Cinematica e dinamica del processo di taglio stazionario Cinem...Tecnologia Meccanica: Lavoraz. per...

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Tecnologia Meccanica ITecnologia Meccanica I1

LE LAVORAZIONI PER

ASPORTAZIONE TRUCIOLO


Cinematica e dinamica del processo di taglio stazionario

Bugini, Giardini, Pacagnella, RestelliTecnologia Meccanica: Lavoraz. per asportazione di truciolo

Altri riferimenti:Giusti/Santochi Tecnologia meccanica cap. 7-8

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Operazione di taglioOperazione di taglioOperazione nella quale un utensile, dotato di opportuni moti relativi rispetto al pezzo, ne asporta uno strato superficiale (sovrametallo) trasformandolo in truciolo e generando una superficie con le caratteristiche di precisione e rugositàsuperficiale specificate sul disegno del pezzo.

Eseguita a freddo anche se il calore sviluppato sia dalla deformazione plastica che dall’attrito provoca un incremento rilevante della temperatura del pezzo.

Elementi che concorrono alla sua realizzazione:• pezzo grezzo;• macchina utensile;• utensile;• attrezzatura.


Esempio: tornituraEsempio: tornitura

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TornituraFresaturaForaturaAlesaturaFilettaturaMaschiaturaRettificaturaBrocciaturaLimatura e stozzaturaPiallatura

Lavorazioni alle macchine utensili

LAVORAZIONI PER LAVORAZIONI PER ASPORTAZIONE DI TRUCIOLOASPORTAZIONE DI TRUCIOLO


Con taglienti a geometria definita:- tornitura,- fresatura, …

Con taglienti a geometria indefinita:- rettificatura,

…Con metodi non convenzionali

LaminazioneEstrusioneTrafilaturaForgiaturaLamiere

Stato liquido: fonderia

Stato solido: polveri

AsportazioneDeformazioneFormaturaPROCESSI DI LAVORAZIONEPROCESSI DI LAVORAZIONE

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sbozzato finito


LAVORAZIONI ALLE MACCHINE UTENSILIVantaggi• Accuratezze dimensionali superiori a quelle ottenibili con processi di fonderia,

formatura, o foggiatura in genere,• Profili esterni o interni, spigoli vivi, o planarità non realizzabili altrimenti,• Parti trattate termicamente per aumentare la durezza o la resistenza all’usura: la

lavorazione va fatta dopo il trattamento per ovviare a problemi di distorsione a causa di tensioni interne o colorazione superficiale,

• Caratteristiche superficiali, come la finitura speculare, non producibili con altri metodi, • Convenienza rispetto ad altri processi di fabbricazione, in particolare per volumi di

produzione relativamente bassi.

Svantaggi• Maggior spreco di materiale,• Più alto dispendio di energia rispetto agli altri processi,• Tempi di produzione più lunghi, • Specializzazione del personale mediamente più elevata rispetto ai processi di

fabbricazione per fusione o per deformazione plastica.

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Principali moti nelle operazioni di taglioPrincipali moti nelle operazioni di taglioLa macchina utensile deve consentire i moti:• di taglio• di avanzamento• di appostamento e registrazione

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Principali moti nelle operazioni di taglioPrincipali moti nelle operazioni di taglioMoto di taglio: componente principale del moto relativo utensile-pezzo. Consente all’utensile di eseguire l’operazione di taglio vera e propria. Definisce direzione e velocità di taglio.

Moto di avanzamento: permette all’utensile di entrare in contatto con nuovo sovrametallo da asportare e quindi di lavorare la superficie per la sua intera estensione. Definisce direzione e velocità di avanzamento.

Moti di appostamento e registrazione: consentono di posizionare l’utensile rispetto al pezzo (o viceversa) prima di avviare l’operazione di taglio. I moti di registrazione consentono, in genere, di definire lo spessore di sovrametallo da asportare.

Moto attivo: risulta dalla composizione vettoriale dei moti di taglio e di avanzamento.


Moti di taglio e di avanzamento nelle principali lavorazioniMoti di taglio e di avanzamento nelle principali lavorazioni

OPERAZIONE Moto di taglio Moto di avanzamento Motoattivo

Conferito a tipo unità di Conferito a tipo unità dimisura misura

Tornitura pezzo R m/min utensile T mm/giro EPiallatura pezzo TA m/min utensile TI mm/doppia T

corsaLimatura e utensile TA m/min pezzo TI mm/doppia TStozzatura corsaForatura utensile R m/min utensile T mm/giro EAlesatura utensile R m/min pezzo, utensile T mm/giro EFresatura utensile R m/min pezzo T mm/giro C

denteBrocciatura utensile T, R, E m/min - - - TRettificatura utensile R m/s pezzo T + R T m/min Ecilindrica R giri/minRettificatura utensile R m/s pezzo T m/min Cpiana frontale

C = cicloidale; E = elicoidale; R = rotatorio; T = tras latorio; TA = traslatorio alternato; TI = tras latorio intermittente.

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Moti di taglio e avanzamento nelleprincipali lavorazioni


• Velocità di taglio• Velocità di avanzamento• Profondità di passata

Parametri di taglioParametri di taglio

Grandezze da definire per eseguire l’operazione di taglio:

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• D [mm] è il diametro del pezzo da lavorare (tornitura cilindrica) o dell’utensile (fresatura, foratura, alesatura);• n [giri/min] è la velocità di rotazione del pezzo (tornitura cilindrica) o dell’utensile (fresatura, foratura, alesatura).


Velocità di taglio vt [generalmente in m/min]: velocitàcon cui avviene il moto di taglio.

310nDvt

⋅⋅=

πEsempio:


Velocità di avanzamento va [mm/min]: velocitàdell’utensile (o del pezzo) nella direzione del moto di avanzamento.Avanzamento a [mm/giro o mm/doppia corsa]: spostamento dell’utensile (o del pezzo) nella direzione del moto di avanzamento per ogni giro o corsa di lavoro completa del pezzo (o dell’utensile).

Profondità di passata p [mm]: spessore di sovrametallo da asportare misurato in direzione ⊥all’avanzamento (tornitura longitudinale: p = (D – d)/2)


Avanzamento per tagliente az (=a/z): avanzamento ripartito tra i taglienti dell’utensile (z=1 per utensili da tornio, z=2 per punte elicoidali; z = numero dei taglienti per una fresa)

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Area del truciolo indeformato da asportare

apA ⋅=

Sezione di asportazione

Tornitura:


TornituraVelocità di tagliov -> [m/min]Avanzamento al giroa -> [mm/giro]Profondità di passatap -> [mm]Numero di girin -> [giri/min]Velocità di avanzam.va = a · n -> [mm/min]Sezione del truciolos = a · p -> [mm2]

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ForaturaVelocità di tagliov -> [m/min]Avanzamento al giroa -> [mm/giro]Diametro puntaD -> [mm]Numero di girin -> [giri/min]Velocità di avanzam.va = a · n -> [mm/min]Sezione del truciolos = a/2 ·D/2 -> [mm2]Avanzam. al dente al giroaz=a/z -> [mm/giro/dente]


AlesaturaVelocità di tagliov -> [m/min]Avanzamento al giroa -> [mm/giro]Profondità di passatap -> [mm]Numero di girin -> [giri/min]Velocità di avanzam.va = a · n -> [mm/min]Avanzam. al dente al giroaz = a/z -> [mm/giro/dente]Sezione del truciolos = a · p -> [mm2] oppure s = az · p -> [mm2]

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Fresatura periferica

Velocità di tagliov -> [m/min]Avanzam. al dente al giroaz = a/z -> [mm/giro/dente]Diametro D larghezza LNumero di denti zProfondità di passatap -> [mm]Numero di girin -> [giri/min]Avanzamento al giroa = az ·z -> [mm/giro]



Velocità di avanzamentova = a · n = az ·z · n -> [mm/min]

Spessore del truciolo(Distanza misurata radialmente fra la traiettoria di un dente e la traiettoria del successivo)

h = AC · senφ = az · senφ -> [mm]Sezione del truciolos = h · B -> [mm2]

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Fresatura frontaleVelocità di tagliov -> [m/min]Avanzam. al dente al giroaz = a/z -> [mm/giro/dente]Diametro DNumero di denti zProfondità di passatap -> [mm]Numero di girin -> [giri/min]Avanzamento al giroa = az ·z -> [mm/giro]

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Fresatura frontale

Velocità di avanzamentova = a · n = az ·z · n -> [mm/min]

Spessore del truciolo(Distanza misurata radialmente fra la traiettoria di un dente e la traiettoria del successivo)

h = AC · senφ = az · senφ -> [mm]Sezione del truciolos = h · p -> [mm2]


Rettifica circolare

Velocità di tagliov -> [m/s]Velocità periferica del pezzov -> [m/min]Avanzamento del pezzoa -> [mm/giro]Profondità di passatap -> [mm]Diametro mola DLarghezza mola LM

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Rettifica in paino

Velocità di tagliov -> [m/s]Velocità tangenziale del pezzovp -> [m/min]Avanzamento molaa -> [mm/doppia corsa]Profondità di passatap -> [mm]Diametro mola DLarghezza mola LM


Piallatura

Utilizzata per realizzare superfici piane molto estese e caratterizzate da elevata lunghezza

Velocità di tagliov -> [m/min]Avanzamentoa -> [mm/doppia corsa]Profondità di passatap -> [mm]Numero di doppie corsen -> [doppie corse/min] Sezione del truciolos -> [mm2]

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Limatura


Stozzatura

La stozzatura è impiegata per la realizzazione di superfici interne a spigoli vivi, cave per chiavette, profili scanalati.

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Brocciatura

Viene utilizzata per ampliare, sagomare, modificare una cavitàinterna (anche esterna)


Caratteristiche geometriche e di forma di utensili Caratteristiche geometriche e di forma di utensili monotaglientimonotaglienti

• stelo

• testa

• petto o faccia di taglio

• dorso o fianco principale

• dorso o fianco secondario

• tagliente principale

• tagliente secondario

• arco di raccordo

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Caratteristiche geometriche e di forma di utensili Caratteristiche geometriche e di forma di utensili monotaglientimonotaglientiStelo: parte dell’utensile che ne consente l’afferraggio alla torrettaTesta: parte dell’utensile che stabilisce il contatto diretto con il pezzo e sulla quale si trovano superfici attive e taglientiPetto o faccia: superficie attiva sulla quale si forma e scorre il truciolo

Dorso principale: superficie laterale contigua al petto

Tagliente principale: spigolo di intersezione petto-dorso principaleTagliente secondario: spigolo di intersezione petto-dorso secondarioArco di raccordo: arco di cerchio che raccorda i taglienti

Dorso secondario: superficie laterale prospiciente la superficie lavorata

Dorso o fianco: superficie attiva adiacente al petto


Riferimenti spazialiRiferimenti spaziali

Piano di lavoro: piano contenente la direzione dei moti di taglio e di avanzamentoPiano di taglio: piano, ⊥ a quello di riferimento, su cui giace il tagliente principalePiano di riferimento: piano di appoggio dello stelo sulla superficie orizzontale della torretta portautensili

Servono per definire le caratteristiche geometriche dell’utensile e le condizioni di taglio.

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Angoli di taglioAngoli di taglio

• Sezione A-A: sezione, la cui traccia A-A è ⊥ al tagliente principale, eseguita con un piano ⊥ a quello di riferimento.

• Sezione B-B: sezione, la cui traccia B-B è ⊥ al tagliente secondario, eseguita con un piano ⊥ a quello di riferimento.

Caratterizzano la parte dell’utensile direttamente impegnata nell’operazione di taglio (testa)


Angoli di taglioAngoli di taglio•Angolo di spoglia frontale γ: angolo tra petto e piano di riferimento. Nella sez. A-A è formato dalla traccia del petto con la ⊥ alla direzione del moto di taglio•Angolo di spoglia dorsale α: angolo tra dorso principale e piano di taglio. Nella sez. A-A è formato dalla traccia del dorso principale con la direzione del moto del taglio•Angolo di taglio β: angolo tra petto e dorso principale. Nella sez. A-A ècompreso tra le tracce del petto e del dorso principale (α + β + γ = π/2)•Angolo di spoglia dorsale secondario α’: angolo tra dorso secondario e un piano contenente il tagliente secondario e ⊥ al piano di riferimento. Nella sez. B-B è formato dalla traccia del dorso secondario con la direzione del moto del taglio

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Angolo di spoglia frontale γ

• Determina, con l’angolo λ, la posizione del petto rispetto al piano di riferimento e quindi influenza il meccanismo di formazione del truciolo

• E’ considerato positivo se il petto forma con la direzione di taglio un angolo > 90°, negativo in caso contrario

• Scelto in funzione del materiale dell’utensile, del materiale in lavorazione e dei parametri di taglio



Angolo di spoglia frontale γγ>0


• minori deformazioni e forze per produrla• riduzione dell’attrito sul petto grazie alla diminuzione della

pressione di taglio

• riduzione della potenza assorbita e della temperatura di taglio• possibilità di scelta dei parametri di taglio in modo meno

conservativo con evidenti vantaggi produttivi• riduzione della resistenza meccanica dell’utensile

• aumento della sezione resistente• sollecitazione prevalente a compressione anziché a taglio

necessaria con materiali per utensili poco tenaci (es. ceramici)• aumento di forze, potenze assorbite e temperature di taglio

γ≤0

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Valori caratteristici dellValori caratteristici dell’’angolo angolo γγMateriale dell'utensile

Materiale da lavorare Acciai Carburi Ceramici Diamanti Diamantisinterizzati sintetici naturali

Acciaio UNI-C20 TD 15°-25° 8°-18° -4°- -6° -- --Acciaio UNI-C20 TD 12°-20° 8°-14° -4°- -6° -- --Acciaio UNI-C20 TD 10°-16° 6°-10° -4°- -6° -- --Acciai debolmente legati 9°-16° 6°-12° -4°- -6° -- --Acciaio al manganese (12% Mn) -2°- +3° -6°- +3° -4°- -6° -- --Acciai inox (ferritici e martensitici) 12°-18° 6°-12° -4°- -6° -- --Acciai inox (austenitici) 8°-25° 4°-20° -4°- -6° -- --Ghise grigie (UNI-G10/G20) 8°-15° 4°-10° -4°- -6° -- --Ghise grigie (UNI-G25/G35) 3°-10° 0°-8° -4°- -6° -- --Ghisa malleabile a truciolo corto 6°-10° 4°-8° -4°- -6° -- --Ghisa malleabile a truciolo lungo 6°-12° 4°-8° -4°- -6° -- --Ghisa sferoidale 6°-12° 4°-8° -4°- -6° -- --Alluminio e leghe allo stato ricotto 15°-35° 10°-25° -4°- -6° -4°- -6° 0°-3°Leghe fuse di alluminio 8°-20° 4°-12° -4°- -6° -4°- -6° 0°-3°Rame 20°-30° 15°-20° -4°- -6° -4°- -6° -10°-0°Bronzo fuso 0°-8° 0°-5° -4°- -6° -4°- -6° -10°-0°Bronzo di alluminio 10°-15° 4°-10° -4°- -6° -4°- -6° -10°-0°Ottone 8°-16° 4°-12° -4°- -6° -4°- -6° -10°-0°Materie plastiche 8°-18° 15°-26° -4°- -6° -4°- -6° -10°-0°


Angolo di spoglia dorsale principale α•Ha la funzione di impedire lo strisciamento del dorso dell’utensile sulla superficie lavorata ⇒ α>0 L’aumento di α causa:


•il raggiungimento, in un tempo maggiore, del valore ammissibile di usura

•la diminuzione della sezione resistente•Dipende del materiale in lavorazione:

•Dipende dal materiale dell’utensile:

•diminuisce al crescere della pressione di taglio poiché deve aumentare la sezione resistente

•deve essere maggiore per materiali che subiscono un consistente recupero elastico dopo la lavorazione

•deve essere piccolo nel caso di materiali poco tenaci (ad es. i ceramici) poiché questi necessitano di sezioni resistenti maggiori

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Materiale dell'utensileMateriale da lavorare Acciai Carburi Ceramici Diamanti Diamanti

sinterizzati sintetici naturaliAcciaio UNI-C20 TD 3°-11° 6°-8° 4°-6° -- --Acciaio UNI-C20 TD 8°-10° 6°-8° 4°-6° -- --Acciaio UNI-C20 TD 8°-10° 6°-8° 4°-6° -- --Acciai debolmente legati 7°-9° 5°-7° 4°-6° -- --Acciaio al manganese (12% Mn) 6°-8° 4°-6° 4°-6° -- --Acciai inox (ferritici e martensitici) 8°-10° 5°-8° 4°-6° -- --Acciai inox (austenitici) 8°-12° 5°-10° 4°-6° -- --Ghise grigie (UNI-G10/G20) 8°-10° 5°-8° 4°-6° -- --Ghise grigie (UNI-G25/G35) 6°-9° 4°-6° 4°-6° -- --Ghisa malleabile a truciolo corto 6°-9° 5°-7° 4°-6° -- --Ghisa malleabile a truciolo lungo 7°-9° 5°-8° 4°-6° -- --Ghisa sferoidale 7°-9° 6°-7° 4°-6° -- --Alluminio e leghe allo stato ricotto 10°-12° 6°-10° 4°-6° 4°-6° 5°-8°Leghe fuse di alluminio 8°-10° 5°-7° 4°-6° 4°-6° 5°-8°Rame 10°-12° 6°-8° 4°-6° 4°-6° 5°-8°Bronzo di alluminio 8°-11° 5°-8° 4°-6° 4°-6° 5°-8°Ottone 8°-10° 5°-8° 4°-6° 4°-6° 5°-8°Materie plastiche 8°-10° 6°-8° 4°-6° 4°-6° 5°-8°

Valori caratteristici dellValori caratteristici dell’’angolo angolo αα


Angolo di taglio β•Definisce l’angolo solido dell’utensile ed è legato alla robustezza dello stesso


Angolo di spoglia dorsale secondario α’•Assolve la stessa funzione di α anche se il tagliente secondario partecipa marginalmente al taglio (α≅α’)

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•È assunto negativo se il tagliente si eleva dalla punta verso lo steloAngolo formato tra tagliente principale e piano di riferimento

Angolo di inclinazione del tagliente principale (Angolo di inclinazione del tagliente principale (λλ))

•Esercita una notevole influenza sulla robustezza dell’utensile:•λ<0 per utensili in materiali poco tenaci (ad es. i ceramici) poiché questi necessitano di sollecitazioni di compressione

•Influenza la direzione di deflusso del truciolo


Effetto di Effetto di γγ e e λλ sullo stato si sollecitazionesullo stato si sollecitazione

λ e γ positivi λ e γ negativi

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• Angolo di attacco del tagliente principale χ: formato, sul piano di riferimento, tra la proiezione del tagliente principale e la generatrice della superficie da lavorare

• Angolo di attacco del tagliente secondario χ’: formato, sul piano di riferimento, tra la proiezione del tagliente secondario e la generatrice della superficie lavorata

• Angolo dei taglienti ε: formato, sul piano di riferimento, tra le proiezioni ortogonali del tagliente principale e di quello secondario (χ + χ’ + ε = π)

Angoli di attacco (o di appostamento)Angoli di attacco (o di appostamento)

• χ e χ’ determinano, con a e r, in condizioni ideali, la rugosità teorica


Controllo della direzione di flusso del truciolo in tornituraControllo della direzione di flusso del truciolo in tornituraχ e λ influenzano forma e direzione di flusso del truciolo

Caso di truciolo continuo:• λ determina il verso secondo cui fluisce il truciolo nel suo

moto di allontanamento da utensile e pezzo• χ permette di controllare l’angolo formato tra la direzione di

flusso del truciolo e quella dell’asse del pezzo

Direzione di flusso e forma del truciolo nella tornitura di materiali duttili nel caso di utensile con χ = 90° e λ > 0

Il truciolo tende ad avvolgersi intorno allo stelo e al portautensile

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Controllo della direzione di flusso del truciolo in tornituraControllo della direzione di flusso del truciolo in tornitura

Direzione di flusso e forma del truciolo nella tornitura di materiali duttili nel caso di utensile con χ = 90° e λ < 0

Il truciolo tende ad avvolgersi attorno al pezzo con peggioramento della finitura superficiale



Direzione di flusso e forma del truciolo nella tornitura di materiali duttili nel caso di utensile con χ = 90° e λ = 0

Il truciolo fluisce in direzione parallela alla generatrice della superficie lavorata e si avvolge a spirale su se stesso

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χ ≅ 45° λ > 0

Flusso del truciolo verso lo stelo

Al crescere di λ:• rotazione in senso orario della

direzione di flusso• aumento dell’angolo formato tra

direzione di flusso e generatrice della superficie lavorata



χ ≅ 45° λ < 0

Flusso del truciolo verso la superficie lavorata

Al diminuire di λ:• rotazione in senso antiorario

della direzione di flusso• aumento dell’angolo formato tra

direzione di flusso e generatrice della superficie lavorata

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Angolo di attacco del tagliente principaleAngolo di attacco del tagliente principale

La diminuzione di χ, a parità di p e di a, comporta:

•un aumento della lunghezza del tagliente in presa e quindi una minore sollecitazione meccanica e termica per unità di lunghezza con aumento della durata dell’utensile

Influenza le dimensioni della sezione del truciolo da asportare

•una riduzione dello spessore del truciolo indeformato con aumento di pressione specifica di taglio, energia assorbita nel taglio e forza di repulsione


• Se χ = 90° ⇒ il piano di taglio è ⊥ sia al piano di lavoro, sia all’asse del pezzo ⇒ utensile “a coltello”. Se anche λ = 0°, la forza risultante giace su un piano ⊥ a quello di riferimento e // all’asse del pezzo ed ha due sole componenti (forza di taglio e forza di avanzamento) ⇒condizione di taglio bidimensionale (o ortogonale)

• Se χ ≠ 90° ⇒ la forza di taglio ha tre componenti (le due precedenti e la forza di repulsione) ⇒ condizione di taglio tridimensionale

Condizioni di taglioCondizioni di taglio

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•Moto attivo: risultante dei moti di taglio e di avanzamento•Direzione attiva: direzione istantanea del moto attivo•Velocità attiva vat: velocità relativa istantanea utensile-pezzo nella direzione del moto attivo (composizione vettoriale di vt e va)

Angoli di taglio in condizioni dinamiche (definizioni)Angoli di taglio in condizioni dinamiche (definizioni)Sono riferiti alla direzione del moto relativo tra utensile e pezzo

vat


• Angolo della direzione attiva η: angolo compreso tra la direzione attiva e quella di taglio

• Angolo della direzione di avanzamento ϕ: angolo compreso tra la direzione di avanzamento e quella di taglio

Angoli di taglio in condizioni dinamiche (definizioni)Angoli di taglio in condizioni dinamiche (definizioni)

vat

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• Piano di riferimento effettivo pre: piano ⊥ alla direzione attiva contenente il tagliente principale. E’ inclinato dell’angolo ηrispetto al piano di riferimento pr

• Piano di taglio effettivo pte: piano contenente il tagliente principale e la direzione attiva. E’ inclinato dell’angolo η rispetto al piano di taglio pt

Angoli di taglio in condizioni dinamiche (definizioni)Angoli di taglio in condizioni dinamiche (definizioni)

vat


Relazione tra gli angoli ϕ e η:

Se ϕ = 90°:

Relazione tra γe e γ:

Relazione tra αe e α:

t

a

vvtan =η

ϕ+

ϕ=η

cosvv

sentan

a

t

Angoli di taglio in condizioni dinamicheAngoli di taglio in condizioni dinamiche

η+γ=γe

η−α=αe

vat

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Tipologia di trucioloTipologia di truciolo

Dipende da:• caratteristiche meccaniche e metallurgiche del materiale lavorato• tipo di operazione• angoli di taglio• parametri di taglio• condizioni di lubrificazione all’interfaccia petto-truciolo

TRUCIOLO CONTINUOOttenuto in operazioni di taglio stazionario (ad es. tornitura) su materiali duttili (ad es. acciai dolci e debolmente legati) con vtcomprese tra qualche decina e qualche centinaio di m/min

TRUCIOLO FRAMMENTATOOttenuto in operazioni di taglio interrotto (ad es. fresatura) o in operazioni di taglio continuo su materiali fragili (ad es. ghisa)


Tipologia di trucioloTipologia di truciolo

Classificazione delle forme di truciolo ottenibili in operazioni di tornitura (ISO/TC 29/WG 22)

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Dispositivi Dispositivi rompitruciolorompitrucioloFavoriscono la formazione di truciolo spezzettato nella lavorazione di materiali duttili in condizioni di taglio stazionarie

Utensili con inserti riportati meccanicamente sullo stelo

Interposizione tra inserto e staffa di serraggio una piastrina con spigolo cuneiforme che costringe il truciolo a subire un marcato incurvamento che ne favorisce la rottura

•Danneggiamento di piastrina e staffa

•Sostituzione più lenta dell’inserto


Dispositivi Dispositivi rompitruciolorompitruciolo

Si preferisce usare inserti con scanalature sul pettoche svolgono la funzione di rompitruciolo

Esempi di inserti quadrangolari con petto variamente sagomato per favorire la frammentazione del truciolo

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Campo di impiego economico Campo di impiego economico [[pp--aa]] di inserti per utensilidi inserti per utensili

Efficacia dell’azione di rottura del truciolo garantita nelle zone indicate nel piano p – a entro un dato intervallo di vt

Inserti in metallo duro rivestito impiegati nelle lavorazioni di acciai per: (a) sgrossatura, (b) lavorazioni intermedie e (c) finitura

vt molto elevate ⇒ frammentazione spontanea del truciolo anche con materiali duttili per instabilità adiabatica ⇒ non sono necessari dispositivi rompitruciolo


Dimensioni del truciolo Dimensioni del truciolo indeformatoindeformato in torniturain tornitura

Condizioni di taglio tridimensionale (χ ≠ 90°)

b: larghezza di asportazioneb = p/sen χ

h: spessore di asportazioneh = a·sen χ

A = b·h = p·a

Sezione del truciolo indeformato(quadrilatero ACDG):

A = b·h

Area effettiva del truciolo asportato (ACFG) < dell’area teorica (ACDG). Differenza (CDFE) piccola rispetto all’area nominale e trascurabile

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∑=

=N

iia y

NR

1

1

Parametri di rugosità


Rugosità superficiale: definizioni e richiami

Rugosità media (Ra): media aritmetica dei valori assoluti yidelle ordinate del profilo reale relativa alla lunghezza di campionatura

Rugosità quadratica media (Rq): radice quadrata della media dei quadrati delle ordinate yi misurate rispetto alla linea media

dxyL1R

L

0ia ∫=

dxyL1R

L

0

2iz ∫=

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Rugosità massima (Rt): distanza tra cresta più elevata e gola più profonda, valutata entro la lunghezza di campionatura

Altezza della irregolarità del profilo valutata in 10 punti distinti (Rz): media dei valori assoluti dei cinque picchi del profilo più alti e delle cinque valli più profonde, compresi all’interno della lunghezza di campionatura e misurati rispetto ad una linea // alla linea media e non intersecante il profilo

RugositRugositàà superficiale: definizioni e richiamisuperficiale: definizioni e richiami

5)()( 10864297531 yyyyyyyyyyRz

++++−++++=


Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornituraFinitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornitura

Profilo teorico della superficie lavorata in tornitura con utensile privo di raccordo fra tagliente principale e secondario

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RugositRugositàà superficialesuperficiale

Fattori che determinano lo scostamento della finitura di una superficie lavorata per asportazione di truciolo da quella teorica:

• velocità di taglio• formazione del tagliente di riporto• vibrazioni• attrito e condizioni di lubrificazione• microstruttura e proprietà meccaniche del materiale

lavorato• acutezza e finitura dei taglienti• irregolarità periodiche ed aleatorie dei moti di taglio e di

alimentazione


RugositRugositàà superficialesuperficiale

•della rugosità reale •della differenza tra i valori reali di Ra e quelli teorici calcolati sulla base dell’avanzamento e delle caratteristiche geometriche dell’utensile

L’aumento di vt provoca la diminuzione:

NBAl di sotto di un certo valore limite di vt, nella lavorazione di materiali duttili e incrudenti, si ha la formazione del BUE con degrado della finitura superficiale

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Parametri che influenzano la rugosità teorica:

• raggio di raccordo tra i taglienti (r)• angoli di attacco (χ e χ’)• avanzamento (a)

Superficie reale della parte lavorata caratterizzata da solchi con andamento elicoidale originati dall’impronta lasciata dall’utensile



a sufficientemente piccolo (a1)

Parte di utensile interessata al taglio limitata al solo arco di raccordo tra i taglienti

Forma d’onda composta da archi di cerchio di raggio r riprodotti con passo pari ad a1

Cresta di due onde contigue definita dall’intersezione di due archi di cerchio di raggio r

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Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornituraFinitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornituraa > di un certo valore limite (a2)

Parte di utensile interessata al taglio riguarda l’arco di raccordo ed uno dei due taglienti

Forma d’onda composta da archi di cerchio di raggio r e da segmenti rettilinei dovuti all’azione di uno dei due taglienti

Cresta di due onde contigue definita dall’intersezione di un arco di cerchio di raggio r con un segmento rettilineo // ad uno dei taglienti


Finitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornituraFinitura superficiale derivante dalla lavorazione di tornituraa ancora più grande (a3)

Parte di utensile interessata al taglio riguarda l’arco di raccordo e i due taglienti

Forma d’onda composta da archi di cerchio di raggio r e da segmenti rettilinei dovuti all’azione dei due taglienti

La cresta di due onde contigue èdefinita dall’intersezione di due segmenti rettilinei // al tagliente principale e a quello secondario

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'senr2a1 χ⋅⋅=

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t 10r8

aR⋅

≅

Condizione limite affinchél’intersezione di due profili consecutivi si presenti in corrispondenza degli archi di raccordo tra i taglienti:

Rugosità teorica massima (μm):

χ > χ’

32

2 10)4

( arrMHRt −−==


)cos'(cos''

'''''2

χχ

χχχ

−=−=

++==++=

rMHHMBT

rsenBTctgrsenHATAHBa


38



Condizione limite affinchél’intersezione di due profili consecutivi si presenti in corrispondenza dall’intersezione di un arco di cerchio di raggio r con un segmento rettilineo // ad uno dei taglienti:


'2

'

2

2

2 χ

χχ

sen

senra

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

322 102

'21'

2'2

'2⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−−=

χχ

χχ senrsena

rsensenaRt

χ > χ’




3101)'('

)'('

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

++

−+

=χχ

χχχχχχ

sensensenr

sensensenaRt

χ > χ’

39



Ra ≅ Rt/4

32

1032 raRa ≅

Sostituendo l’espressione di Rt per bassi valori di a si ottiene:

[μm]

Rugosità media in prima approssimazione:


Influenza dellInfluenza dell’’avanzamento e del raggio di punta avanzamento e del raggio di punta sulla rugositsulla rugositàà superficiale teorica in tornitura (superficiale teorica in tornitura (RRtt))

40


Valori di rugositValori di rugositàà superficiale media ottenibili con alcuni superficiale media ottenibili con alcuni processi produttiviprocessi produttivi


Vibrazioni nelle lavorazioni per asportazione di trucioloVibrazioni nelle lavorazioni per asportazione di truciolo

VIBRAZIONI LIBERE• Innescate da impulsi occasionali (ed es. trasmessi dall’ambiente esterno

attraverso le fondazioni) o da urti ed inversioni di moto nella MU• Controllate isolando la MU e agendo sulle sue caratteristiche dinamiche

Sono accompagnate da oscillazioni relative tra utensile e pezzo,variazioni nelle forze di taglio e irregolarità sulle superfici lavorate

VIBRAZIONI FORZATE• Caratterizzate dall’esistenza di fonti specifiche di eccitazione sulla MU quali

variazioni periodiche nella generazione e nella trasmissione dei moti, impulsi e fluttuazioni cicliche della forza di taglio.

• Controllate agendo sia sulle cause che su configurazione e parametri che determinano il comportamento dinamico (masse, rigidezze e smorzamenti)

VIBRAZIONI AUTOECCITATE• Si sviluppano anche in assenza di una forzante specifica• Intrattenute dal processo di taglio stesso attraverso un prelievo ciclico di

energia: quando il saldo è positivo le vibrazioni aumentano di ampiezza

41


Vibrazioni Vibrazioni autoeccitateautoeccitate

•Si originano dall’interazione tra le caratteristiche dinamiche del processo di taglio e della MU•L’insieme MU – pezzo – utensile si comporta come un sistema ad anello chiuso nel quale si introduce energia dall’esterno per alimentare il processo di taglio•Vengono generate forze statiche e dinamiche che introducono deformazioni elastiche dando luogo a periodici accumuli e rilasci di energia•Quando si instaura un meccanismo di trasferimento di energia dal processo di taglio alla struttura per alimentare vibrazioni di ampiezza crescente il processo diventa instabile•Ciò può avvenire semplicemente aumentando a sufficienza la lunghezza del tagliente in presa con il pezzo


Vibrazioni Vibrazioni autoeccitateautoeccitate: cause: cause

Meccanismo rigenerativo tipico di quando l’utensile ripercorre traiettorie precedenti e lo spessore istantaneo del truciolo viene modulato in ampiezza da irregolarità superficiali periodiche lasciate nella passata precedente

Riduzione della pressione di taglioall’aumentare della vt e della sezione del truciolo

Se le conseguenti fluttuazioni della Ft producono un saldo positivo nei confronti degli smorzamenti, qualsiasi disomogeneità inizialmente presente tende ad estendersi e ad amplificare il fenomeno

42


•Le strutture delle MU possiedono infiniti gdl•Solo i gdl corrispondenti ai principali modi di vibrare risultano interessanti. Essi sono individuati dalle deformate dinamiche corrispondenti alle relative frequenze naturali

Due modi di vibrare tipici di un tornio parallelo a due diverse frequenze di risonanza: prevalentemente sul piano orizzontale (a) e su quello verticale (b)

•Se i modi di vibrare sono ben distinti (frequenze molto diverse) possono essere trattati in via approssimativa singolarmente come casi a 1 gdl

•Se i modi di vibrare hanno frequenze simili possono essere accoppiati con aumento della complessità dell’analisi



Insorgenza delle vibrazioni ritardata agendo:• sulle variabili di processo• sulle caratteristiche dinamiche di MU, attrezzature ed utensile• sulle caratteristiche dinamiche del pezzo (in misura minore) progettandolo

in funzione della lavorazione che andrà a subire (DFM)


Caratteristiche dinamiche delle MU migliorate attraverso:• la disposizione delle masse principali vicino al basamento e delle restanti

con massa decrescente all’aumentare degli sbalzi• l’utilizzo degli elementi strutturali con schemi ad anello chiuso (portale)

rispetto a quelli aperti (mensola) e, a parità di sezione, di strutture a guscio rispetto a quelle piene

• l’utilizzo di materiali ad elevato smorzamento interno (ghisa, calcestruzzo polimerico e granito) in basamenti e montanti anche se il loro minore valore di E richiede sezioni maggiori per ottenere la rigidezza desiderata

• l’uso di smorzatori dinamici• l’impiego di frese con geometrie particolari (spaziatura angolare irregolare

dei taglienti, ecc.) per ridurre gli effetti rigenerativi

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