4. λ (W / m K) conducibilità termica del materiale [ M L t -3 T-1]
5. ρC (J / mm3 K) calore specifico (per unità di volume) [ M L-1 t -2 T-1 ]
6. T temperatura [ T ]
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Asportazione di truciolo 40
si determinano le 2 grandezze adimensionali:
Q1 = f( Vt, λ, ρc ,Ks, T) = Vta Ks
b λ c ρc d T Q2 = f( Vt, λ, ρc ,Ks, A) = Vt
e Ksf λ g ρc i A
affinchè le grandezze siano adimensionalila somma degli esponenti di tutte le dimensionidevono essere = 0
Q1 = La t-a Mb L-b t-2b Mc Lc t -3c T -c Md L-d T-d t-2d TQ2 = Le t-e Mf L-f t-2f Mg Lg t -3g T -g Mi L-i T-i t-2i L2
L a - b + c - d = 0 e - f + g - i + 2 = 0M b + c + d = 0 f + g + i = 0t -a - 2b - 3c -2d = 0 -e -2f -3g -2i = 0T -c -d +1 = 0 -g -i = 0
a=0 b= -1 c=0 d=1 e=2 f=0 g=-2 i=2
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Asportazione di truciolo 41
Sperimentalmente si trova fra Q1 e Q2una relazione empirica:
Q1 = C0 Q2n
per gli acciai :C0 = 0.4n = 0.3 (0.5)
Log Q1
Log Q2quindi (per n = 0.3):
Τ = Co Ks Vt0.6 A0.3 / λ0.6 (ρC)0.4
TQ1 = ---------------
Ks / ρCquindi:
Vt2 A
Q2 = ----------------------λ2 / (ρC) 2
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Asportazione di truciolo 42
Meccanismi di fuori servizio utensile
deformazioni plastiche rottura fragile usura progressiva
modifica forma utensile improvvisa progressivaangoli di tagliodimensioni
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Asportazione di truciolo 43
USURA UTENSILI
Meccanismi - adesione- abrasione- diffusione- fatica
Modifica forma utensile
Aumento Ft, T ed indebolimento Utensile
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Asportazione di truciolo 44
Principali forme diUsura degli utensili
petto
fianco
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Asportazione di truciolo 45
• diretta- microscopio- rugosimetro- fotografia (analisi di immagini)- pesate differenziali
• indiretta- isotopi radioattivi- finitura superficiale- misura delle forze- misura della temperatura- vibrazioni
Misura dell’usura
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Asportazione di truciolo 46
AB
C
VB
Tempo di contatto
Usura dorsale
labbro d’usura VB
a: rottura del filo taglienteb: usura progressiva a V costantec: aumento catastrofico
VB
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Asportazione di truciolo 47
Usura progressiva
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Asportazione di truciolo 48
Usura frontale
Volume del craterevolumecratere
tempo di contatto
Vt
adesione, tagliente di riportodiffusione, reazioni chimiche
velo
cita
’di
cr
ater
izza
zion
e
temperatura superficie utensile
°C500 600 700 800 900
acciaiosuperrapido
carburo
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Asportazione di truciolo 49
Criteri di usura
Cratere di usura KT / KM ≥ 0.1
KT ≥ 0.1 + 0.3 f
Labbro di usura 0.3 – 1.0
Un utensile deve essere cambiato quando: - la lavorazione supera i limiti di tolleranza
- la rugosità supera i valori ammissibili
- il labbro di usura è troppo grande
- il petto dell’utensile presenta un crateretroppo grande
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Asportazione di truciolo 50
Vita utensile per varievelocità di taglioe vari criteri di usura
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Asportazione di truciolo 51
DURATA UTENSILI
Influenzata da - materiale da lavorare- spessore truciolo- angolo di spoglia frontale- velocità di taglio- lubrorefrigerazione
approccio sperimentale
Ln Du
Ln Vt
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Asportazione di truciolo 52
Relazione di Taylor ottenuta empiricamentecon ripetute prove, con diversi materiali,diversi angoli, diverse condizioni di taglio
Vt x Dun = C
0.28 WC
n 0.12 HSS
0.70 Ceramici
C dipende da criterio di usurageometria utensilerapporto di forma del truciolotipo di lavorazionemateriale in lavorazione
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Asportazione di truciolo 53
osservazioni
campo di validità: - intervallo limitatodi velocità
- campi di velocitànon estremi
ln Du
ln Vt
θ
ln Du = - 1/n ln Vt + 1/n ln C
θ = arctg 1/n 81° acciai73° carburi55° ceramici
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Asportazione di truciolo 54
1. criterio : VBmax
2. variabili della lavorazione : Vt h, b, VB
cvb VBm
3. tipo di relazione: Vt Dun = --------------
hx ·by
Legge di Taylor generalizzata
m = 0.44
x = 0.66 HSS0.4 WC
y = 0.46 HSS0.21 WC
NB: y < x e x - y = 0.2
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Asportazione di truciolo 55
Relazione di Kronemberg
Vt(Du/60)q = Cvb / Af (G/5)g
A = b * hG = b / h
0.28 acciaif 0.20 ghise
0.1 non ferrosi 0.14 acciaig 0.1 ghise
0.1 non ferrosi carburo - acciaio 0.2-03
- ghisa 0.25q
HSS - acciaio 0.15- ghisa 0.25
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Asportazione di truciolo 56
OTTIMIZZAZIONE DELLE CONDIZIONI DI TAGLIO
cosa ottimizziamo? tempo di produzione tpcosto di produzione cptasso di profitto pr
vincoli potenzadeformazione del pezzodeformazione dell’utensilemin / max f Vtrugosità Ra = k f2 / r
strumenti relazioni vita utensilerelazioni forze / potenzerelazioni parametri / produzione
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Asportazione di truciolo 57
Asportazione di materiale
d
l
c
volume da asportare V = l c d
tempo di contatto tc = ncorse tcorsa = l/b * c/Vt
V l c dvelocità di asportazione Z = ---- = ----------= b Vt d = A Vt
tc l/b c/Vt
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Asportazione di truciolo 58
Funzioni obiettivo
Tempo di produzione tp = to + V / Z + V / Z Du * tcu = to + V / Z ( 1 + tcu / Du )
Costo di produzione cp = co + cm tp + cut Y / Z Du = = co + cm to + cm V / Z + cm V / Z Du * tcu + cut V / Z Du= co’ + cm V / Z [1 + (tcu + cut / cm) * 1 / Du]
to = tempi passivi (carico / scarico e ritorno utensile)tcu = tempo cambio utensile
co = costo di attrezzaggiocu = costo orario (macchina, materiali, personale)cut = costo utensili
Tasso di profitto Pr = ( R - cp ) / tp
R = ricavi
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Asportazione di truciolo 59
Costo o Tempo (passivi)
Costo o Tempo (utensili)
Costo o Tempo (lavorazione)
Costo o Tempo (totale)
Costo Tempo
Vt
F = ko + k1 / Vt + k2 Vt(1-n)/n
con tp cp
k0 to co + cm tok1 V/A cm V/Ak2 tcuV/(A*C1/n) cm (tcu + cut / cm) V/(A*C1/n) k3 k2 / k1n esponente della TaylorC costante della TaylorA sezione del trucioloV volume da asportare
ovvero
F = ko + k1 / Vt (1+ k3 Vt1/n )
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Asportazione di truciolo 60
F = ko + k1 / Vt (1+ k3 Vt1/n )
Ricerca dei minimi
Funzione
Derivata prima
Velocità ottima
Derivata seconda
Durata alla velocità ottima
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Asportazione di truciolo 61
Tempo Costo
Velocità ottima
Durata alla velocità ottima
>
essendo tcu > tcu + cut /cm
<
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Asportazione di truciolo 62
Ln Du
Ln Vt
45°
considerazioni
1
tcu acciaio = 3 tcu carburiCacciaio = 0.3 Ccarburinacciao = 0.12 ncarburo = 0.28
n<1
Du opt acciaio------------- = ------------------------- = 8Du opt carburi
acciaio
carburo
2 ipotizzando
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Asportazione di truciolo 63
3 strategie
cp
tp
Vt opt costo Vt opt tempo Vt
cp
tpzona di massima redditività
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Asportazione di truciolo 64
CLASSIFICAZIONE DELLE LAVORAZIONIPER ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO
Moto di taglio - rettilineo- alternativo- rotatorio
Moto di avanzamento - continuo- intermittente
Moto di registrazione - per posizionare l’utensile in prossimità della zona di lavoro
all’utensileo al pezzo
Classificazione secondo i movimenti
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Asportazione di truciolo 65
Classificazione secondo contatto utensile pezzo
Continuo
Discontinuo
Monotaglienti - tornitura- limatura- piallatura- stozzatura
Bitaglienti - foratura
Pluritaglienti - brocciatura
Pluritaglienti - fresatura
Taglienti indefiniti - rettifica
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Asportazione di truciolo 66
MOTO DI TAGLIO
Rotatorio Rettilineo
Torni (pezzo) Limatrici (utensile)
Trapani (utensile) Piallatrici (utensile)
Alesatrici (utensile) Stozzatrici (utensile)
Fresatrici (utensile) Brocciatrici (utensile)
Rettificatrici (utensile)
In genere è più facile mettere in movimento ad elevata velocità l’utensile piuttosto che il pezzo
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Asportazione di truciolo 67
TORNITURA
Moto di taglio pezzo rotatorio
Moto di avanzamento utensile linearerettilineo o meno
Moto di registrazione utensile linearediscontinuo
Moto di lavoro elicoidale
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Asportazione di truciolo 68
Struttura tornio
elementi caratteristici del tornio
1. bancale (guide)2. testa (mandrino) 3. carro porta-utensile (torretta)4. controtesta 1
2
3
4
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Asportazione di truciolo 69
Lavorazioni possibili
tornitura cilindrica esterna
tornitura piana esternasfacciatura
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Asportazione di truciolo 70
tornitura esterna di superfici complesse
tornitura interna
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Asportazione di truciolo 71
filettatura internaesterna
esecuzione di gole
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Asportazione di truciolo 72
troncatura
zigrinatura
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Asportazione di truciolo 73
attrezzature per torni
modi di serraggio
a tra punta e contropunta con brida e disco menabrida
b con autocentrante dall’esternoc con autocentrante dall’internod con autocentrane con griffe
tornibilie con piattaforma a griffe
indipendentif con piattaforma e squadrag su spina, tra punta e contropunta
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Asportazione di truciolo 74
posizionamento relativo utensile / pezzo
sistema di riferimento
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Asportazione di truciolo 75
angoli della sezione normaleangoli del profilo
angoli di registrazione angolo di inclinazione
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Asportazione di truciolo 76
Effetto di χ e λ sulla formazione del truciolo
χ = 0 , λ < 0 χ = 0 , λ = 0 χ = 45 , λ < 0
χ = 45 , λ > 0
χ = 0 , λ > 0
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Asportazione di truciolo 77
FORZE DI TAGLIO
Ft : Fr : Ff1 : 1/2 - 1/4 : 1/4 - 1/8
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Asportazione di truciolo 78
individuazione della sezione del truciolo
A = h x b
h = a x sin χb = p / sin χ
A = a x p
p
a
h
b
χ
χ’
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Asportazione di truciolo 79
Ft = Ks A = Kso h-z a p
Ft
Ks sono influenzati da χ
KT
P = Ft vt + Ff vf + Fr 0=
= Ft π d n + Ff f n =
= n Ft ( π d + α f )
posto α ∈ [ 1/4 - 1/8 ]
Forza di taglio e potenza di lavorazione
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Asportazione di truciolo 80
Verifica dell’autocentrante
z = numero di griffe
d = diametro del pezzo in corrispondenzaall’utensile
d* = diametro del pezzo in corrispondenzaalla presa delle griffe
p = pressione di contatto griffa / pezzo
s = area di contatto griffa / pezzo
µ = coefficiente di attrito statico
Mt = momento di taglio
Mr = momento resistente
Mt = Ft d / 2
Mr = z p s d* / 2
deve essere
Mr > Mt
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Asportazione di truciolo 81
Rugosità teorica nelle operazioni di tornitura
La rugosità teorica dipende da fattori geometrici
La rugosità reale - deformazioni plastiche dipende anche da - vibrazioni
- dilatazioni termichedifferenziali
- attrito- struttura cristallina- velocità di taglio - angolo γ γ ⇑ Ra ⇓- raggio di raccordo fra i taglienti r ⇑ Ra ⇓- profondità di passata p ⇓ Ra ⇓- avanzamento f ⇓ Ra ⇓- usura utensile
vt
Ra
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Asportazione di truciolo 82
I° caso: taglienti non raccordati
f
pRt
χ χ’
Linea di compenso
Vf
χ’ δ
δ
χ
f
f/2
A C
B
H
H’
D
D’
Ra = 1 / L ∫ ⎪y⎪ dx = 1 / f (AHH’ + ABC + CDD’) = 1 / f ( 2 f/2 δ/2) = δ/2 L
0
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Asportazione di truciolo 83
B
A C
δ
P
χ’χ
f1 f2f / 2f / 2 = f1 + f2
Determinare δ = δ ( f, χ1 , χ2 )
δ = f 1 tan χ = f2 tan χ’
f1 = δ tan χ
f2 = δ tan χ‘
f / 2 = δ ( 1/tan χ + 1/tan χ‘ )
Ra = δ /2 = f/4 / ( 1/tan χ + 1/tan χ‘ )
δ = f/2 / ( 1/tan χ + 1/tan χ‘ )
χχ‘ f
Ra aumenta
( ruotare l’utensile vuol dire far variare in senso opposto χ e χ ’ e quindi le tangenti )
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Asportazione di truciolo 84
2° caso: taglienti raccordati:
Si dimostra……… l’effetto dell’avanzamento è analogo (al quadrato)l’effetto degli angoli di registrazione e sostituito dall’effetto del raggio di raccordo
Formula di Schmalzl -> Ra = 1000/32 f2 / r
f
+r
f [ mm ]r [ mm ]Ra [ µm ]
(valida se lavora solo la parte raccordata)
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Asportazione di truciolo 85
FRESATURA
Moto di taglio utensile rotatorio
Moto di avanzamento pezzo linearerettilineo o meno
Moto di registrazione pezzo linearediscontinuo
Moto di lavoro cicloidale
Periferica asse fresa superficie lavorata
Frontale “ “ “ “
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Asportazione di truciolo 86
Struttura fresatrici
orizzontale verticale per attrezzisti
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Asportazione di truciolo 87
Lavorazioni possibili
spianatura esecuzione scanalature taglio ruote dentate
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Asportazione di truciolo 88
esecuzione cave
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Asportazione di truciolo 89
avanzamento della fresa
avanzamento del dente
vf = f n
fz = vf / n z
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Asportazione di truciolo 90
fresatura in discordanza
up milling
fresatura in concordanza
down milling
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Asportazione di truciolo 91
Sezione del truciolo
è necessario individuare latraiettoria del dente:
il moto relativo, somma del moto di avanzamento con il moto di taglio è dato dal rotolamento senza strisciamento di una polare mobile su una polare fissa;la fresa è solidale con la polare mobile
polare fissa
polare mobile
centro istantanea rotazione
Diagramma delle velocitàdi un punto sulla periferiadella fresa quando si trovaalle varie distanze dalla polare fissa
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Asportazione di truciolo 92
Con alcune ipotesi semplificative:- trascuriamo centro di istantanea rotazione- un solo dente in presa- denti dritti
lo spessore del truciolo vale:hθ= AD ≈ AB = AC sin θ = fz sin θ
lo spessore medio:φ dr fz
hmed = 1/f ∫o hθ dθ = 2 ---------D φ
lo spessore massimo:
hmax = fz sin φ = fz 2 SQR ( [dr / D] [1 - dr / D]) ( da semplificare se dr << D )
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Asportazione di truciolo 93
Le forze di taglio hanno quindi il seguente andamento:
Ft
t ≡ φ t ≡ 2 π t
vibrazioni urtiusura utensile
avere almeno 3 denti in presa
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Asportazione di truciolo 94
Potenza di lavorazione
Ft,θ = Ks Aθ
Mt,θ = Ks Aθ D/2
(per un dente in presa)
Mt = ∑θ Ks A θ D/2 ≈ Ks Am,edio D/2 = Ks z da hm D/2
P = Mt ω / η = Ks / η ζ da hm D/2 ω ω = 2π n
dr fzhmed = 2 ---------
D φζ = φ / φo = z φ / 2π
Ks da dr z vvPt = Ks / η da dr z fz n = ------------------
η Pa viene trascurata
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Asportazione di truciolo 95
Confronto up milling vs down milling
usura dorsale frontalequindi α grande γ piccolo
il pezzo viene sollevato schiacciatoquindi basse tolleranze migliori tolleranze
il pezzo viene spinto contro l’utensile allontanato dall’utensilequindi moto regolare moto irregolarequindi sistema di recupero automatico dei giochi
zona di lavoro già lavorata crosta superficialenon adatta su grezzi di fonderia
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Asportazione di truciolo 96
Rugosità teorica
fz x
y
c
per simmetria xc = fz / 2 (1)
la (1) viene soddisfatta per
R sen ωtc + vf tc = fz / 2
ma sen ωtc ≈ ωtc e quindi
fz /2 fz /2tc = ---------------- = ------------
ω R + vf vt + vf
ω fz /2 ω fz /2ω tc = ---------------- = ----------------------- =
ω R + z fz n ω R + z fz ω / 2π
fz /2 ------------------
R + z fz / 2π
dobbiamo trovare l’ascissae l’ordinata del punto c
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Asportazione di truciolo 97
L’ordinata y è la rugosità massima, altezza picco valle
Y = R ( 1 - cos ωtc ) = R [ 1 - SQR ( 1 - sen2 ωtc ) ] ≈ R [ 1 - SQR ( 1 - (ωtc)2 ) ] ≈
≈ R [ 1 - ( 1 - (ωtc)2 / 2 ) ] = R/2 (ωtc)2 =
⎡ 2 π fz / 2 ⎤ 2 π2 fz2= R/2 ⎢---------------- ⎥ = R/2 ---------------------
⎣ 2 π R + z fz ⎦ ( 2 π R ± z fz )2
- discordanza+ concordanza
Rmax = fz2 / 8 R se 2 π R >> z fz
NB: la rugosità reale è maggiore
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Asportazione di truciolo 98
Fresatura frontale
traiettoria dentespessore del truciolo
2 fz drhmed = -----------
φ D
arco di lavoro
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Asportazione di truciolo 99
Geometria delle frese frontali
materiali duritagliente robustopeggiore evacuazione truciolo
materiali duttili tagliente robustoevacuazione truciolo
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Asportazione di truciolo 100
Finitura superficiale
Angolo di registrazione
Inserto raschiante
Segni di lavorazione
inclinazione asse fresa
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Asportazione di truciolo 101
eccentricità
diametro troppo piccolo
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Asportazione di truciolo 102
FORATURA
Moto di taglio utensile rotatorio
Moto di avanzamento utensile rettilineo
Moto di registrazione utensile pezzo
Moto di lavoro elicoidale
lavorazioni
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Asportazione di truciolo 103
Struttura trapani
da banco, sensitivo a colonna radiale
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Asportazione di truciolo 104
Punta elicoidale
codolo testa corpo
angolo fra i taglienti
quadretto
faccette di affilatura
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Asportazione di truciolo 105
Altri utensili per foratura
Refrigerata ad inserti a gradini doppia da centri svasatore svasatore conico bareno
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Asportazione di truciolo 106
angoli di spoglia reali
effetto della velocitàdi rotazione
effetto dell’inclinazionedell’elica
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Asportazione di truciolo 107
Forze di taglio
P1componenti resistenza all’avanzamentodella forza P3di taglio
P2 coppia di taglio
sezione del truciolo s = a/2 D/2
Mt = P2 D/2 = Ks a/2 D/2 D/2 = a D2 Ks / 8
W = Mt Vt = a D2 Ks n ( 2π/60 1/8 1/1000 ) [ W ]
empiricamente P3 = 2 P1
P3
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Asportazione di truciolo 108
Lavorazioni per abrasione (rettifica)
Moto di taglio utensile rotatorio
Moto di avanzamento utensile / pezzo rettilineocurvilineo
Moto di registrazione utensile
Moto di lavoro (cicloidale) rettilineo
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Asportazione di truciolo 109
rettificatrice universale
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Asportazione di truciolo 110
Tipiche superfici rettificabili
Tipiche forme delle mole
Montaggio mole
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Asportazione di truciolo 111
codifica Norton
abrasivo - alundum Al2O3- carborundum SiC- borazon NB nitruro
di boro cubico- diamante
legante - vetrosi (forti, rigidibuona finitura)
argillesilicatifeldspati
- elastici (gomma)alta velocità e finitura
- resinosi (bachelite)- metallici
per diamante
Caratteristiche delle mole
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Asportazione di truciolo 112
Struttura delle mole: porosità per - maggiore raffreddamento- superficie di contatto estesa
aperta chiusa - materiali teneri a truciolo lungo
Durezza (del legante) della mola - capacità di trattenere i grani abrasivi
la mola dura deve essere ravvivata altrimenti i grani si arrotondano e perdono capacità di tagliare
la mola tenera presenta sempre nuovi grani perché cede facilmente sotto l’azione delle forze di taglio
mole diamantate (molto dure) ma con abrasivo durissimo
adatta per sgrossaturae per lavorazioni con buone tolleranze(se non ravvivata)
adatta per materiali durie per sgrossatura (bassetolleranze)
adatta materiali duri molto duri (WC)
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Asportazione di truciolo 113
Altre caratteristiche
- disposizione casuale dei grani attiviutensile elementare indefinito
- sezione del truciolo piccola e variabile- γ fortemente negativo- elevato ricalcamento / strisciamento- elevato Ks- generazione di elevate quantità di calore
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Asportazione di truciolo 114
Meccanica della rettifica
Potenza = Ft vt
MRR x Ks = [mm3/s] [ N/mm2 mm/mm]
= da dr va Ks
-> Ft = Ks A va / vtb
h
Sezione del truciolob = k1 h
Volume del singolo trucioloVc = 1/3 1/2 b h lc
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Asportazione di truciolo 115
Lunghezza acro di contattols = AB = SQR ( dr D)
Numero di trucioliNc = k2 vt da k2 = numero di grani attivi
Volume totale asportatoVc Nc = 1/6 k1 s2 SQR ( dr D ) k2 vt da
6 va dr 6 va SQR ( dr ) vas2 = ------------------------------ = ------------------- ------------------- = k3 ------- SQR ( dr )
k1 k2 SQR ( dr D ) vt k1 k2 SQR ( D ) vt vt
va vt dr comportamento tenero