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12.Asportazione di truciolo FINIRE LE FORMULE - Coggle Diagram
12.Asportazione di truciolo FINIRE LE FORMULE
Lavorazioni per asportazione di truciolo
Lavorazioni per asportazione di truciolo, ossia lavorazioni con utensile da taglio in tali lavorazioni l’utensile effettua un processo di taglio:
processo dove l’utensile, dotato di moto relativo rispetto al pezzo, ne asporta uno strato superficiale detto soprametallo trasformandolo in truciolo.
Processo di taglio: può essere visto nelle forbici del sarto, o ghigliottina, in cui una forza di taglio separa gli atomi del materiale gli uni dagli altri.
La forza disponibile può essere applicata:
concentrata in uno o più punti
su un bordo lungo, es. lama e supporto
L'applicazione della forza può essere lineare o rotazionale, verticale o orizzontale.
Le operazioni di lavorazione per asportazione di truciolo possono essere suddivise in due categorie:
Pezzo si muove mentre l'utensile è fermo,
Pezzo è fermo mentre utensile si muove
L’asportazione di truciolo prevede il distacco di alcune parti di materiale dal pezzo attraverso l’interazione con utensili che agiscono in maniera progressiva
o parametri di lavorazione
o risultati della lavorazione
o meccanica del taglio
o macchine e processi
o cinematica del taglio
Il processo di taglio richiede sempre quattro elementi:
utensile
macchina utensile
attrezzatura
pezzo grezzo, proveniente da processi precedenti come fusione, stampaggio, deformazione plastica, ecc
Esempi dei processi di taglio più comuni, sono i seguenti:
Tornitura cilindrica, pezzo in lavorazione viene ruotato e utensile da taglio rimuove strato di materiale man mano che l'utensile si sposta a sinistra
Troncatura, l'utensile di taglio si muove radialmente verso l'interno e separa pezzo destro dalla maggior parte.
Fresatura periferica, utensile da taglio rotante rimuove uno strato di materiale.
Fresatura a codolo, utensile rotante ad certa profondità nel pezzo produce cavità
Formazione del truciolo
Il meccanismo di base nella formazione del truciolo si basa principalmente su un modello bidimensionale del problema.
In tale meccanismo ci sono variabili indipendenti e variabili dipendenti.
Modello
si forma il truciolo mediante scorrimento continuo del materiale lungo piano di scorrimento
utensile si muove lungo il pezzo ad una certa velocità di taglio V e ad una certa profondità di taglio t0
Le principali variabili indipendenti sono:
Parametri di taglio
Fluidi lubro-refrigeranti, se utilizzati
Materiale pezzo, condizioni e temperatura
Caratteristiche macchina utensile (rigidezza e smorzamento)
Forma utensile, finitura e affilatura dell’utensile
Portautensile e attrezzature di fissaggio
Tipo di utensile e condizioni
Le variabili dipendenti, invece, sono:
Usura e rottura utensile
Finitura e integrità superficiale pezzo
Innalzamento T in utensile, truciolo e pezzo
Caratteristiche macchina utensile (rigidezza e smorzamento)
Forza richiesta ed energia dissipata
Portautensile e attrezzature di fissaggio
Tipo di truciolo prodotto
Quando le operazioni di lavorazione producono risultati inaccettabili, si richiede un'indagine sistematica.
Una domanda tipica posta è quale delle variabili indipendenti devono essere modificate per prime, e in che misura, se:
il pezzo diventa molto caldo,
l'utensile di taglio indossa rapidamente e diventa opaco,
l'utensile inizia a vibrare e chattering.
la superficie finitura del pezzo da tagliare è inaccettabile
Per comprendere questi fenomeni e rispondere alla domanda posta, si studia in primis la meccanica della formazione del truciolo, un argomento che è stato studiato a fondo dai primi anni '40.
Diversi modelli (con vari gradi di complessità) sono stati proposti.
I metodi utilizzati includono la simulazione al computer della lavorazione processo, con lo scopo di studiare le complesse interazioni delle molte variabili durante lo sviluppo di capacità per ottimizzare le operazioni di lavorazione.
Il modello di base di tutti gli studi a seguire è partito dallo studio della formazione del truciolo a partire da condizioni di taglio libero e ortogonale (ricondursi a fenomeni bidimensionali).
Di conseguenza le ipotesi di tale modello sono:
• tagliente perpendicolare velocità di taglio
• velocità di taglio costante lungo il tagliente
• utensile perfettamente affilato (no contatto nel piano dorsale)
• larghezza del tagliente maggiore larghezza del pezzo
Es. di taglio puramente ortogonale piallatura – utensile elementare monotagliente
Nella formazione del truciolo, misure sperimentali mostrano:
produzione di calore
spessore del truciolo tc > t0
durezza del truciolo > durezza metallo base
Metodi per analizzare la formazione del truciolo e la deformazione plastica durante la lavorazione:
taglio interrotto
Dispositivo quick stop tests: dispositivo per prove di taglio bruscamente interrotto per ottenere un campione di truciolo in formazione che rappresenti le reali condizioni di taglio di regime.
microscopia ottica ed elettronica della morfologia del truciolo
Truciolo viene poi esaminato con microscopia.
Gli angoli fondamentali dell’utensile (geometria) in tale approccio bidimensionale sono:
• α angolo di spoglia dorsale o inferiore tra superfice lavorata pezzo e dorso utensile
• γ angolo di spoglia frontale o superiore tra petto utensile e perpendicolare alla superficie in lavorazione
• β angolo di taglio tra petto e dorso utensile che sono legati dalla relazione:α + γ + β = 90°
Diversi modelli sono stai proposti per rappresentare la formazione del truciolo a seconda delle caratteristiche del materiale e delle condizioni di lavoro
Può accadere che la parte che ha subito deformazione si distacchi dal pezzo (discontinuo)
Si ha uno scorrimento con relativa deformazione plastica, che procede di strato in strato formando un truciolo continuo
La lavorazione avviene a Tamb eppure durante la lavorazione aumenta il calore sviluppato a causa di lavoro di deformazione plastica e forze di attrito che innalzano la temperatura del pezzo, dell’utensile e del truciolo.
Sono individuabili due principali zone di deformazione plastica dove c’è aumento di temperatura:
Zona di deformazione primaria (scorrimento)
Zona di deformazione secondaria (scorrimento-attrito)
Tornando allo studio del meccanismo della formazione del truciolo bidimensionale, si può definire:
penetrazione del tagliente dell’utensile dello spessore tC nel materiale
compressione e conseguente deformazione plastica per scorrimento secondo il piano di scorrimento OA e distacco del truciolo.
I parametri sono quindi:
tC spessore del truciolo
t0 spessore del truciolo indeformato
φ angolo di scorrimento
Rapporti fondamentali:
c = t0 /tC = LC/L0 rapporto di taglio
rc = tC /t0 = L0/LC fattore di ricalcamento
Geometricamente: FORMULA
Angolo di scorrimento φ può essere scritto in funzione dell’angolo di spoglia frontale γ
Maggiore accuratezza misurando spessore truciolo da volume e lunghezza
Sempre c > 1
Modello di pijspanen
modello di formazione del truciolo di Pijspanen suppone che la deformazione avvenga per scorrimento di blocchi rigidi a forma di parallelogramma in corrispondenza del piano di scorrimento
Il valore della deformazione per scorrimento γs:
𝛾𝑠=∆𝑠/∆𝑥=𝐴𝐵/𝐶𝑂=(𝐴𝑂+𝑂𝐵) / 𝑂𝐶
Dove
𝐴𝑂=𝐶𝑂∙cot 𝜑
𝑂𝐵=𝐶𝑂∙tan (𝜑−𝛾)
𝛾𝑠 =cot 𝜑+tan(𝜑−𝛾)
γs aumenta se φ↓ e γ ↓ e quindi forze necessarie alla deformazione aumetano
Per ogni γ esiste un φ per cui γs è minimo
Minimizzando γs in funzione di φ
(𝜕𝛾𝑠)/𝜕𝜑=−1/(𝑠𝑖𝑛2 𝜑)+1/(𝑐𝑜𝑠2 (𝜑−𝛾))=0
Da cui
𝑠𝑖𝑛2 𝜑 −𝑐𝑜𝑠2 (𝜑−𝛾)=0 →
𝑠𝑖𝑛 𝜑 −cos(𝜑−𝛾) =0
Sin𝜑−sin (𝜋/2−𝜑+𝛾)=0
2𝜑−𝛾=𝜋/2
Di conseguenza, se 𝛾 = 0 allora 𝛾s minimo si ha con 𝜑 = 45° → c=1
Dal punto di vista cinematico, definendo:
V velocità relativa utensile pezzo - velocità di taglio
Vs velocità relativa truciolo pezzo - velocità di scorrimento
Vt velocità relativa truciolo utensile - velocità di flusso
Lo spessore del truciolo tc è maggiore di quello indeformato t0 per continuità di massa si ha
𝑉∙𝑡0=𝑉𝑡∙𝑡𝑐 o 𝑉𝑡=𝑉∙𝑐
𝑉𝑡 =𝑉∙sin𝜑/cos(𝜑−𝛾)
Dall’ analisi cinematica è possibile scrivere le seguenti equazioni:
𝑉/cos(𝜑−𝛾) =𝑉𝑠/cos𝛾 =𝑉𝑡/sin𝜑
La velocità di deformazione per scorrimento è formula 1
Con formula 2
Si ottiene: formula 3
La velocità di deformazione per scorrimento è importante da conoscere in quanto essa influenza:
Duttilità materiale
Tipo di truciolo prodotto
Resistenza materiale
Misurando il Δx che è circa pari a 10-2-10-3 mm, considerando ad esempio una velocità di taglio di 2 m/s, ed un γ di circa 10° e un φ di circa 40° si ottengono velocità di scorrimento dell’ordine di 103 – 106 s -1