TECNOLOGIA MECCANICA Parte 10

TECNOLOGIA MECCANICA Parte 10 Principi del processo di taglio Il processo di taglio è un processo di asportazione di materiale, che avviene con un meccanismo che implica una deformazione plasDca, in cui un UTENSILE dotato di moto relaDvo rispeGo ad un PEZZO, ne asporta uno strato superficiale deGo SOPRAMETALLO trasformandolo in un TRUCIOLO e generando una superficie con le caraGerisDche di precisione e finitura superficiale specificate nel disegno del pezzo stesso. Il processo avviene grazie ad una macchina in grado di produrre i suddeL moD relaDvi tra utensile e pezzo definita appunto MACCHINA UTENSILE. Il processo si esegue a temperatura ambiente, tuGavia durante la lavorazione si genera un innalzamento di temperatura del pezzo, dell’utensile e del truciolo a causa del lavoro di deformazione e dell’aGrito. L’utensile deve mantenere determinate caraGerisDche geometriche e di durezza anche alle temperature di processo, pertanto gli utensili sono costruiD con materiali specifici. Le forze che si generano durante il processo tendono a far muovere il pezzo, per evitare ciò la macchina utensile è dotata di opportune ATTREZZATURE (mandrini, portautensili, ecc.). Introduzione ai processi di taglio
Lucidi di Tecnologia Meccanica
Principi del pdirocesso di taglio Processi
asportazione
di materiale
Esempi di macchine utensili
(taglio – machining processes)
Utensile
Introduzione ai processi di tagl
Lucidi di Tecnologia Meccanica
Superficie
da lavorare
Truciolo
Superficie
lavorata
Moto di taglio
Pezzo
Testa (cuneo)
ucidi di Tecnologia Meccanica
Introduzione ai processi di taglio
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
Esempi di macchine utensili
Segatrice
Introduzione ai processi di taglio
Lucidi di Tecnologia Meccanica
Moto di taglio
utensile
5
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
3
Macchina utensile
Macchina utensile
-Supporta, orienta e trattiene il pezzo
-Supporta, orienta e trattiene
l’utensile
pezzo
-Genera il moto relativo e le forze
necessarie ad eseguire il processo
Trapano a colonna
Catena cinematica e dinamica
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
4
Lucidi di Tecnologia Meccanica
Introduzione ai processi di taglio
Principi del processo di taglio Esempi
di macchine
utensili
Lucidi di Tecnologia Meccanica
Introduzione ai processi di taglio
Esempi di macchine utensili
Tornio parallelo
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
8
Fresatrice universale
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
9
Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE – FORMAZIONE DEL TRUCIOLO Il taglio ortogonale (PIALLATURA), seppure poco diffuso, nella praDca può essere comodamente uDlizzato per descrivere la meccanica di formazione del truciolo poiché rappresenta una situazione semplificata in cui il processo assume una natura bidimensionale, poiché non si hanno fenomeni di deformazione nel senso della larghezza del taglio. Per lo studio della meccanica di formazione del truciolo è importante definire il parametro RAPPORTO DI TAGLIO c: Il suo inverso viene anche definito FATTORE DI RICALCAMENTO. Il parametro c è sempre inferiore a 1. Introduzione ai processi di
Lucidi di Tecnologia Meccanica
Principi del processo di taglio Il modello del taglio ortogonale
ANGOLI PRINCIPALI DELL’UTENSILE E DEFINIZIONI DELLE SUPERFICI Petto (faccia)
v = Moto di taglio
Superficie da lavorare
s
s’
Fianco
Tagliente
Superficie lavorata
= Angolo di spoglia superiore
= Angolo di spoglia inferiore
= Angolo di taglio = 90°- Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
s = Spessore di taglio
s’ = Spessore del truciolo
Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE – FORMAZIONE DEL TRUCIOLO Il processo di taglio può essere schemaDzzato come segue: -­‐  Penetrazione del tagliente dell’utensile nello spessore s del materiale -­‐  Compressione e conseguente deformazione plasDca del materiale con scorrimento secondo il piano OA definito PIANO DI TAGLIO o DI SCORRIMENTO -­‐  Distacco dello strato metallico aGaccato all’utensile che si trasforma quindi in truciolo -­‐  Scorrimento del truciolo sul PETTO dell’utensile L’angolo φ si definisce angolo di scorrimento ed è l’angolo che il piano di scorrimento forma con la superficie di taglio. Il rapporto di taglio è anche dato da Per cui dal rapporto di taglio si può risalire all’angolo φ tramite: γ angolo di spoglia superiore dell’utensile Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE – FORMAZIONE DEL TRUCIOLO Diversi modelli sono staD proposD per rappresentare la formazione del truciolo. Uno dei più noD è il modello di formazione per SCORRIMENTO (Pijspanen) in cui si suppone Introduzione ai processi di taglio
Lucidi di Tecnologia Meccanica
che la deformazione avvenga per scorrimento di blocchi rigidi a forma di parallelogramma in corrispondenza del piano di scorrimento. Meccanica
del taglio A seconda delle caraGerisDche del materiale (e delle condizioni di lavoro), può accadere che la parte che ha subito deformazione si distacchi dal pezzo Lucidi di Tecnologia Meccanica
Introduzione ai processi di taglio
Formazione del truciolo
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
Oppure si ha uno scorrimento con relaDva deformazione plasDca, che procede di strato in strato formando un truciolo conDnuo. 14
Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE – FORMAZIONE DEL TRUCIOLO Definito con OA il piano di scorrimento, si ha che la deformazione di può essere rappresentata dalla seguente eq.: Cioè la deformazione è funzione dell’angolo di spoglia dell’utensile, dell’angolo di scorrimento e del rapporto di taglio. Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE – FORMAZIONE DEL TRUCIOLO La deformazione aumenta al diminuire dell’angolo di spoglia, di conseguenza anche la forza necessaria aumenta. Per un certo valore di angolo di spoglia, esiste un valore dell’angolo di scorrimento per cui la deformazione è minima, dalla precedente eq. si ricava che il minimo corrisponde a: TAGLIO ORTOGONALE -­‐ MECCANISMO ERNEST MERCHANT Questo modello di formazione del truciolo si basa su alcune ipotesi: -­‐  Taglio ortogonale -­‐  Assenza di aGrito tra utensile e pezzo -­‐  Il truciolo è conDnuo e si forma per scorrimento secondo il piano di scorrimento -­‐  Lo strisciamento del truciolo sull’utensile avviene con coefficiente di aGrito costante Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE -­‐ MECCANISMO ERNEST MERCHANT Il presente modello si basa sullo studio delle condizioni di equilibrio delle forze che agiscono sul truciolo ed in parDcolare tra la risultante R delle forze applicate dall’utensile e la risultante R’ di reazione applicata dal pezzo. Trascurando la curvatura del truciolo si può considerare che R ed R’ giacciono su due reGe parallele la cui distanza è trascurabile. La forza R è la risultante della forza N necessaria all’avanzamento dell’utensile (normale al piano di scorrimento del truciolo) e la forza T che si genera a causa dell’aGrito tra truciolo ed utensile. La forza R’ è invece dovuta allo scorrimento e può essere vista come la risultante della componente Fs che agisce sul piano di scorrimento OA e la componente normale Fn Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE -­‐ MECCANISMO ERNEST MERCHANT La componente R può essere anche scomposta nelle componenD Fx e Fz rispeLvamente perpendicolare e parallela alla velocità di taglio dell’utensile. È importante meGere le grandezze in relazione delle forze Fx e Fz perché queste risultano direGamente misurabili per via sperimentale. Si ha quindi: Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE -­‐ MECCANISMO ERNEST MERCHANT La teoria si basa sul faGo che (principio di minima energia) la forza di taglio Fz, responsabile del lavoro di taglio e necessaria a provocare lo scorrimento lungo il piano individuato dall’angolo di scorrimento, è la minima possibile per condizioni prefissate di angolo di spoglia superiore e angolo di aGrito. Pertanto l’angolo di scorrimento sarà tale da minimizzare Fz, partendo quindi dalle eq. Di Fz precedentemente viste si ha Il valore così calcolato spesso si discosta anche di molto dal valore reale misurato con tecniche sperimentali. Ciò è essenzialmente dovuto al faGo che le ipotesi di base di questo approccio (specialmente quelle sugli aGriD) sono troppo restriLve per la maggior parte dei casi reali. Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE – METODO UPPER BOUND In questo modello si suppone ancora una volta che si abbia una formazione di truciolo dovuta allo scorrimento sul piano OA, ma si suppone un aGrito di Dpo adesivo in un traGo di lunghezza L di contaGo tra truciolo ed utensile. Il lavoro nell’unità di tempo può essere espresso da: In cui vs e vt sono le componenD della velocità dell’utensile nella direzione del piano di scorrimento e nella direzione del piano dell’utensile. Sviluppando si può ricavare il valore del rapporto di taglio c (legato all’angolo di scorrimento) che minimizza questo termine Principi del processo di taglio TAGLIO ORTOGONALE – TEORIA DELLA PLASTICITA’ ADIABATICA I modelli che fanno riferimento all’esistenza di un piano di scorrimento (OA) si discostano molto dalla condizione reale in cui si ha una zona di deformazione del materiale e non uno specifico piano. Le dimensioni di tale zona sono ovviamente funzione del materiale, ma anche della velocità di taglio. La teoria di Pomey-­‐Carro Cao fa uso di questo conceGo di zona di deformazione e si basa sulla plasDcità adiabaDca. In questa teoria si idenDfica una zona di deformazione e una zona di scorrimento definita non da un piano ma da una zona di un determinato spessore (OA – spessore dell’ordine di 10-­‐2 mm). In questa teoria si suppone che lo scorrimento avvenga senza scambi di calore (adiabaDcità). Il truciolo si forma per compressione del metallo soGo l’azione dell’utensile. Si genera quindi una zona deformata che crea uno scorrimento quando il valore della deformazione supera il limite criDco nei piani di scorrimento cristallini che si trovano interni alla zona di deformazione creando una zona di scorrimento. La formazione della zona di scorrimento è favorita dalla crescita di temperatura che si ha in seguito delle azioni dell’utensile. Principi del processo di taglio EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO La velocità di taglio ha una influenza direGa su diversi parametri; in parDcolare si analizzeranno gli effeL su: -­‐  Forza di taglio: Ft -­‐  Durata dell’utensile: t -­‐  Finitura superficiale della superficie lavorata: Ra -­‐  Temperatura: θ
Ovviamente si analizzeranno gli andamenD qualitaDvi di quesD parametri. Come indicazioni generali, prendendo in considerazione lo start-­‐up del processo di taglio si ha che: All’aumentare della velocità v aumenta la temperatura (maggiore lavoro di deformazione maggiori effeL dell’aGrito); aumenta l’usura dell’utensile dovuta ad un maggiore effeGo dello strisciamento, quindi diminuisce t; diminuisce la forza di taglio Ft, infaL la forza di taglio diminuisce al crescere della temperatura, siccome un aumento di v implica un aumento della temperatura, al neGo si ha una diminuzione della forza di taglio. Principi del processo di taglio Ft
- aument
EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO t
Riassumendo, le fasi iniziali dell’aumento di velocità sono: Lucidi di Tecnologia Meccanica
t
Ra
- diminuisc
-aum
-aumv
Meccanica del taglio al variare della
-risul
all’aumentare di v:
Ra
Ft
v
- aumenta
v
- aumenta (deformazione + attrito)
v
v
- aumenta l’usura dovuta allo strisciamento (t diminuisce)
v
- diminuisce la forza di taglio, infatti:
-aumenta l’attrito => aumenta la forza di taglio
-aumenta la temperatura => diminuisce la forza di taglio
-risultato complessivo: diminuisce la forza di taglio
v
a b
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ing
v
v
Principi del processo di taglio Ft
all’aume
EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO v
- contin
preceden
t aumento della temperatura (gli - cominc
ConDnuando ad aumentare la velocità v si ha un ulteriore microsal
effeL delle precedenD variabili conDnuano ad agire analogamente); inoltre inizia ad apparire Lucidi di Tecnologia
Meccanica
del taglio al variare della velo
il fenomeno della formazione di MICROSALDATURE sul peGo Meccanica
dell’utensile all’aumentareRa
di v:
Ft
t
Ra
v
v
v
- continua ad aumentare (stessi effetti descritti in
precedenza per tutte le variabili)
v
- comincia ad apparire il fenomeno della formazione di
microsaldature sul petto dell’utensile
b
c
v
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v
v
Lucidi di Tecnologia
Meccanica di taglio Principi del processo Meccanica del taglio al variare della velocità
Effetto della formazione di microsaldature
EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO Microsaldature Per via delle alte temperature, parte del
truciolo resta incollata all’utensile
(microsaldatura).
Il resto del truciolo continua a scorrere
sopra la microsaldatura.
Lo scorrimento della restante parte del
truciolo sopra la microsaldatura ne
determina l’incrudimento.
In breve tempo, l’incrudimento interessa
anche le porzioni dell’utensile
direttamente a contatto con la parte
microsaldata
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La porzione di materiale incrudito si
distacca per effetto della interazione
meccanica con il truciolo.
Il petto dell’utensile resta danneggiato
5
Principi del processo di taglio EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO Un ulteriore aumento della velocità di taglio implica un ulteriore aumento della emperatura, Lucidi
di Tecnologia
Meccanica
Meccanica
del taglio
al tvariare
della veloci
questo implica un aumento della velocità di formazione delle microsaldature che quindi crescono più velocemente dFormazione
i quanto si distaccano. Si ha dunque un accumulo di materiale del tagliente
di riporto
microsaldato sull’utensile. Al crescere della velocità di taglio, la velocità di formazione delle microsaldature
cresceaccumulo maggiormente
dellamvelocità
conda cui
siadistaccano
accumulo
di–materiale
Questo di materiale icrosaldato vita l TAGLIENTE ( D=>
I RIPORTO (BUE Built Up microsaldato)
Edge). L’accumulo
microsaldature
al tagliente
riporto
(BUE –dBuilt
Up aEdge)
Il tagliente ddelle
i riporto, quindi, sdà
i gvita
enera a causa ddielle condizioni i aGrito desivo presenD sul peGo dell’utensile. Principi del processo di taglio Meccanica del taglio al variare della velocità
EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO La del tagliente di rB.U.E.
iporto èè ddovuta
ovuta alla
alla p
resenza di
di una
una zona morta che si forma Laforma particolare
forma del
presenza
durante il processo di taglio poiché il materiale non accumulare:
riesce a deformarsi alla stessa velocità zona morta
all’interno
del quale
il materiale
si può
imposta dall’avanzamento dell’utensile Per via della presenza del tagliente di riporto si hanno due fenomeni: -­‐  Aumento dell’angolo di spoglia superiore Lucidi di Tecnologia Meccanica
Meccanica
del taglio al variare della velo
-­‐  Aumento dello spessore di taglio QuesD fenomeni hanno una influenza diversa La forza di taglio Ft aumenta, infatti…
sulla forza di taglio Ft
L’angolo di spoglia superiore aumenta
=> diminuisce la forza di taglio
t
Ra
v
v
s
itàAl dintaglio,
materiale
non riesce
deformarsi
eGo si ilha un aumento della faorza di taglio con
a la stessa
amento
=> ladi deformazione
inizia a monte e si forma
Lo spessore di taglio aumenta =>
causa del
del cuneo
tagliente riporto, l’effeGo dell’aumento dello spessore di taglio prevale v
aumenta la forza di taglio
Principi del processo di taglio Meccanica del taglio al variare della velocità
EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO Aumenta
la durata dell’utensile, infatti…
La presenza del tagliente di riporto implica un aumento della vita uDle dell’utensile (t) infaL il materiale del tagliente di riporto agisce come una protezione per il peGo dell’utensile Lucidi di Tecnologia Meccanica
Ft
Il B.U.E. protegge il
petto ed il tagliente
Meccanica del taglio al variare della veloc
TuGavia, la presenza del tagliente di riporto implica un Peggiora la finitura superficiale (aumenta Ra), infatti…
peggioramento della qualità superficiale con conseguente incremento della darugosità uperficiale. ed una
Il B.U.E.
è caratterizzato
una fase disaccrescimento
successiva rottura
t
v
1) Il B.U.E. cresce fino ad una
dimensione limite alla quale si rompe
per effetto delle forze in gioco
InfaL il tagliente di riporto è caraGerizzato dva Ra
due fasi: -­‐  Accrescimento 2) Una parte distaccata di B.U.E. resta
-­‐  RoGura nella superficie lavorata (ps un’altra
v
L’alternarsi d
i q
ueste f
asi i
mplica c
he l
a s
uperfice parte resta incastonata nel truciolo)
10
acoltà di Ingegneria
presenta molD difeL derivanD dalla conDnua Accrescimento e rottura avvengono in maniera periodica
variazione dello spessore di taglio. Inoltre la parte di tagliente di riporto che csi rompe resta v
d
intrappolata nella superficie lavorata. Principi del processo di taglio Lucidi
di Tecnologia
Meccanica
EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO Meccan
Il prossimo step di aumento della velocità conDnua ad implicare un aumento della temperatura. Ft
Nel punto d il B.U.E. raggiunge
(velocità
accrescimento
Il tagliente di riporto passa dalle sue dimensioni massime per poi arrivare ad diun punto in cui del B.U
sua velocità di rottura)
scompare del tuGo. InfaL l’ulteriore aumento di temperatura facilita di molto la deformazione ateriale che è completa
v Nel puntodel e ilmB.U.E.
ora è in grado di seguire in modo mtigliore la deformazione imposta dall’utensile, quindi diminuisce la zona morta con conseguente scomparsa del tagliente di riporto che non ha più Lucidi di Tecnologia Meccanica
Meccanica del taglio al variare della velocità
spazio per l’accumulo di materiale. Nel punto d il tagliente di riporto ha le sue massime Ra
Nel punto d il B.U.E. raggiunge le sue massime dimensioni
dimensioni, nel punto e il (velocità di accrescimento del B.U.E. molto
maggiore
della
tagliente di riporto sua velocità di rottura)
scompare. v La scomparso
L’aumento
di d
temperatura
perm
Nel punto e il B.U.E. è completamente
scomparsa el molto piùdi velocemente;
tagliente riporto il mate
molto più
implica un facilmente
notevole il brusco c
cuneo
miglioramento della => Diminuisce la zona morta =
v qualità superficiale. e
v
Ft
t
v
v
d
Principi del processo di taglio EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO Meccanica del taglio al variare della velocità
Un ulteriore aumento della velocità implica ancora un aumento della temperatura. re della velocità la temperatura continua a salire…
Si forma inoltre una zona di scorrimento secondaria (si aLva questa zona di scorrimento), lo strato limite (che però si assoLglia al crescere della velocità), protegge il peGo dell’utensile dall’usura, inoltre si ha anche una diminuzione della forza di taglio perché con queste zone di scorrimento è più facile deformare il materiale. Zona di scorrimento secondario (strato
limite) – si verifica un taglio secondario
Lo strato limite protegge il petto dall’usura e si
assottiglia all’aumentare della velocità
Principi del processo di taglio v
EFFETTI DELLA VARIAZIONE DELLA VELOCITA’ DI TAGLIO t
Riassumendo Lucidi di Tecnologia Meccanica
Meccanica del taglio al variare della veloci
v
Ft
t
Ra
Ra la temperatura continua a salire…
All’aumentare della velocità
v
v
v
e
f
v
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ing
Condizioni oLmali di lavorazione. Zona di scorrimento secondario (st
– si verifica un taglio secon
Oltre gli effeL dell’aumento di temperatura tornano a far peggiorare ilimite)
parametri. v
Principi del processo di taglio ASPETTI TERMICI DEL TAGLIO Il processo di taglio implica sviluppo di calore dovuto a: Lavoro di deformazione plasDca, localizzato nella zona di deformazione (a) Lavoro di deformazione del truciolo e forze di aGrito nella zona di scorrimento del truciolo (b) AGrito di strisciamento tra utensile e pezzo (c) La maggior parte del calore che si sviluppa viene trasmesso al truciolo (circa il 70%), il 20 % circa viene trasmesso all’utensile il restante 10 % al pezzo. Nonostante ciò le temperature più alte si rilevano sull’utensile Principi del processo di taglio ASPETTI TERMICI DEL TAGLIO Le elevate temperature che si raggiungono sull’utensile impongono una scelta di materiali parDcolarmente performanD per la sua realizzazione, in modo da garanDre elevata durezza e quindi resistenza all’usura anche a tali temperature. Nella maggior parte delle operazioni di taglio si fa uso di fluidi da taglio con il duplice scopo di: -­‐  Lubrificare e quindi ridurre i coefficienD di aGrito -­‐  Raffreddare Con i fluidi da taglio si ha una riduzione della potenza di taglio, una maggiore durata dell’utensile e una migliore finitura superficiale. Gli aspeL negaDvi sono legaD all’incompaDbilità chimica con i metalli da lavorare, ed eventuali effeL fisiologici sull’operatore. Principi del processo di taglio EFFETTO DEGLI ANGOLI NEL TAGLIO ORTOGONALE cidi di Tecnologia Meccanica
Angoli nel taglio ortogonale
Angolo di spoglia inferiore Angolo
di spoglia
inferiore
Questo angolo deve essere maggiore di 0; infaL se è minore c’è interferenza dell’utensile con la superficie lavorata, se è pari a 0 c’è strisciamento dell’utensile sulla superficie lavorata. Lucidi di Tecnologia Meccanica
Angoli nel taglio ortogonale
A parità di angolo di spoglia superiore, α aumenta al diminuire della sezione resistente dell’utensile Angolo di spoglia inferiore
<0 da evitare (utensile interferisce con la
superficie lavorata)
= 0 da evitare (utensile striscia sulla superficie
lavorata)
Deve risultare:
>0
niversità degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
S
S’
A parità dell’angolo di spoglia superiore
aumenta diminuisce la sezione resistente
(SS’) dell’utensile alla pressione di taglio
S S’
Per materiali duri e utensili fragili conviene lavorare con angoli di spoglia inferiore piccoli. Principi del processo di taglio EFFETTO DEGLI ANGOLI NEL TAGLIO ORTOGONALE Angolo di spoglia superiore i di Tecnologia Meccanica
Angoli nel taglio ortogonale
Angolo di spoglia superiore
L’angolo di spoglia inferiore può essere posiDvo, negaDvo o nullo. Al crescere dell’angolo di spoglia superiore diminuisce sia la deformazione prodoGa +
dall’utensile che la forza necessaria a produrla. A parità di angolo di spoglia inferiore, se l’angolo di spoglia superiore cresce può essere positivo, negativo o uguale a zero
diminuiscono sia le forze di aGrito che di All’aumentare di :
-diminuisce la deformazione prodotta e diminuiscono
le
conseguenza temperatura e potenza forze necessarie a produrla
per il taglio. In prima istanza, converrebbe utilizzare elevatirichiesta per
ottenere condizioni di taglio più favorevoli
Però diminuisce anche la sezione resistente dell’utensile! ersità degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
Principi del processo di taglio EFFETTO DEGLI ANGOLI NEL TAGLIO ORTOGONALE Lucidi di Tecnologia Meccanica
Angoli nel taglio ortogonale
Angolo di taglio Angolo di taglio
90
(
)
influisce sulla robustezza
dell’utensile
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Principi del processo di taglio TAGLIO OBLIQUO Nella maggior parte dei casi reali il taglio non avviene in condizioni ortogonali, il tagliente dell’utensile non si trova in condizioni di perpendicolarità con il veGore velocità di taglio; tale condizione viene definita di taglio OBLIQUO. Inoltre, in molD casi i taglienD presenD sull’utensile sono più di uno, il che richiede una complessa analisi nelle tre dimensioni e non più nel piano. Ad esempio in una operazione di tornitura si hanno tre diversi moD: -­‐  Moto di taglio -­‐  Moto di alimentazione -­‐  Moto di appostamento Principi del processo di taglio Lucidi di Tecnologia Meccanica
Taglio 3D
TAGLIO OBLIQUO Schematizzazione del taglio obliquo
Il tagliente non è ortogonale al piano in cui giace il veGore della velocità di taglio Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
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Principi del processo di taglio TAGLIO OBLIQUO Ai tre moD sono associaD altreGanD parametri di taglio: -­‐  Velocità di taglio v -­‐  Avanzamento a -­‐  Profondità della passata p La sezione del truciolo viene disDnta in: •  Sezione reale Sr •  Sezione teorica S, data approssimaDvamente dall’avanzamento per la profondità di passata •  Sezione equivalente Se, data dall’area del parallelogramma equivalente di lato le pari alla lunghezza del profilo dell’utensile in presa con il materiale e spessore equivalente se, calcolabile ponendo Se pari alla sezione teorica. Principi del processo di taglio TAGLIO OBLIQUO La forza che agisce sull’utensile e per reazione anche sul pezzo, può essere scomposta nelle tre componenD: -­‐  Resistenza all’avanzamento Fx -­‐  Repulsione Fy -­‐  Forza principale di taglio Fz Tali componenD sono funzione sia del materiale che della velocità di taglio Principi del processo di taglio TAGLIO OBLIQUO Si può vedere che le condizioni di bassa velocità che implicano la formazione del tagliente di riporto hanno come conseguenza un andamento anomalo della forza principale di taglio. Nella zona non interessata dal tagliente di riporto si ha una diminuzione della forza di taglio al crescere della velocità a causa dell’aumento di temperatura. Oltre un certo punto la forza rimane praDcamente costante al crescere della velocità di taglio. La forza di taglio è anche funzione dell’angolo di spoglia superiore dell’utensile. Principi del processo di taglio TAGLIO OBLIQUO La forza principale di taglio è legata alla sezione del truciolo dalla relazione: In cui S è la sezione teorica del truciolo e pt è la pressione di taglio data da: Dove ps è la pressione specifica di taglio e può essere calcolata secondo diverse teorie proposte per i vari metalli quali ghise, acciai, ecc. ed è generalmente legata alle caraGerisDche meccaniche del materiale (durezza, resistenza, ecc). La forza di taglio tuGavia è anche funzione degli altri parametri di lavorazione, quali profondità di passata p e avanzamento a, secondo delle relazioni teoriche del Dpo: La conoscenza della forza di taglio è importante per dimensionare il processo e quindi calcolare anche le potenze in gioco. Principi del processo di taglio TAGLIO TRIDIMENSIONALE Taglio 3D
Lucidi di Tecnologia Meccanica
Una importante causa che porta alla perdita delle condizioni di ortogonalità del taglio è il contaGo laterale, cioè quando uno o entrambe i laD dell’utensile entrano in contaGo con le superfici del pezzo in lavorazione Contatti laterali
(vista in sezione)
Lo strisciamento del lato
dell’utensile non è una
condizione desiderabile
Principi del processo di taglio TAGLIO TRIDIMENSIONALE Taglio 3D
Lucidi ldi
Meccanica
Per evitare o Tecnologia
strisciamento del lato dell’utensile si esegue una modifica creando tramite un opportuno angolo un cuneo (o tagliente) secondario in grado di innescare un meccanismo di taglio analogo al principale. Taglio secondario
evitare lo strisciamento, l’utensile
Per
viene
modificato mediante la creazione di
cuneo secondario
un
Il cuneo secondario innesca un
meccanismo
di taglio analogo a quello
cuneo principale
del
Principi del processo di taglio Lucidi
di Tecnologia
Meccanica
Taglio 3D
Tagliente secondario ed angoli di taglio
TAGLIO TRIDIMENSIONALE Tagliente secondario e angoli fianco
secondario
angolo di spoglia inferiore
secondario
tagliente
secondario
’
’
angolo di spoglia
superiore secondario
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petto
9
La disDnzione tra tagliente principale e tagliente secondario (o cuneo principale e cuneo secondario) e dei relaDvi angoli, dipende dalla quanDtà di materiale asportato. Il principale è quello a cui è affidata l’asportazione di maggiore materiale. Principi del processo di taglio Lucidi di Tecnologia Meccanica
Taglio 3D
TAGLIO TRIDIMENSIONALE Tagliente principale e secondario
Tagliente secondario e angoli angolo di spoglia inferiore
secondario
’
’
Nel caso in cui l’angolo di spoglia superiore secondario sia maggiore di zero, il cuneo principale si trova in una condizione di taglio obliquo poiché La formazione del cuneo secondario può
questo angolo introduce una sua portare, nel caso in cui l’angolo di spoglia
inclinazione. superiore
secondario sia maggiore di zero,
ad una inclinazione del tagliente principale
-> introducendo una condizione di taglio
obliquo
angolo di spoglia
superiore secondario
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Principi del processo di taglio Taglio 3D
Lucidi di Tecnologia Meccanica
TAGLIO TRIDIMENSIONALE Tagliente principale e secondario
Tagliente secondario e angoli ’
’
tagliente
principale
tagliente
secondario
Nota: mentre taglienti e fianchi sono differenti, tutti i taglienti
condividono
lo stesso
petto (ovvero
truciolo
scorre
su di iun’unica
TuL i taglienD dell’utensile condividono lo sil
tesso peGo, mentre fianchi sono diversi. superficie)
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Controllo del contatto del tagliente
Principi del processo di taglio secondario
TAGLIO TRIDIMENSIONALE Nel caso
la geometria
lavorata
venga
con passate successive…
Tagliente secondario modalità di lavoro su pottenuta
assate mulDple Mentre il lavoro del tagliente principale resta costante, quello del tagliente secondario
In una con
situazione in cui la sdella
uperficie finale viene oGenuta mediante una sequenza successiva cresce
la profondità
passata…
di passate, il tagliente principale lavora in modo costante ad ogni passata, il tagliente secondario invece lavora maggiormente via via che la profondità aumenta. In questa situazione, per rendere costante il lavoro del tagliente secondario, si può introdurre un ulteriore angolo nell’utensile. Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
14
Controllo
del
contatto
del
tagliente
Principi del processo ddel
i taglio Controllo
contatto del tagliente
secondario
TAGLIO TRIDIMENSIONALE secondario
Per rendere costante il lavoro del tagliente secondario è possibile aggiungere
Tagliente secondario modalità di lavoro su passate mulDple Per rendereuncostante
il lavoro
del tagliente secondario è possibile aggiungere
altro angolo
all’utensile…
un altro angolo all’utensile…
In questo modo solo l’estremità del tagliente secondario è effettivamente a contatto con
la superficie
in lavorazione
In questo modo
solo l’estremità
del tagliente secondario è effettivamente a contatto con
Con questo ulteriore angolo, solo l’estremità del tagliente secondario è effeLvamente in la superficie in lavorazione
contaGo cUniversità
on la superficie in lavorazione. degli Studi
di Perugia – Facoltà di Ingegneria
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
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Controllo del contatto del tagliente
contatto del tagliente
Principi Controllo
del processo di tdel
aglio secondario
secondario
TAGLIO TRIDIMENSIONALE Al termine della lavorazione le due superfici, una lavorata dal tagliente principale, l’altra dal
Tagliente econdario m
odalità di lavoro su passate mulDple tagliente ssecondario,
hanno
finitura
superficiale
differente
Al termine della lavorazione le due superfici, una lavorata dal tagliente principale, l’altra dal
tagliente secondario, hanno finitura superficiale differente
In questo modo, però, le finiture superficiali della superficie lavorata dal tagliente principale e della superficie lavorata dal tagliente secondario sono diverse. In parDcolare quest’ulDma risulta peggiore (vedi figura accanto). 16
Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
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