Foratura, alesatura, brocciatura - itis galileo galilei conegliano
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Foratura, alesatura, brocciatura - itis galileo galilei conegliano
Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura Lavorazioni di foratura Il Trapano Il trapano é una macchina utensile utilizzata soprattutto per l’esecuzioni di fori, ma anche per allargare, svasare, alesare e filettare fori già eseguiti.I trapani più utilizzati nelle officine sono il trapano sensitivo, il trapano a colonna e quello radiale (detto “a bandiera”). Un trapano molto utilizzato nelle officine é il “Trapano sensitivo”, illustrato a fianco, cosiddetto perché il sistema di avanzamento é a mano: l’operatore, agendo su una leva, regola la velocità di avanzamento del mandrino (e quindi dell’utensile) in base alla resistenza che il materiale oppone alla penetrazione della punta elicoidale, resistenza che l’operatore stesso apprezza con la sua sensibilità. Nella testa motrice sono alloggiati il motore elettrico ed il gruppo cono-puleggia per la trasmissione e la variazione del moto di rotazione della punta elicoidale, che costituisce l’utensile per la lavorazione. Una cinghia di trasmissione collega i coni-puleggia del motore con quelli dell’albero mandrino. Variando per mezzo della cinghia il collegamento tra i due coni di pulegge, variano i rapporti tra i diametri e di conseguenza tra le velocità dell’albero motore e dell’albero mandrino. Supponendo di avere un motore a tre velocità con due pulegge interscambiabili a cinque gole, si possono avere 30 diverse velocità del mandrino (3 · 5 · 2). La leva di manovra, azionata dall’operatore, attraverso un collegamento rocchetto-dentiera, permette lo spostamento verticale del cannotto del mandrino e, quindi, l’avanzamento dell’utensile, che è fissato e bloccato attraverso il suo codolo conico o cilindrico direttamente nel cannotto. Il pezzo da forare è montato, attraverso morsa o staffe, sulla mensola (che può muoversi verticalmente per regolare la distanza tra pezzo e utensile. Nel trapano a colonna, la testa motrice e la tavola portapezzo possono scorrere su una colonna cilindrica; la sua struttura è regida e in ghisa. In genere tale trapano è dotato di avanzamento anche automatico, possedendo nella testa motrice il cambio di velocità ed i rotismi necessari all’avanzamento. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 1 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura Il trapano radiale o “a bandiera” è caratterizzato da un robusto basamento a colonna sul quale può scorrere verticalmente e ruotare orizzontalmente (da ciò la denominazione “a bandiera”) la mensola portacarrello porta-utensile. Anche la tavola porta-pezzo può ruotare attorno all’asse della colonna. Il movimento di alimentazione è realizzato automaticamente attraverso coppie di ingranaggi conici, una vite-ruota elicoidale e un pignone azionante una dentiera investita sul mandrino porta-punta. Il trapano radiale è adatto per eseguire lavorazioni su pezzi pesanti, perché è possibile spostare l’utensile senza spostare il pezzo. - Montaggio dei pezzi Per poter eseguire una qualunque foratura, è necessario montare e bloccare il pezzo sulla tavola. Il mezo più semplice che consente tale operazione è la morsa, soprattutto quando non è richiesta una precisione elevata, la superficie da forare è perpendicolare all’utensile ed il tempo necessario per la foratura non è elemento fondamentale nel processo di fabbricazione. Nelle lavorazioni in serie, per esempio, si rende necessario “guidare” la punta elicoidale con una apposita attrezzatura speciale che va progettata e realizzata appositamente. La figura a lato, per esempio, consente la realizzazione di fori su pezzi circolari. - La punta elicoidale Gli utensili per trapanatrici sono comunemente denominate “punte elicoidali”. Esse, grazie alla loro forma, facilitano l’allontanamento del truciolo. La punta elicoidale é costituita da: - un codolo, di forma generalmente conica, che s’investe nel serrapunte portato dal mandrino - uno stelo, provvisto di una testa munita di spigoli taglienti. I materiali più utilizzati per costruire le punte elicoidali sono gli acciai rapidi e super rapidi. Punte speciali possono avere il corpo in acciaio rapido e gli spigoli taglienti costituiti da placchette in carburo metallico sinterizzato. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 2 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura L’angolo tra i taglienti può variare da un minimo di 80° (per lavorazione di materie plastiche), a 118° (per lavorare acciai avente Rm < 700 kg/mm2, ghise ed ottone), a 130° (per forare acciai duri), a 140° (per la lavorazione degli acciai inox, il rame e l’alluminio). La punta elicoidale può essere introdotta direttamente, attraverso il suo codolo conico, nel mandrino (è il caso delle punte di diametro maggiore A), oppure indirettamente attraverso il suo codolo cilindrico o conico tra le griffe di un mandrino a sua volta allogato nella bussola del mandrino (nel caso di punte di diametro minore B). Il grado di precisione e di finitura ottenibile con la punta elicoidale é scadente. In genere non si riesce ad ottenere una grado di precisione più ristretto di H 10. Quando é richiesta una precisione più spinta bisogna ripassare il foro con appropriati alesatori. Il diametro di un foro eseguito mediante una punta elicoidale è sempre maggiore del diametro della punta stessa. Per esempio, volendo eseguire un foro di diametro 10 mm in un pezzo d’acciaio dolce, è necessario utilizzare una punta elicoidale avente diametro: d = 10 – 0,2 = 9,8 [mm]. Nelle macchine trapanatrici il pezzo rimane fermo durante la lavorazione e perciò: - l’utensile possiede il moto di taglio, che é rotatorio - l’utensile possiede il moto di avanzamento, che é traslatorio assiale Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 3 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura Parametri di taglio nella trapanatura Velocità di taglio ed Avanzamenti per punte elicoidali in acciaio Super Rapido Velocità di taglio Materiale Refrigerante da forare in m/min Acciaio R ≤ 450 N/mm2 Olio Acciaio R = 450÷700 N/mm2 Olio Acciaio R = 700÷900 N/mm2 Olio Acciaio R = 900÷1100 N/mm2 Olio Ghisa dolce A secco Ghisa dura A secco Acciaio inossidabile Olio Acciaio al Ni-Cr-Mo Olio Ottone A secco Olio Ottone tenace Olio Rame e metalli leggeri Olio Electron A secco 1 a ag mano n 12000 a ag mano 30 ÷ 35 n 10000 a ag mano 15 ÷ 20 n 5600 a ag 12 ÷ 15 mano n 4300 a ag 20 ÷ 30 mano n 8000 a ag 10 ÷ 20 mano n 4800 a ag 9 ÷ 13 mano n 3500 a ag mano 6 ÷ 12 n 2800 a ag 80÷100 mano n 28000 a ag 50 ÷ 60 mano n 17500 a ag 50÷120 mano n 28000 a ag 150÷300 mano n 72000 35 ÷ 40 Diametro della punta elicoidale [mm] 2 5 8 12 16 25 Avanzamento in mm/giro Numero di giri medio in giri/min 40 63 0,05 6000 0,12 2400 0,20 0,25 1500 1000 0,30 750 0,40 600 0,40 300 0,50 190 0,05 5000 0,12 2100 0,20 1300 0,25 850 0,30 640 0,40 410 0,40 260 0,50 165 0,03 2800 0,08 1100 0,12 700 0,16 580 0,20 350 0,25 220 0,32 140 0,36 90 a mano 2150 0,06 860 0,10 540 0,15 360 0,20 270 0,30 170 0,30 110 0,30 70 0,07 4000 0,12 1600 0,20 1000 0,30 660 0,40 500 0,50 320 0,60 200 0,60 127 a mano 2400 0,10 9600 0,20 600 0,30 400 0,40 300 0,50 190 0,60 120 0,60 95 0,02 1750 0,05 700 0,12 440 0,20 290 0,20 220 0,30 140 0,35 85 0,35 55 a mano 1400 0,05 570 0,10 360 0,12 240 0,15 180 0,20 110 0,20 70 0,30 45 0,08 14000 0,20 5700 0,25 0,30 0,40 0,50 3600 2400 1800 1100 0,60 700 0,70 450 0,05 8700 0,15 3500 0,25 0,30 0,40 2200 1500 1100 0,50 700 0,60 440 0,70 280 0,05 14000 0,15 5700 0,25 0,30 0,40 0,50 3600 2400 1800 1100 0,50 700 0,50 450 0,05 0,15 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 36000 15000 9000 6000 4500 3000 1800 1100 Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 4 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura Potenza di taglio nella trapanatura Perché avvenga l’asportazione di truciolo, il mandrino deve vincere la resistenza opposta dalle due forze Fs sui due taglienti. Le due forze determinano un momento: Mt = Fs · b [N · mm] La forza di taglio Fs, che agisce su ogni tagliente, è data da: Fs = σS · S [N] S è la sezione di truciolo, che per un tagliente vale: S = (a/2) · (d/2) = (a · d)/4 [mm2] Per i due taglienti è quindi: S = 2 · (a · d)/4 = (a · d)/2 [mm2] Per quanto riguarda il coefficiente di strappamento σS, esso può essere assunto pari a: - σS = (4,8 ÷ 6) ∙ Rm per gli acciai ed i materiali non ferrosi - σS = (4,2 ÷ 5) ∙ Rm per le ghise Il braccio b può essere assunto pari a: b = (0,45 ÷ 0,6) ∙ d [mm] (valori maggiori per i materiali tenaci, valori minori per quelli fragili). La velocità angolare della punta elicoidale è: ω = (2 ∙ π ∙ n)/60 [rad/s] Ricordando la relazione della Potenza: P = (Mt · ω)/1000 [kW] sostituendo, si ha: P = (Mt · n)/9550 [kW] con Mt espresso in [N · m] Considerando per il trapano un rendimento η = 0,6 ÷ 0,8, la potenza del motore dovrà essere: PM = P/η [kW] Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 5 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura Calcolo del tempo attivo (di macchina) Dalla regola generale: t = corsa / va = L / (ag · n) con riferimento alla figura, il tempo di lavoro risulta: t = (b + e + h) / (ag · n) [min] dove: b = altezza della punta conica c = corsa a vuoto (o di avvicinamento) h = profondità del foro da eseguire Dalla figura si rileva: b = AB / tgα/2 = d/2 / tgα/2 = d / 2 · tgα/2 Supponendo α = 120°, si ha tgα/2 = 1,73 Quindi: b = d / 3,46 ≈ 0,3 · d [mm] La corsa a vuoto dipende dalla capacità del lavoratore e si può assumenre pari a 5 ÷ 30 [mm]. Si può ritenere che la corsa di ritorno venga compiuta ad una velocità pari a 10 volte quella impiegata nella fase di lavoro. Il tempo per la corsa di ritorno vale perciò: tr = t / 10 [min] In definitiva, il tempo totale di macchina sarà: T = 1,1 · [(0,3·d + e + h) / (ag · n)] [min] Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 6 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura Alesatura La foratura con punta elicoidale non consente precisione inferiore ad H10. Quando le tolleranze sono più ristrette bisogna ricorrere alla alesatura. L’alesatura è una operazione di finitura da realizzare con molta accuratezza perché deve assicurare al foro dimensioni entro la tolleranza H7 ed una finitura superficiale Ra ≤ 3 [μm] (fino a 0,6). L’alesatura viene eseguita mediante un alesatore, utensile multitagliente che è manovrato a mano mediante un attrezzo detto “gira alesatore”, oppure montato sul trapano. In pratica si determina l’allargamento del diametro di un foro asportando del materiale dopo aver eseguito un foro di preparazione con una punta elicoidale avente diametro più piccolo. Il sovrametallo da asportare è di 0,1 ÷ 0,4 [mm]. E bene che, per evitare vibrazioni, il moto rotatorio di lavoro sia lento e realizzato in senso orario in modo che i trucioli non si incastrino tra i denti e la parete interna del foro danneggiando i taglienti e la finitura superficiale del foro. Anche il moto assiale di avanzamento deve essere piccolo per evitare che i denti dell’alesatore si impuntino, bloccando la rotazione dell’utensile stesso. Gli alesatori cilindrici hanno UNI 6853. Esempio di designazione: alesatore 16 UNI 6853. - Dati tecnologici Nel caso di alesatura con utensile in HS, si può assumere: - se diametro del foro è 5 ÷ 20 [mm] - se diametro del foro è 20 ÷ 40 [mm] p = 0,1 ÷ 0,2 [mm] p = 0,2 ÷ 0,3 [mm] Come avanzamento si può assumere ag = 0,05 ÷ 0,3 [mm/giro] Per la finitura di fori su pezzi di grandi dimensioni si utilizzano macchine speciali dette “alesatrici”. Per fori di piccole dimensioni si utilizzano alesatori multitaglienti, per fori di grandi dimensioni alesatori monotaglienti detti “barre alesatrici”. Nell’alesatrice è l’utensile che possiede il moto di taglio, mentre il moto di alimentazione è posseduto dal pezzo o dal mandrino portautensili. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 7 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura Filettatura e maschiatura La filettatura e maschiatura sono le operazione mediante le quali si eseguono e si creano sui pezzi i “filetti”. Queste operazioni sono eseguite sulle superfici cilindriche o coniche e possono essere esterne od interne. Gli utensili impiegati per le lavorazioni a banco di maschiatura (a mano) sono i “maschi” (per l’esecuzione di filetti interni) e le “filiere” (per l’esecuzione di filetti esterni). Il maschio è, in pratica, una vite nella quale sono stati eseguiti dei solchi assiali che tagliano quasi normalmente i filetti creando così i taglienti. I maschi sono forniti in serie di tre pezzi: il primo è conico e serve da sbozzatore; gli altri due procedono alla finitura del filetto. Essi sono forzati nel foro da filettare mediante una leva giramaschi. Le filiere, che possono essere monolitiche o in due pezzi, vengono avvitate al cilindro tramite apposite portafiliere. L'operazione di filettatura, tanto con maschi che con filiere, va fatta procedendo con cautela, lubrificando abbondantemente e retrocedendo quanto necessario, quando viene avvertita una notevole resistenza all'avanzamento. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 8 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura La filettatura di un foro (a) è sempre preceduta dalla foratura e da alcune operazioni di preparazione del foro, quali svasatura (c) o lamatura (b). Il foro di preparazione del diametro dp può essere determinato con la seguente formula: dp = d - p dove d = diametro esterno della filettatura metrica e p = passo della filettatura. La svasatura del foro si effettua con una punta elicoidale per una profondità pari al passo, facilitando così l’imbocco del maschio. Generare la filettatura sui pezzi ha lo scopo di creare le condizioni meccaniche per eseguire i collegamenti ed il bloccaggio tra più pezzi. Brocciatura E’ un procedimento di lavorazione su macchina utensile, che consiste nell’asportazione lineare e progressiva di truciolo da superfici interne od esterne, per mezzo di un utensile speciale, di forma tronco-conica a piccola conicità, a denti multipli, detto “broccia”. La brocciatura più frequentemente usata è quella interna, con lavorazione in serie, qualità di lavorazione IT7 e rugosità Ra = 0,3 ÷ 0,4 [μm] (migliore dell’alesatura). - Caratteristiche geometriche delle brocce Per ciascuna forma da bocciare è necessaria una particolare broccia. Le brocce sono costruite in acciaio speciale temprato (tipo 88 Mn V 8 KU UNI 2955). Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 9 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura Sono costituite da: - un’appendice per l’attacco all’organo della macchina - una guida cilindrica, dello stesso diametro del foro circolare da bocciare e di lunghezza maggiore o guale allo spessore da bocciare - un tratto attivo provvisto di denti adatti alla sgrossatura - un tratto attivo provvisto di denti per la finitura - un codolo per il sostegno e l’appoggio della broccia Nella broccia si ha soltanto il moto di lavoro rettilineo continuo della broccia che può essere realizzato mediante trazione o spinta (compressione). In quest’ultimo caso, però, essendoci flessione deviata, la broccia deve essere più corta. - Elementi geometrici di una broccia Gli angoli caratteristici assumono i seguenti valori: - acciaio Rm = 450 ÷ 650 [N/mm2] - acciaio Rm = 650 ÷ 850 [N/mm2] α = 2° 30’ ; γ = 16 ÷ 20° α = 2° ; γ = 16 Il passo (distanza tra due spigoli taglienti consecutivi), detta “L” la lunghezza del foro da brocciare, è pari a: p = (1,75 ÷ 1,8) √L Per evitare vibrazioni è bene che siano sempre in presa almeno tre denti. L’incremento radiale medio tra un dente ed il successivo è dato da: i = σd / σs con σd = il carico specifico sopportato dal tagliente e σs lo sforzo specifico di taglio. Tipo di broccia Piatta Striata Tonda Scanalata Acciaio Ghisa dura 250 160 125 200 Valori di σd in N/mm2 Materiale da lavorare Alluminio Materiale da lavorare Acciaio R < 300 N/mm2 R = 300 ÷ 500 N/mm2 R = 500 ÷ 700 N/mm2 R = 700 ÷ 900 N/mm2 160 100 80 125 Leghe del rame Ghisa tenera 200 125 100 160 Valori di σs in N/mm2 2000 2500 3150 4000 Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 10 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura R = 900 ÷ 1100 N/mm2 Ghisa tenera, bronzo tenerp Ghisa normale, bronzo duro Ghisa dura Ottone Alluminio 5000 1000 1250 1600 800 650 Si possono assumere i seguenti valori: - i = 0,05 [mm] per bocciare gli acciai duri i = 0,1 [mm] per gli acciai extradolci i = 0,2 [mm] per le leghe leggere Si assegna un incremento maggiore ai denti sgrossatori ed uno minore a quelli finitori; gli ultimi denti, detti “calibratori” hanno un incremento nullo per “lisciare” il foro. La profondità della gola può essere assunta pari a: h = √(i·L·k) dove k è un coefficiente che dipende dal materiale; nel caso di brocce scanalate, per gli acciai è k = 4; per le ghise è k = 3,2. Dato il costo elevato della broccia, la lavorazione è conveniente quando è elevato il numero di pezzi da realizzare (60 000 ÷ 75 000). - Condizioni di lavoro La trasformazione del profilo del foro avviene gradualmente, man mano che la broccia penetra nel foro stesso. In figura sono mostrate alcune fasi di questa trasformazione, relative alla costruzione di un foro a profilo quadrato e di un foro con quattro scanalature. Per evitare vibrazioni della macchina e della stessa broccia, si adottano velocità di taglio piuttosto limitate: circa 1/5 di quelle adottate per le lavorazioni al tornio. Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 11 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2 - Taglio dei metalli: Lavorazioni di foratura Materiale da brocciare R < 700 N/mm2 R = 700 ÷ 1000 N/mm2 R > 1000 N/mm2 Grigie Malleabilizzate Acciai Ghise Leghe leggere Velocità di taglio [m/min] Brocce in acciaio Brocce in acciaio al carbonio rapido trattato 2,8 7 2,2 3,2 1,7 2,5 0,8 1,2 1,4 2 8 14 Indicando con: - b = la larghezza dei denti in presa zp = numero di denti in presa i = incremento radiale medio tra un dente e quello successivo σs = sforzo specifico di taglio La Forza di taglio Ft si può calcolare con la seguente espressione: Ft = S · σs = (b · i · zp) · σs [N] La potenza necessaria per eseguire la brocciatura si calcola con: P = Ft · vt / 60000 [kW] Il motore deve fornire la potenza PM = P / η con η = 0,7 ÷ 0,8 il rendimento. Il tempo attivo, di macchina, per eseguire la brocciatura di una lunghezza L, detta Lb la lunghezza della broccia ed ex una extracorsa di sicurezza, è pari a: t = (L + Lb + ex) / vt Classe 4^ - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” - Conegliano Pag. 12