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16.Usura e durata utensili - Coggle Diagram
16.Usura e durata utensili
Usura utensili
nelle lavorazioni da taglio è influenzata da :
materiale utensile
materiale pezzo
geometria dell’utensile
fluidi da taglio
parametri di processo:
o velocità di taglio
o velocità di avanzamento
o profondità di passata
Meccanismi di fuori servizio dell’utensile, Tutti alterano il profilo del tagliente, andando a danneggiarlo rispetto alle condizioni
di lavoro iniziale ed ottimali per cui è stato scelto.
deformazioni plastiche
danno :Modifica utensile, angoli e
dimensioni
Le principali cause delle deformazioni plastiche del profilo del tagliente sono
materiale utensile perde resistenza a T elevate
materiale utensile perde durezza a T elevate
Sono dei fenomeni che sono monitorabili nel tempo e che si aggravano al procedere dell’utilizzo dell’utensile
rottura fragile
danno:Improvviso
Una delle tipologie di rottura fragile è la scheggiatura, ossia la rottura di una porzione dell’utensile vicino al tagliente.
In questo caso le cause principali sono:
urto meccanico
fatica termica
può portare a improvviso cedimento.
microscheggiature, scheggiature più importanti che sono vere e proprie fratture dell’utensile.
non si monitora in quanto risulta improvvisa e quindi senza preavviso, di conseguenza l’unica soluzione è la sostituzione.
usura progressiva
danno: Progressivo
Le principali cause sono:
Adesione (tagliente di riporto)
Ossidazione (W e CO)
Abrasione (carburi, nitruri, ossidi)
Diffusione (affinità chimica, alte T)
Fatica (variazioni F e T)
portano ad un graduale danneggiamento e indebolimento dell’utensile.
una modifica della forma utensile progressiva
il monitoraggio del danno e la valutazione delle possibili azioni correttive:
proseguire senza cambiare utensile
o cambiare utensile per danni eccessivi che precludono la possibilità di ottenere lavorazioni accettabili nei limiti imposti.
In generale sono individuabili due principali tipologie di usura progressiva:
Labbro di usura:
Un tipo di usura detta anche dorsale in quanto riguarda il fianco dell’utensile.
le cause principali di generazione sono:
sfregamento utensile su superficie lavorata
innalzamento della temperatura
è caratterizzato da striature parallele alla direzione di taglio originate da fenomeni di sfregamento.
sempre presente in maggiore o minore misura, che influenza finitura superficiale e precisione dimensionale.
Le principali dimensioni del labbro di usura che servono anche per monitorare l’usura nel tempo sono:
Lunghezza (coincide con la profondità di taglio)
Distanza tra tagliente principale usurato e originario
Larghezza misurata VB (VBmax)
Cratere di usura
Il cratere di usura riguarda il petto dell’utensile, e per tale motivo è detta anche usura frontale.
Le principali cause di tale usura sono:
innalzamento della temperatura
affinità chimica utensile-pezzo
Si presenta come una cavità o cratere originata per diffusione sul petto dell’utensile laddove il truciolo scorre dopo la formazione, quindi, ad una certa distanza dalla punta dell’utensile.
è presente solo negli inserti che consentono di raggiungere velocità di taglio elevate (laddove si ha anche un aumento delle temperature)
Per il fatto che è legata allo strusciamento del truciolo sul petto dell’utensile non è presente per lavorazioni a truciolo interrotto (corto) ad esempio nella lavorazione di materiali fragili.
Andando a diminuire il materiale dell’utensile sul petto ne determina l’indebolimento.
fenomeno progressivo che aumenta nel tempo può essere monitorato andando a valutare delle dimensioni dette principali:
Distanza dal centro del cratere del tagliente originario
Distanze dei bordi del cratere del tagliente originario
Larghezza
Profondità massima KT
Durata del tagliente
I criteri per stabilire la durata del tagliente si basano principalmente sul monitorare i fattori d’influenza sulla durata e di valutare quelli che sono i limiti per i quali l’utensile deve essere cambiato e quindi la durata in lavorazione effettiva dello stesso.
la durata del tagliente è influenzata da:
Materiale dell’utensile
Spessore del truciolo, t
Materiale in lavorazione
Azione del fluido da taglio presente
Angolo di spoglia frontale, γ
Velocità di taglio, V
Si stabilisce poi che un utensile deve essere cambiato quando:
Labbro di usura troppo grande
Rugosità supera i valori ammissibili
Cratere di usura troppo grande
Lavorazione supera i limiti di tolleranza
Normalmente la durata del tagliente è definita T, essa si definisce stabilendo un criterio di usura: normalmente il labbro di usura (sempre presente).
T viene, quindi, stabilita imponendo un limite al valore di VB detto VBmax
VB > VBmax utensile ha esaurito la vita utile
Si distinguono i casi:
Utensili con inserti: tagliente viene sostituito (ricambio e riposizionamento)
Utensili integrali: geometria ripristinata mediante riaffilatura
In generale in base al criterio di usura e ai parametri che influenzano usura delle relazioni sono state valutate partendo da dati sperimentali.
Legge di Taylor
Taylor nel 1907 correlò durata del tagliente e velocità di taglio.
Essendo la velocità di taglio il parametro che influenza maggiormente l’usura e di conseguenza la durata,in quanto correlato alla temperatura nella zona di taglio:
↑V → ↑T
Relazione di Taylor semplificata:
𝑉𝑇^𝑛=𝐶
dove T è la durata del tagliente (min) che stabilisce quindi quando usura è eccessiva, mentre n dipende dalle condizioni di taglio e C è una costante
C ed n sono di derivazione da dati sperimentali dalle curve di durata del tagliente.
Curve di durata del tagliente
Le curve di durata del tagliente sono diagrammi di dati sperimentali in prove di lavorazione (es. tornitura)
Stabilito il criterio di usura, come il labbro di usura si monitora la durata del tagliente (in base ad ampiezza VB) in funzione della velocità di taglio e si diagrammano le curve (fissati tutti gli altri parametri di lavorazione).
Le curve hanno in comune:
Materiale pezzo influenza durata
Microstruttura influenza durata
Durata diminuisce al crescere della velocità di taglio
Il materiale del pezzo e il suo stato (condizioni e microstruttura) influenzano la durata in quanto sono responsabili della durezza del materiale stesso e quindi delle condizioni di strisciamento che generano l’usura.
In genere vengono tracciate tali curve su diagrammi in scala logaritmica (log-log).
Su tali piani le curve sono lineari per certi intervalli di velocità di taglio, per tali intervalli dalla pendenza si rileva il valore di n.
Di conseguenza le equazioni di durata sono valide solo per intervallo della velocità di taglio per cui sono state sviluppate.
Legge di Taylor estesa
La temperatura gioca anch’essa ruolo importante per durata tagliente e quindi bisogna considerare anche:
profondità di passata, d
avanzamento, f
𝑉𝑇^𝑛 𝑑^𝑥 𝑓^𝑦=𝐶
dove n, x ed y vengono determinati sperimentalmente
Di conseguenza considerando anche gli altri parametri di taglio: se avanzamento o profondità di passata (t0) aumentano allora velocità di taglio deve essere diminuita o viceversa.
Monitoraggio stato degli utensili
Il monitoraggio parte dalla valutazione di parametri come l’ampiezza limite del labbro di usura.
In genere, valori massimi dell’usura del dorso (VBmax):
Acciai rapidi
o 0.5 mm fresatura periferica
o 1.5 mm tornitura e fresatura frontale
o 0.4 mm foratura
o 0.15 mm alesatura
Carburi sinterizzati:
o 0.8 mm sgrossatura
o 0.4 mm finitura
L’ampiezza limite diminuisce all’aumentare dell’accuratezza dimensionale richiesta alla lavorazione.
Più bassi i valori per operazioni di finitura, ossia quelle finali per rispondere a requisiti di rugosità superficiale.
Nel monitoraggio è anche importante monitorare in primis la velocità di taglio, anche se essa è legata all’economicità del taglio. In generale, al diminuire della velocità di taglio, V:
durata utensile aumenta
mm^3/min, ossia il volume di materiale asportato nell’unità di tempo decresce
Questo comporta una diminuzione produttività della lavorazione:
distanza percorsa tra cambi utensili aumenta se diminuisce la velocità di taglio ⟹ maggior materiale asportato
ma tempo richiesto per asportare stessa quantità aumenta
mm^3 asportati sono (tornitura) proporzionali ai mm percorsi
quindi diminuisce la produttività
Osservazioni generali usura
Oltre labbro e cratere di usura che sono le manifestazioni più comuni di usura progressiva esistono anche:
solchi di usura
o In prossimità della zona dove il truciolo smette di essere in contatto con l’utensile (vibrazioni)
usura per abrasione diffusa
o legata allo strato di ossido o di materiale più incrudito superficiale
o lavorazioni poco profonde su pezzi con strati di ossido sono sconsigliate
Sistemi di monitoraggio stato utensile
Con sistemi CNC c’è stata riduzione della supervisione diretta da parte operatori
La rottura utensile può allora avere conseguenze molto dannose
C’è allora la necessità di controllare in modo indiretto lo stato dell’utensile:
scheggiatura
cedimento
usura
Tecniche di supervisione:
Dirette
Indirette
Tecniche dirette
misurazione ottica (periodica)
sistemi di visione artificiale (monitoraggio)
Tecniche indirette
trasduttore piezoelettrico (emissione acustica)
trasduttori (monitoraggio forza e coppia)