Lavorazioni per deformazione plastica a caldo

ITIS “G. Galilei” AREZZO
TECNOLOGIE MECCANICHE DI PROCESSO E DI PRODOTTO
LAVORAZIONI PER DEFORMAZIONE PLASTICA A CALDO DEI SEMILAVORATI
CLASSE 3° MECCANICI
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LAVORAZIONI PER DEFORMAZIONE PLASTICA A CALDO DEI SEMILAVORATI
Le lavorazioni per deformazione plastica a caldo si eseguono su pezzi di grandi dimensioni
occorre lavorare a caldo
(temperatura di lavoro TL elevata rispetto a quella di fusione Tf; 2/3 Tf < TL < Tf)
materiali pastosi
elevata
deformabilità
si fanno grandi deformazioni.
Le principali tecniche di lavorazione per deformazione plastica a caldo sono:
• fucinatura libera
• stampaggio
FUCINATURA LIBERA
Si ottengono pezzi semilavorati detti fucinati attraverso deformazioni libere progressive eseguite con adeguate forme ma
non dentro a uno stampo (fig. 5.75 e 5.76 pag. 178).
Caratteristiche della lavorazione
• lavorazione a caldo
buona plasticità del materiale che consente grandi deformazioni
• lavorazione a freddo
miglioramento delle caratteristiche geometriche del pezzo; miglioramento della struttura
cristallina del materiale che diviene più omogenea e fine
un maglio
azione per urto
• deformazione di compressione
forza di compressione applicata da:
una pressa
azione per pressione
a mano per pezzi di piccole dimensioni
• pezzo libero movimentato dall’operatore
con manipolatori meccanici per pezzi di grandi dimensioni
Ciclo di lavorazione
1. taglio del massello
2. riscaldamento in forno
3. deformazione libera progressiva
4. eventuale ripresa a caldo e successiva deformazione
5. trattamento termico di ricottura di lavorabilità
6. finitura alle M.U.
Caratteristiche dei fucinati
• prodotti grezzi
forme sbozzate per la successiva finitura
• grandi dimensioni con grandi variazioni di dimensione
si risparmia materiale rispetto a lavorare da pieno
• produzione limitata
non giustificata la realizzazione di uno stampo
STAMPAGGIO
Si ottengono pezzi semilavorati QUASI FINITI detti stampati attraverso una deformazione continua guidata eseguite
dentro adeguate forme, dette stampi, che al loro interno hanno un’impronta che riproduce in negativo la forma da
ottenere (fig. 5.77 e 5.78 pag. 178).
Caratteristiche della lavorazione
• lavorazione a caldo
buona plasticità del materiale che consente grandi deformazioni e riduzione della forza
necessaria per la deformazione
• lavorazione a freddo
solo le lavorazioni finali
miglioramento della precisione dimensionale del pezzo;
miglioramento della finitura superficiale
un maglio
azione per urto
• deformazione progressiva di compressione
forza di compressione applicata da:
una pressa
azione per pressione
• pezzo di partenza
spezzone metallico o massello
per compressione assume la forma dell’impronta
• pezzo con materiale più compatto e che mantiene la fibrosità originaria
fibre deformate ma non interrotte
migliorano le caratteristiche di resistenza (Fig. 5.79 pag. 179)
Stampi (fig. da 5.80 a 5.83 pag. 179-180)
Stampo = insieme di due o più matrici, detti semistampi, che portano al loro interno una impronta, cioè una cavità che ha
la forma in negativo del pezzo che si vuole produrre. Di solito il semistampo inferiore sta fermo mentre il
semistampo superiore scende a comprimere il massello.
Caratteristiche comuni a tutti gli stampi
• piano di divisione: è il piano che contiene la linea di massimo ingombro del pezzo e che divide lo stampo in due parti
• angoli di sformo: tutte le superfici perpendicolari al piano di divisione devono presentare una piccola inclinazione per
consentire al pezzo finito di poter essere estratto dallo stampo a fine deformazione (superfici
perfettamente perpendicolari non possono essere estratte)
• raccordi: gli spigoli vivi devono essere evitati; quindi tutti i bordi della cavità devono essere raccordati con ampio
raggio
riduzione del rischio di rottura; facilitato il riempimento di tutta la cavità
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• dimensioni: la cavità dello stampo deve avere dimensioni maggiori rispetto a quelle del pezzo finito perché si deve
tenere in conto il ritiro dimensionale dovuto alla dilatazione termica
• canale di bava: in corrispondenza del piano di divisione c’è una cavità continua che circonda all’esterno tutta la
cavità; questo canale comunica con la camera scartabava che serve per accogliere l’eccesso di
materiale, detto bava, che è necessario introdurre per assicurare il completo riempimento della
cavità (il massello introdotto ha volume maggiore di quello del pezzo finito). Il canale di bava e la
collegata camera scartabava hanno le seguenti funzioni:
garantire il riempimento della forma
raccogliere il materiale in eccesso (bava)
consentire di espellere l’aria contenuta nella cavità
ammortizzare gli urti fra il semistampo superiore e il semistampo inferiore
Tipi di stampi e loro caratteristiche
• stampi aperti: impiegati per pezzi di forma regolare per cui la divisione è in due parti uguali e simmetriche
• stampi ad estrusione:
• stampi semichiusi:
• stampi chiusi:
Materiali per stampi
Caratteristiche dei materiali per stampi:
• elevata durezza
• buona tenacità a caldo
• elevata resistenza ad usura e corrosione
• buona resistenza a shock termici
Materiali impiegati:
• indeformabilità ottenuta con trattamento termico (T.T.)
• buona resistenza al rinvenimento
• buona lavorabilità dopo ricottura
acciai speciali da utensili (Tab. 5.8 pag. 180)
Scelta del materiale
dipende da: ●
•
•
•
Ciclo di stampaggio
Fase 1 – Riscaldamento
Fase 2 – Sbozzatura
Fase 3 – Stampaggio
Fase 4 – Tranciatura
forma e dimensioni dello stampo
materiale da stampare
numero di pezzi da produrre
temperatura di stampaggio
il massello viene posto in forno per aumentarne la temperatura fino a quella di lavoro, che
dipende dal materiale che si deve lavorare, dalle caratteristiche del pezzo e dall’entità
della deformazione (Tab. 5.9 pag. 181)
si imprime al massello una forma più vicina possibile a quella del pezzo finito
si esegue lo stampaggio dello sbozzato inserito fra due semistampi
eliminazione delle bave presenti sul pezzo stampato, si chiama anche sbavatura
Una volta finita l’operazione di stampaggio si passa all’eventuale T.T. e, se necessario, all’indurimento superficiale; a
questi trattamenti segue una fase di finitura superficiale per ripristinare la precisione dimensionale dello stampo.
MACCHINE PER FUCINATURA E PER STAMPAGGIO
a semplice effetto (a incudine fissa)
Magli
a doppio effetto (a incudine mobile)
a contraccolpo (a mazze mobili)
Macchine per fucinatura e stampaggio
meccaniche ad eccentrico o a ginocchiera
Presse
meccaniche a vite
oleodinamiche
Magli
Caratteristiche:
● azione violenta e veloce (urto) e dinamica
deformazione che non arriva al cuore del massello
ma rimane in superficie con incrudimento superficiale del materiale
• principio di funzionamento
mazza-incudine
una mazza pesante cade sul massello che è
appoggiato sull’incudine
• impiegati soprattutto in fucinatura libera
sbozzati ottenuti con una rapida serie di colpi che
deformano progressivamente il massello che viene spostato fra un colpo e l’altro
• materiale del pezzo finito che presenta caratteristiche eterogenee fra esterno ed interno
Maglio a semplice effetto (fig. 5.94 e 5.95 pag. 185)
Architettura e funzionamento: - incudine fissa alle fondamenta
- montanti laterali con guide
- mazza guidata che cade per gravità
1 solo effetto
- energia cinetica della mazza
lavoro sul massello
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Caratteristiche:
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- pochi colpi al minuto
scarsa produttività
- incudine molto più grande della mazza
fondamenta molto grosse per assorbire urti
Maglio a doppio effetto (fig. 5.96 pag. 185)
Architettura e funzionamento: - incudine fissa alle fondamenta
- mazza guidata che cade per due motivi: 1 – gravità
1° effetto
2 – pressione idraulica o pneumatica sul pistone
collegato alla mazza
2° effetto
Caratteristiche:
- maggiore velocità di discesa della mazza
regolazione della portata del fluido sul pistone
- maggiore pressione di lavoro
regolazione della pressione del fluido sul pistone
- maggiore numero di colpi al minuto
aumento della produttività
Maglio a contraccolpo (fig. 5.97 pag. 186)
Architettura e funzionamento: - mazza inferiore al posto dell’incudine fissa
- mazza inferiore guidata che sale verso l’alto
- mazza superiore guidata che cade verso il basso
- movimento delle mazze in sincronismo con nastri di acciaio e pulegge di rinvio
delle mazze circa a metà corsa
- movimentazione dovuta a pistone idraulico nella parte superiore del telaio
Caratteristiche:
incontro
- movimento contrapposto delle mazze
lavorazione in contemporanea su entrambe le facce del
massello
possibilità di inserire semistampi sulle mazze
- massa della mazza inferiore molto minore di quello dell’incudine fissa a parità di lavoro eseguito
peso macchina minore
- mazza inferiore non collegata a terra
drastica riduzione delle vibrazioni assorbite dalle fondamenta
fondamenta più piccole
- urto non assorbito dall’incudine
miglior rendimento
- maggiore produttività anche con stampi
- posizionamento del pezzo al centro della macchina difficile
- perdita di precisione nel tempo
Presse
Caratteristiche:
● azione lenta e statica
deformazione continua progressiva che non arriva al cuore del massello
• principio di funzionamento
semistampo superiore che viene spinto con forza crescente verso il
semistampo inferiore, che di solito sta fermo
• impiegate soprattutto in stampaggio
semilavorati ottenuti con una sola corsa del semistampo
superiore, eventualmente in più passaggi per raggiungere la forma finale
• materiale del pezzo finito che presenta caratteristiche omogenee fra esterno ed interno e grande
fibrosità
• vantaggi rispetto ai magli: - minore rumorosità
- assenza di vibrazioni
- fondamenta piccole
- maggiore durata degli stampi
Caratteristiche distintive di una pressa:
• sforzo massimo esercitabile
• dimensioni massime del prodotto
• presenza di premi lamiera
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TIPOLOGIE DI PRESSE
In base al sistema di
funzionamento
•
•
•
•
•
In base alle operazioni da
eseguire
Per fucinare
Per stampare
Per imbutire
Per tranciare
Per piegare
•
•
•
In base al numero di
pezzi mobili
A semplice effetto
solo punzone
A doppio effetto
punzone + premi
lamiera
A triplo effetto
punzone + premi
lamiera + estrattore
Meccaniche
Ad eccentrico
A ginocchiera
In base al tipo di telaio
•
•
•
A doppio montante
Inclinabili
Frontali
A fluido
A vite o a frizione
Idrauliche
Oleodinamiche
Presse meccaniche
Movimentazione da motore elettrico
motore rotativo continuo
occorrono dei meccanismi per trasformare il moto da
rotatorio a rettilineo uniforme alternato
meccanismi o cinematismi:
- eccentrico
- ginocchiera
- vite e frizione
Presse ad eccentrico (fig. 5.98, 5.99 e 5.100 pag. 187)
• Slitta mobile è mossa da un eccentrico
trasformazione in moto rettilineo alternato dell’energia cinetica accumulata
in un volano che gira.
• Slitta mobile guidata da guide solidali al telaio
Presse a ginocchiera (fig. 5.101 e 5.102 pag. 187)
• Movimentazione con motore elettrico collegato a meccanismo biella-manovella
biella collegata a una leva della
ginocchiera
• Ginocchiera = meccanismo a leve molto rigido
giochi ridotti; grande precisione
• Elevata spinta di lavoro con piccole corse
• Adatte per coniatura
• Slitta mobile guidata da guide solidali al telaio
Presse a vite o a frizione o a bilanciere (fig. 5.103 pag. 188)
• Movimentazione da motore elettrico a volano
energia cinetica di rotazione del volano
rotazione vite
trasformazione del moto in rettilineo
• Due ruote di frizione calettate sull’albero del volano e dai lati opposti della vite che è in verticale
inserendo una o
l’altra ruota di frizione cambia il verso di rotazione della vite
• Slitta mobile solidale alla vite che è accoppiata con una madrevite fissa al telaio
cambia il verso di rotazione della
vite
salita e discesa della slitta mobile
• Slitta mobile guidata da guide solidali al telaio
Presse a fluido
Principio di funzionamento (fig. 5.106 pag. 189)
Il funzionamento è basato sul Principio di Pascal: la pressione in fluido è uguale in tutti i punti
nei liquidi, che sono incomprimibili, significa che si ha pressione costante in tutto il liquido
il liquido agisce su due stantuffi con superfici molto diverse
piccola forza F1 sullo stantuffo motore di sezione S1
nasce nel liquido la pressione p = F1/S1
la stessa pressione agisce sotto allo stantuffo operatore che ha grande sezione S2
nasce la forza F2 = p • S2 che è molto più grande di quella applicata F1, infatti F2 = p • S2 = F1 • S2/S1
Vantaggi delle presse a fluido:
• forza di spinta regolabile su tutta la corsa della slitta mobile
• forze di spinta molto alte se si generano nel liquido pressioni molto elevate