Lo scopo di questa trattazione è rafforzare le competenze e quindi la fiducia dei partecipanti nelle proprie capacità rispetto ai fondamenti dell’asportazione di truciolo. Permette di migliorare la conoscenza delle applicazioni nelle aree generali di tornitura, fresatura ed esecuzione fori. Attraverso la teoria, le considerazioni sul processo e la corretta selezione e applicazione degli utensili, guideremo i partecipanti all’individuazione critica dei dati di taglio fondamentali, in relazione alle proprie lavorazioni. Per comprendere appieno la complessità e l'importanza di questi processi, faremo riferimento ai principi fondamentali della tecnologia meccanica.
Il volume "TECNOLOGIA MECCANICA INTRODUZIONE ALLE LAVORAZIONI PER ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO" di A. Fortunato, A. Ascari ed E. Liverani, ricercatori e collaboratori presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna, offre una guida approfondita a questa disciplina. Il presente volume è frutto di un ampliamento degli argomenti trattati nella prima edizione, introducendo nuovi temi come la stozzatura, il taglio delle ruote dentate e il controllo numerico, fondamentali nella formazione dei giovani ingegneri meccanici.
Fondamenti della Tecnologia Meccanica: Prove di Durezza
Prima di addentrarci nelle lavorazioni vere e proprie, è essenziale comprendere le proprietà dei materiali. Le prove di durezza sono un aspetto fondamentale in questo contesto. Esse includono:
- Prova di durezza Brinell
- Prova di durezza Vickers
- Prova di durezza Rockwell
- Prova di durezza Knoop
La confrontabilità tra le diverse prove di durezza è un aspetto cruciale per la selezione e la lavorazione dei materiali.
Lavorazioni per Asportazione di Truciolo: I Principi del Taglio
Le lavorazioni per asportazione di truciolo sono processi fondamentali nell'industria manifatturiera. Per comprenderle, è necessario analizzare i principi del taglio.
Leggi anche: Lavorazione legno con Nesting
Taglio in Condizioni Stazionarie
Il taglio in condizioni stazionarie è un punto di partenza per l'analisi. Questo include lo studio delle zone di deformazione e della morfologia del truciolo, che possono variare in base ai parametri di taglio e al materiale lavorato.
La Meccanica del Taglio
La meccanica del taglio approfondisce i fenomeni fisici coinvolti. Il modello di Pijspanen è un esempio di approccio analitico per descrivere la formazione del truciolo. Inoltre, si analizzano le velocità di scorrimento e la deformazione che avvengono durante il processo. Le forze nel sistema sono cruciali e vengono studiate attraverso la teoria di Ernst-Merchant, inclusi il primo e il secondo modello di Merchant, che permettono di calcolare la pressione e la pressione specifica di taglio. Si considera anche il taglio obliquo e la potenza di taglio richiesta.
Controllare la formazione del truciolo
Termodinamica del Taglio
I concetti generali della termodinamica sono applicati per comprendere l'energia e la temperatura generate durante il taglio. I fluidi lubro-refrigeranti sono essenziali per gestire il calore e ridurre l'usura dell'utensile, influenzando significativamente la qualità della lavorazione e la durata dell'utensile.
Utensili per l'Asportazione di Truciolo
La scelta degli utensili è determinante per l'efficacia delle lavorazioni.
Materiali per Utensili da Taglio
I materiali per utensili da taglio sono selezionati in base alle loro proprietà di durezza, resistenza all'usura e tenacità. Di seguito una panoramica dei principali materiali:
Leggi anche: Tornitura e Lavorazione Metalli
| Materiale Utensile | Caratteristiche principali (applicazioni tipiche) |
|---|---|
| Acciai al carbonio | Adatti per basse velocità di taglio e materiali più teneri. |
| Acciai rapidi e super rapidi | Utilizzati per elevate velocità di taglio e maggiore resistenza all'usura. |
| Carburi metallici | Ideali per lavorazioni ad alta velocità e materiali duri, spesso sotto forma di inserti. |
| Materiali rivestiti | Carburi con rivestimenti superficiali per migliorare durezza, resistenza all'usura e ridurre l'attrito. |
| Ceramici a base di ossido di alluminio | Per lavorazioni ad alta velocità di acciai e ghise dure. |
| Ceramici a base di nitruro di silicio | Eccellenti per la lavorazione di ghise, in particolare ad alte temperature. |
| Nitruro di boro cubico | Utensili super-duri per la finitura di acciai temprati e leghe super-resistenti. |
| Diamante poli-cristallino | Il materiale più duro, usato per la lavorazione di materiali non ferrosi e abrasivi. |
Usura degli Utensili
L'usura degli utensili è un fattore critico che influenza la produttività e la qualità della lavorazione. Si distinguono diverse tipologie di usura, come l'usura a cratere e l'usura sul fianco. La comprensione delle zone di usura e della durata del tagliente è fondamentale per ottimizzare i processi. Inoltre, l'analisi degli utensili e dei costi di lavorazione permette di valutare l'efficienza economica del processo.
Lavorabilità
La lavorabilità di un materiale descrive la sua attitudine ad essere lavorato per asportazione di truciolo. Per gli acciai al carbonio, ad esempio, la lavorabilità è influenzata dal contenuto di carbonio, dalla forma e dimensione del grano, dallo stato di trattamento termico e dall'influenza degli elementi leganti.
Processi per Asportazione di Truciolo
Esistono numerosi processi di asportazione di truciolo, ognuno con la propria cinematica del taglio e applicazioni specifiche.
Tornitura
La tornitura è un processo in cui il pezzo ruota e l'utensile si muove linearmente. La cinematica della tornitura, la geometria degli utensili, l'area del truciolo indeformato, le forze e le potenze di taglio sono tutti aspetti cruciali. Si considerano anche il tempo di lavorazione, la rugosità teorica e le distinzioni tra sgrossatura e finitura. Il tornio è la macchina utensile impiegata per questa operazione, e ne esistono diverse tipologie principali.
Fresatura
La fresatura coinvolge un utensile rotante a più taglienti. I principi generali e la cinematica del processo distinguono tra fresatura in concordanza ed opposizione. La fresatura periferica, con la sua area del truciolo e l'uso di frese a denti elicoidali, e la fresatura frontale, con utensili per sgrossatura e il fissaggio degli utensili in macchina, sono le principali varianti. Anche qui, si analizzano il tempo di lavoro e la rugosità in fresatura, e le diverse fresatrici utilizzate.
Leggi anche: Approfondimento sulla Tornitura Meccanica
Lavorazione dei Fori
La lavorazione dei fori è un'area estesa che include:
- Centratura: per creare un foro pilota.
- Foratura: con l'uso della punta elicoidale, analizzando gli angoli di taglio, la cinematica e le forze di taglio.
- Allargatura: per aumentare il diametro di un foro esistente.
- Alesatura: per ottenere precisione dimensionale e finitura superficiale.
- Maschiatura: per creare filettature interne.
- Lavorazioni accessorie: altre operazioni correlate.
Si esaminano i tempi di lavoro e le macchine per la lavorazione dei fori.
Brocciatura
La brocciatura è un processo di lavorazione di precisione che utilizza un utensile chiamato broccia per creare forme interne o esterne complesse in un unico passaggio. Si esaminano i principi generali, la struttura della broccia, la cinematica e le forze di taglio.
Stozzatura
L’introduzione della stozzatura permette di ampliare le operazioni di taglio con moto alternato rettilineo intermittente, consentendo di mettere in luce le modalità di asportazione di truciolo necessarie alla realizzazione di scanalature, cave, e forme poligonali già viste nella brocciatura, ma estese al caso di fori ciechi o di presenza di spallamenti.
Taglio delle Ruote Dentate
La fabbricazione di ruote dentate è un processo complesso. Il taglio può avvenire per divisione o per inviluppo. Il taglio per inviluppo include il taglio mediante creatore, con i relativi moti di taglio, errori geometrici e tempi di lavorazione, e il taglio mediante coltello Fellows o stozzatura mediante utensile a dentiera, anch'essi con moti, errori geometrici e macchine specifiche. Le differenti soluzioni vengono confrontate in maniera critica, analizzandone i pro ed i contro, sia sotto il punto di vista della sgrossatura che della finitura. Infine, le differenti combinazioni vengono analizzate anche in funzione delle tipologie di acciai utilizzati per la fabbricazione degli ingranaggi e dei trattamenti termici finali che gli ingranaggi prodotti devono subire. La finitura delle ruote dentate può essere eseguita mediante utensile sbarbatore o rettificatura.
Rettificatura
La rettificatura è un processo di finitura ad alta precisione che utilizza una mola abrasiva. Si analizzano le caratteristiche della mola, considerazioni tecnologiche, nomenclatura, il taglio mediante mola da rettifica, le basi fisiche del taglio, la geometria delle mole e la ravvivatura. Si concluderà con le operazioni di rettificatura e le macchine rettificatrici.
Controllo Numerico Computerizzato (CNC)
L’ultimo argomento aggiunto affronta il tema del controllo numerico, che è di estrema importanza nella formazione dei giovani ingegneri meccanici che entreranno nel mondo di lavoro. Questo viene affrontato dapprima analizzando le soluzioni meccaniche che tale tecnologia introduce nelle architetture delle macchine utensili a controllo numerico. Si esamina l'architettura di una macchina CNC, inclusi i sensori come l'encoder ottico e i sistemi di controllo in catena aperta e chiusa.
Successivamente ne vengono spiegate la logica di funzionamento e le possibilità di controllo e correzione delle traiettorie ottenibili dai sistemi ad assi controllati. Il sistema CNC include gli assi controllati e la relativa nomenclatura, la trasmissione meccanica, il linguaggio ISO, il passaggio dal percorso alla traiettoria, il sistema di controllo e la risposta della macchina.
tags: #tecnologia #meccanica #introduzione #alle #lavorazioni #per