- Itis arezzo

ITIS “G. Galilei” AREZZO
TECNOLOGIE MECCANICHE DI PROCESSO E DI PRODOTTO
LAVORAZIONI PER DEFORMAZIONE PLASTICA – TRAFILATURA
CLASSE 3° MECCANICI
Pagina 1 di 2
TRAFILATURA
Trafilatura = lavorazione per deformazione plastica progressiva a freddo con riduzione della sezione e allungamento. La
deformazione si ha facendo passare la barra semilavorata del materiale dentro ad un foro tronco conico grazie
all’azione di una forza esterna che tira il materiale, il quale si deforma per duttilità.
Siccome si ha deformazione a freddo
incrudimento del materiale
profonda modifica delle qualità del materiale
occorre eseguire un adeguato trattamento termico dopo la trafilatura per ripristinare le proprietà del materiale.
Funzionamento (schema fig. 5.48 pag. 169)
C’è una matrice detta filiera che porta il foro tronco-conico; il materiale viene fatto entrare nel foro e tirato dalla parte
opposta per mezzo di una forza di trazione T. Si hanno i seguenti parametri:
• S0 = sezione iniziale della barra in ingresso; S1 = sezione finale della barra-filo in uscita; D0 = diametro della sezione di
ingresso (per sezione circolare); D1 = diametro della sezione in uscita (per sezione circolare); L0 = lunghezza della
barra in ingresso; L1 = lunghezza della barra in uscita; a = semiangolo di apertura del foro tronco-conico
2
2
R = S1 / S0 = rapporto di trafilatura (è la percentuale di riduzione della sezione) con S0 = pD0 /4 e S1 = pD1 /4;
• la lavorazione avviene a massa m = costante (la quantità di materia non può cambiare)
m = mv • V, e siccome per i
solidi mv = costante
volume V = costante
V0 = S0 • L0; V1 = S1 • L1
V0 = V1
S0 • L0 = S1 • L1
L1 = L0 • S0/S1
siccome S1 < S0 , cioè S ↓
L↑
L1 > L0
il pezzo passando attraverso la filiera riduce la
sezione (schiacciamento) e aumenta la lunghezza (stiramento);
Forze che agiscono durante la laminazione (schema fig. 5.50 pag. 169)
La forza di trazione T applicata dall’esterno genera stiramento del materiale che è costretto a passare attraverso il foro
della filiera
il materiale fa attrito sui fianchi della filiera e la conseguente forza di attrito provoca il riscaldamento del
materiale, oltre che una variazione di velocità
gli strati esterni del materiale sono più lenti di quelli interni
modifica
della struttura del materiale da granulare a fibrosa e conseguente incrudimento
Rm ↑; elasticità ↑.
La forza di trazione T minima si può esprimere come T = k • Rm • S1, dove:
• Rm = carico unitario massimo a trazione del materiale incrudito,
• S1 = sezione finale della barra che deve resistere all’applicazione di T,
• k = coefficiente sperimentale che vale k = 0,15 + (1,3 • R) e che considera i seguenti aspetti:
riduzione di sezione R = S1 / S0
attrito esterno fra materiale e filiera, che a sua volta dipende dai materiali in lavorazione e della filiera,
dall’angolo a di apertura del foro tronco-conico e dalla lubrificazione,
attrito interno al materiale.
Allora si può definire sollecitazione unitaria di trafilatura: s = T/ S1 = k • Rm
deve risultare s < RE (oppure Rp0,2), cioè la
sollecitazione di trafilatura deve essere minore del carico unitario di snervamento del materiale trafilato incrudito,
altrimenti il materiale subisce una seconda deformazione permanente fuori dalla filiera.
Per poter avere trafilatura la forza di trazione T deve essere maggiore della risultante della componente orizzontale FO
della forza di compressione F esercitata dalla filiera sul pezzo in lavorazione e della componente orizzontale AO della
forza di attrito A che si genera fra le pareti della filiera e il materiale: T > FO + AO.
Queste due componenti si possono esprimere in funzione della resistenza del materiale, della riduzione di sezione e
dell’attrito fra filiera e materiale; in sostanza considerando gli stessi parametri presi in considerazione dal coefficiente k.
Lavoro e potenza di trafilatura
Il lavoro di trafilatura vale: L = T • L1 , dove con L1 si intende la lunghezza totale del filo prodotto.
La potenza di trafilatura vale: N = L / t = T • v1 , dove v1 è la velocità di uscita del filo prodotto dalla filiera.
Sostituendo a T la sua formulazione si ha :
3
L = (k • Rm • S1) • L1 = k • Rm • V1 , dove V1 è il volume del filo prodotto in mm ;
3
N = (k • Rm • S1) • v1 = k • Rm • Q1 , dove Q1 è la portata volumetrica del filo prodotto in mm / s.
Siccome k • Rm = s
L = s • V1 e N = s • Q1; da cui: L / V1 = N / Q1 = s, cioè il lavoro specifico per unità di volume
(L / V1) e la potenza specifica per unità di portata volumetrica (N / Q1) sono uguali al carico unitario di snervamento del
materiale trafilato incrudito.
Filiera (fig. 5.51 e 5.52 pag. 171)
Filiera = utensile utilizzato nella trafilatura; ha due caratteristiche principali: il profilo del foro e il materiale.
Profilo del foro: il foro tronco-conico ha quattro zone ben distinte:
1. ingresso
foro conico convergente a grande angolo di apertura (50 ÷ 70°) per imbocco e lubrificazione;
2. lavoro
foro conico convergente con piccolo angolo (6 ÷ 15°) per eseguire la deformazione plastica;
3. calibratura
foro cilindrico breve per stabilizzare le dimensioni del materiale trafilato nel foro conico precedente;
4. uscita
foro conico divergente con grande angolo di apertura per evitare il contatto del materiale in uscita con
la filiera dovuto al ritorno elastico del materiale deformato che esce dal contatto con la filiera
Materiale della filiera: il materiale con cui è costruita la filiera dipende dal materiale da trafilare e dal diametro del filo da
ottenere; deve avere le seguenti caratteristiche: elevata durezza, elevata resistenza ad usura e abrasione, buona
ITIS “G. Galilei” AREZZO
TECNOLOGIE MECCANICHE DI PROCESSO E DI PRODOTTO
LAVORAZIONI PER DEFORMAZIONE PLASTICA – TRAFILATURA
resistenza a caldo
(fili capillari).
CLASSE 3° MECCANICI
Pagina 2 di 2
materiali utilizzati: acciaio da utensili temprato, metallo sinterizzato, materiale ceramico, diamante
Operazioni di trafilatura del filo
Si inizia da vergella
ricottura per eliminare incrudimento
pulitura meccanica ed in acqua
preparazione della punta
per imbocco
passaggi successivi in filiera con riduzioni progressive del diametro
numero di filiere che dipende dal
rapporto di trafilatura totale R, che a sua volta dipende da: T, Rm, S1, V1, lubrificazione.
Macchine trafilatrici (fig. 5.53, 5.54 e 5.55 pag. 172)
Banchi di trafilatura: si trafilano sezioni grosse che richiedono forze elevate
• azionamento idraulico (oleodinamico)
• un solo passaggio di trafilatura
• bassa velocità di lavoro
caratteristiche:
Trafilatrici multiple: ci sono una serie di filiere a sezione decrescente in fila attraverso cui passa il filo
più operazioni di
trafilatura contemporaneamente
caratteristiche:
• elevata produzione,
• necessità di una serie di tamburi avvolgitori (aspi) su si avvolge il filo trafilato,
• tamburi motorizzati che forniscono il tiro T per ogni passaggio di trafilatura,
• necessità di un punto di lubrificazione fra una filiera e la successiva,
• problema dell’accumulo del filo in uscita dovuto all’allungamento del filo durante la trafilatura
si elimina l’accumulo
aumentando progressivamente la velocità di rotazione delle bobine e quindi di trafilatura
le velocità delle bobine
sono crescenti, strettamente collegate fra di loro e definibili dalla riduzione di sezione per ogni passaggio,
• in realtà le velocità periferiche dei tamburi sono maggiori di quelle di produzione del filo
si ha slittamento assiale del
filo e questo evita la rottura del filo stesso.
Prodotti di trafilatura (fig. da 5.56 a 5.61 pag. 172-173)
Filo
è il principale prodotto che si ottiene per trafilatura impiegando filiere con foro a sezione circolare; ha
molteplici impieghi in funzione del materiale e delle dimensioni del filo stesso.
Barre
sagomando il foro della filiera in modo adeguato si possono ottenere barre piene di varia sezione
(esagonale, quadrata, rettangolare, ecc.); queste barre hanno dimensioni della sezione contenute,
precisione dimensionale e finitura superficiale migliori delle barre laminate.
Tubi
partendo da tubi senza saldatura laminati si esegue una riduzione a freddo della sezione e/o dello spessore
incrudimento del materiale, migliore finitura superficiale e maggiore precisione dimensionale.
Metodo:
1) trafilatura in filiera con foro circolare (lavorazione sul diametro esterno) senza mandrino
riduzione del
diametro esterno del tubo e del suo diametro interno, ma nessun controllo preciso sullo spessore, che in
teoria rimane costante.
2) trafilatura in filiera con foro circolare (lavorazione sul diametro esterno) con inserito un mandrino
(lavorazione sul diametro interno)
tipi di mandrino:
2.a) mandrino lungo = barra piena che ha il diametro esterno uguale a quello interno del tubo che si sta
trafilando, tubo e mandrino scorrono insieme dentro alla filiera
il mandrino deve avere una
lunghezza maggiore di quella del tubo di partenza e viene estratto dopo la lavorazione
riduzione
del diametro esterno del tubo e del suo spessore con controllo preciso sul diametro interno.
2.b) mandrino corto o tappo = il mandrino vero e proprio è un cilindro pieno corto fissato all’estremità di
una barra più piccola e lunga detta stringa
il mandrino viene posizionato nella zona di lavoro della
filiera e rimane fermo durante la lavorazione
riduzione del diametro esterno del tubo e del suo
spessore con controllo preciso sul diametro interno.