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19.Processi per asportazione: foratura e altre operazioni - Coggle Diagram
19.Processi per asportazione: foratura e altre operazioni
Processo di foratura
il numero di rivetti sulle ali di un aereo e fusoliera,
i fori dei bulloni nei blocchi motore,
e i fori per montaggio in numerosi prodotti sia di utilizzo finale che industriali.
I fori vengono in genere utilizzati
, per scopi di progettazione
(come la riduzione del peso, ventilazione o accesso all'interno delle parti)
o per l'aspetto.
per l'assemblaggio con fissaggio
(ad esempio bulloni, viti e rivetti, ognuno dei quali richiede un foro)
La produzione di fori è tra le operazioni più importanti nella produzione e la perforazione è un processo di creazione di fori importante e comune.
Il costo della produzione di fori è tra i più alti costi nella produzione di motori automobilistici, ad esempio.
Moto
Moto di
avanzamento
tipo lineare
posseduto utensile o
pezzo
Moto di
registrazione
tipo lineare
posseduto utensile o
pezzo
Moto di taglio
tipo rotatorio
posseduto dell’utensile
Moto di
lavoro
tipo elicoidale
posseduto combinazione
Gli utensili da foratura, sono dette punte da foratura
e hanno in genere rapporti lunghezza-diametro elevati;
sono in grado di produrre fori relativamente profondi.
sono sottoposti a flessione durante la lavorazione e
la finitura e l’accuratezza dei fori praticata non è elevatissima,
bisogna prestare attenzione a non rompere le punteb.
i trucioli prodotti all'interno del foro si muovono in una direzione opposta al movimento in avanti del trapano.
lo smaltimento dei trucioli e l'efficacia dei fluidi da taglio sono aspetti importanti nella lavorazione di foratura.
Le macchine utensili per le operazioni di foratura vengono detti trapani.
I trapani generalmente lasciano un residuo di materiale (bava) sulla superficie inferiore al momento nei fori passanti.
a causa del suo movimento la foratura produce fori con segni di lavorazione sulle pareti (scarsa finitura).
Il diametro di un foro prodotto dalla foratura è leggermente maggiore del diametro della punta utensile.
Operazioni di Foratura:
• Lo scopo è ottenere un foro cilindrico.
• La qualità della lavorazione è bassa, tanto che normalmente la si considera un’operazione di sgrossatura (Ra >= 3μm).
Lavorazione che comprende di solito:
• centratura
• foratura
• allargatura
• alesatura
• svasatura
• maschiatura
2.Utensili di foratura
Punte da foratura:
punta elicoidale.
Un codolo cilindrico o conico per il fissaggio e centraggio sul mandrino e per la trasmissione del moto e della coppia di taglio.
Una parte cilindrica con due scanalature elicoidali opposte rispetto all’asse della punta con una certa inclinazione.
Permettono l’evacuazione dei trucioli e di consentire l’afflusso di lubro-refrigerante.
Due taglienti formanti un angolo, dati dall’intersezione delle scanalature elicoidali con la superficie di estremità.
Segmento rettilineo in punta non adatto al taglio (deriva dalla geometria di affilatura).
Un tagliente secondario avente essenzialmente funzione di guida della punta nel foro e lisciatura della parete cilindrica generata, detto colletto.
. Alcune punte hanno fori attraverso i quali i fluidi sono forzati, migliorando così la lubrificazione e il raffreddamento
Le punte sono disponibili con rompitruciolo lungo i bordi di taglio, molto importante nella foratura con macchinari automatizzati, in cui la rimozione di trucioli lunghi senza l'assistenza dell'operatore è essenziale.
Altre tipologie di punte:
punta a gradino produce fori con due o più diametri.
Punta da allargatura viene utilizzata su foro esistente per aumentarne il diametro
Punte per svasatura cilindrica e conica producono cavità in superficie per ospitare le teste di viti e bulloni sotto la superficie del pezzo
Punta di centratura viene utilizzata per produrre un foro su una superficie, per iniziare il foro nella posizione desiderata
Punte con inserti vengono utilizzati per produrre fori di grande diametro e profondi.
hanno i vantaggi di una maggiore rigidità (assenza scanalature), facilità di affilatura dei taglienti e costi inferiori.
Inserti in carburi sono utilizzati per forare
materiali duri (come ghisa),
metalli ad alta temperatura,
e materiali compositi con rinforzi di fibra abrasiva (come vetro e grafite).
materiali abrasivi (calcestruzzo e mattoni)
Parametri di foratura
Geometria della punta:
Grandezze caratteristiche:
Colletto: piccolo angolo di spoglia α serve come guida e lisciatura della parte cilindrica del foro
Faccette di affilatura
Angolo tra i taglienti η
Nocciolo centrale con diametro e = 0.1-0.2D assicura la resistenza a torsione della punta stessa (diametro limitato dal deflusso trucioli)
Le caratteristiche principali della punta elicoidale sono i seguenti:
angolo tra i taglienti (da 118° a 135°),
angolo di spoglia secondario (da 7° a 15°),
angolo del tagliente trasversale (da 125° a 135°)
angolo d’inclinazione dell’elica (da 15° a 30°).
I vari angoli di un trapano sono stati sviluppati attraverso l'esperienza e sono progettati per produrre fori precisi, ridurre al minimo le forze di perforazione e la coppia e ottimizzare la durata delle punte.
A causa della geometria della punta l’angolo di spoglia superiore e inferiore e la velocità del tagliente variano al variare della distanza dall’asse.
Piccole modifiche nella geometria della punta possono avere un effetto significativo sulle prestazioni, in particolare nella zona del tagliente trasversale, che rappresenta circa il 50% la forza di spinta nella perforazione.
Ad esempio, un angolo di spoglia secondario troppo piccolo aumenta la forza di spinta, genera calore eccessivo e aumenta l'usura.
Al contrario, un angolo troppo grande può causare scheggiatura o rottura del tagliente.
Velocità di asportazione del materiale:
Il tasso di rimozione del materiale (MRR) nella foratura è il volume del materiale rimosso tempo unitario (mm^3/min).
Per un trapano con diametro D, l'area della sezione trasversale del foro è pari a:
FORMULA
. La velocità di avanzamento della punta nel pezzo è il prodotto f (la distanza che la punta compie in una rivoluzione) e i giri al minuto N, dove .
FORMULA
Così
FORMULA
Forze di foratura
La forza di avanzamento nella foratura agisce nella direzione dell'asse del foro;
se questa forza è eccessiva, può causare la flessione o la rottura della punta.
Una forza di avanzamento eccessiva può anche distorcere il pezzo, in particolare se non ha sufficiente rigidità, oppure può causare lo slittamento del pezzo.
La forza di avanzamento dipende da fattori quali:
la resistenza del materiale del pezzo
materiale,
avanzamento
velocità di rotazione
diametro della punta
geometria della punta
fluidi di taglio.
Il calcolo accurato della forza di avanzamento è difficile
Tale forza assume valori di pochi Newton su punte di piccolo diametro e fino a 100kN su grossi diametri e materiali ad elevata resistenza :
Coppia in foratura
La conoscenza della coppia di foratura è essenziale per stimare la potenza assorbita;
tuttavia, a causa dei molti fattori coinvolti, è difficile da calcolare.
La coppia può essere stimata, considerando che ogni tagliente asporta una sezione di truciolo media di circa:
FORMULA
e stimando la coppia in base al metodo della pressione specifica di taglio:
FORMULA
Il lavoro:
FORMULA
La potenza assorbita:
FORMULA
La coppia nella foratura può essere fino a 4000 N
Parametri di taglio in foratura:
La velocità di taglio varia in funzione del diametro della punta e della velocità di rotazione (giri/min), Ad esempio una punta da 12.7 mm che ruota a 300 giri/min ha una velocità di taglio di:
FORMULA
Nei fori di diametro inferiore a 1 mm, le velocità di rotazione possono raggiungere i 30.000 rpm, a seconda del materiale del pezzo in lavorazione.
L'avanzamento nella foratura è la distanza percorsa dalla punta durante una rivoluzione, per punte di 1.5 mm di diametro si raccomandano f=0.025 mm/giro.
La rimozione dei trucioli durante la lavorazione può essere difficile, soprattutto per i fori profondi e materiali in lavorazione duttili, la punta deve essere ritratta periodicamente per rimuovere i chip che potrebbero essersi accumulati lungo le scanalature (problemi coppia eccesiva, usura e peggioramento lavorazione).
Durata utensili:
Le punte possono essere riaffilate.
La durata della punta può essere valutata misurando il numero di fori praticati prima che la punta diventi usurata e la forza aumenti.
Questo può essere determinato sperimentalmente misurando la forza e praticando una serie di fori, quando forza e coppia aumentano sensibilmente, viene preso il numero di fori eseguito prima della transizione. In alternativa si usano strumenti di rilevazione di vibrazioni o emissioni acustiche.
Operazioni di barenatura, alesatura e maschiatura
Barenatura
L’operazione di barenatura realizza:
allargamento di fori preesistenti
finitura di fori preesistenti
profili interni su pezzi cavi
L'utensile è, di solito, a punta singola, in acciaio rapido o carburo ed è chiamato bareno.
È montato su la testa dell'utensile, che è in grado di eseguire movimenti verticali e movimento radiale.
La testa può essere inclinata per produrre fori conici (affusolato).
La barenatura viene eseguita o su tornio o su alesatrici.
Nel primo caso il moto di taglio è del pezzo e nel secondo è dell’utensile in ogni caso il moto di avanzamento è dell’utensile.
Gli utensili da taglio sono simili a quelli utilizzati nella tornitura e sono montati su una barra di alesatura per raggiungere la lunghezza del foro.
La barra deve essere sufficientemente rigida per ridurre al minimo la deflessione dell'utensile e quindi mantenere la precisione dimensionale ed evitare vibrazioni e chattering.
Per questo motivo, si usano materiali con un modulo elastico elevato (come il carburo di tungsteno) ed esistono bareni con funzionalità smorzante.
Alesatura
Nelle operazioni di alesatura generalmente il moto di taglio è rotatorio e posseduto dall’utensile, quello di avanzamento è posseduto dall’utensile.
Le operazioni di alesatura migliorano la finitura interna di fori preesistenti.
L’utensile pluritagliente consta di 3 parti:
imbocco a forte conicità
tratto di lavoro a debole conicità
tratto di calibrazione a diametro costante.
In tal caso i taglienti: dritti o elicoidali
. Ogni tagliente asporta una piccola quantità di materiale.
I parametri di taglio:
Sovrametallo asportato: 0.1-0.4 mm
Velocità di taglio: 3 e 10 m/min.
Utensile con n taglienti che si dividono l’avanzamento per giro
Rugosità ottenibili: Ra=0.8-3 μm (miglioramento della rugosità)
Diametri: da qualche mm 40 mm.
Maschiatura
Filettatura interne di fori con utensili detti maschi
Moto di taglio rotatorio e di avanzamento lineare posseduti dall’utensile Maschio:
Codolo cilindrico con sezione quadrangolare di attacco
Parte filettata interrotta longitudinalmente da 3-4 canali rettilinei o elicoidali
(sezioni canali realizzano opportuni angoli di spoglia superiore)
Maschi conici riducono coppia richiesta