TIPI DI TRUCIOLO 5 Ad elementi staccati tipico di materiali duri fragili (ottone, ghisa) non si ha deformazione nella zona secondaria Segmentato tipico di materiali duri ma tenaci (acciai alto carbonio) si ha modesta deformazione nella zona secondaria Fluente, continuo, tipico di materiali duttili (acciai basso carbonio, alluminio, alcune leghe leggere), la deformazione e l’attrito nella zona di deformazione secondaria portano a notevole produzione di calore Fluente, continuo frammentato, indica che nella zona di deformazione primaria si è avuta una variazione della direzione di deformazione vibrazioni, irregolarità, durata inferiore di utensile 5 5

TIPI DI TRUCIOLO 5

TAGLIO ORTOGONALE LIBERO IPOTESI: - larghezza del tagliente maggiore della larghezza del pezzo - velocità di taglio costante lungo tagliente tagliente perpendicolare alla velocità di taglio formazione di truciolo continuo per scorrimento assenza di attrito nel contatto fianco utensile-superficie in lavorazione strisciamento del truciolo sul petto dell’utensile con attrito costante 6 6

Il punto di applicazione è molto prossimo al punto C TAGLIO ORTOGONALE LIBERO Se si considera il truciolo come un corpo libero, dovrà essere i equilibrio sotto l'azione di due forze applicate rispettivamente, nella zona di contatto con il materiale e con l'utensile R=R' Il punto di applicazione è molto prossimo al punto C (si considerano applicate in C) La forza tra utensile e pezzo può essere scomposta lungo direzioni di interesse tecnologico: • N, F : componente normale e tangenziale (o d'attrito) rispetto al petto dell'utensile; • Ns Fs : componente normale e tangenziale rispetto al piano di scorrimento; • Ft Fn : forza principale di taglio (diretta secondo vt) e forza normale.

Ks: pressione di taglio s: sezione di truciolo TAGLIO ORTOGONALE LIBERO F = Ks • s Ks: pressione di taglio s: sezione di truciolo N e F permettono la determinazione delle condizioni di attrito sulla superficie di contatto tra il truciolo e l'utensile; Ns e Fs sono importanti per la determinazione dello stato di sollecitazione cui il materiale è sottoposto nella zona di scorrimento; Ft permette la valutazione della potenza assorbita nel taglio Ft e Fn sono determinabili sperimentalmente, importanti la verifica dell'efficacia del modello.

MODELLO DI MERCHANT Scomposizione della risultante R , trasportata sullo spigolo tagliente (1945): si disegna R (diametro della circonferenza), la si scompone in Fn e Ft, si disegna la circonferenza e nel cerchio si rappresentano F e N Dalle prime due ricaviamo = coeff di attrito Questa rappresentazione permette di esprimere tutte le componenti in funzione delle due forze principali Ft e Nt misurabili sperimentalmente: F = Ftseng + Ntcosg Fs = Ftcosf - Ntsenf N = Ftcosg - Ntseng Ns = Ftsenf + Ntcosf

MODELLO DI MERCHANT Limitando l’attenzione solo alle tensioni sul piano di scorrimento: Si avrà deformazione plastica del truciolo e, quindi, taglio, quando sul piano di scorrimento si raggiunge un assegnato valore di tensione tangenziale, tensione dinamica di scorrimento τs: dove As è l'area del piano di scorrimento e A0 è l'area della sezione di truciolo prima del taglio. Sostituendo le espressioni precedenti: (Ftcosf – Ntsenf) senf ts = Fs / As = Fs / A0 sen f = ----------------------------------------- A0 e (Ftsenf + Ntcosf) sen f ss = Fn / Ss = Fn / S sen f = -----------------------------------------

Dall’espressione: si ricava: che sostituita nelle: si ottiene: Importante conoscere f per ricavare le forze

L’angolo di taglio f si può valutare solo sperimentalmente. Si fa però l’ipotesi che il piano di scorrimento si dispone in modo tale da rendere massimo ts. Dovrà quindi essere verificata la condizione: Da cui la relazione di Ernst e Merchant da cui si ricava f Merchant dà quindi un ruolo importante all’attrito (trascurato da Pijspanen). Cade in difetto per alcuni valori degli angoli. Il motivo è dovuto ad una componente normale della tensione non considerata nell’ipotesi. Angolo di scorrimento: diminuisce all’aumentare dell’angolo di attrito aumenta con l’angolo di spoglia frontale

ANGOLI DI TAGLIO g angolo di spoglia frontale >0, <0, =0 a angolo di spoglia dorsale >0 b angolo di attrito g + a + b = 90° g b a F angolo di taglio hc spessore del truciolo ho spessore del truciolo indeformato rc = hc / ho rapporto di taglio (fattore di ricalcamento) geometricamente: rc = sen ( f ) / cos ( f - g ) tan ( f ) = rc cos g /1- rc sen g g = tan(f – a) + cot f f ho hc 7 7

Modello di Pijspanen per la formazione del truciolo La forza che l'utensile applica sul truciolo deve essere in grado di generare sul piano di scorrimento una tensione tangenziale necessaria e sufficiente per provocare lo scorrimento relativo tra due lamelle del materiale a contatto. Ipotesi di un solo piano di scorrimento (in realtà ve ne sono molteplici). Poiché l'estensione di tale zona tende a zero per le velocità di taglio comunemente impiegate, il modello di Pijspanen non commette un grave errore nell'approssimare il fenomeno reale. Permette di ottenere la deformazione plastica valutando lo scorrimento gs gs = cot f + tan (f - g) da cui (minimizzando gs per il principio del lavoro minimo) ottengo l’angolo di scorrimento: f = 45 + g / 2 quando γ=0 si ottiene f=45° ed infatti i piani in cui si innesca la deformazione plastica per carico normale sono quelli a 45°. Non tiene però conto dell’attrito. 9 9

La pressione di taglio ks è influenzata da più fattori quali: 􀂅La sezione del truciolo s. In particolare ks diminuisce all’aumentare della sezione s secondo la relazione: ks = k/Sw (N/mm2) k: pressione specifica di taglio per sezione unitaria w: valore sperimentale dipendente dal materiale in lavorazione 9

Pressione di taglio La pressione di taglio kscosìcome definita è influenzata da più fattori quali: 􀂅L’angolo di spoglia superiore dell’utensile. In particolare ksdiminuisce all’aumentare dell’angolo di spoglia superiore 􀂅La profondità di passata p e l’avanzamento a.In particolare ksaumenta al diminuire della profondità di passata p e dell’avanzamento a 􀂅La velocità di taglio v e l’impiego di un fluido da taglio. In particolare al diminuire di v la pressione di taglio aumenta pervia del formarsi del tagliente di riporto. L’uso di un fluido da taglio può ridurre sensibilmente la pressione di taglio 􀂅L’angolo del tagliente principale che può modificare indirettamente la sezione s del truciolo 9

CINEMATICA DEL TAGLIO vs = vt + vf Per l’invariabilità del volume:

VARIABILI DI PROCESSO NELLA FORMAZIONE DEL TRUCIOLO variabili tecnologiche fissate a priori che condizionano l'intero processo di formazione del truciolo: • ANGOLO DI SPOGLIA FRONTALE (γ). -6°e +6° nelle lavorazioni di acciaio e ghise; fino a 30° nei materiali duttili (Al, Cu). Valori più elevati in operazioni di finitura rispetto alle operazioni di sgrossatura; formandosi meglio il truciolo, migliora la finitura superficiale del pezzo. • SPESSORE DEL TRUCIOLO PRIMA DEL TAGLIO (h0): due casi: presenza e assenza del tagliente di riporto. LARGHEZZA DI TAGLIO: non influenza la formazione del truciolo rimanendo inalterato il lavoro di deformazione per unità di larghezza. VELOCITÀ DI TAGLIO (vt): è la grandezza che ha la max influenza sul processo di taglio sia direttamente modificando l'inclinazione del piano di scorrimento, sia indirettamente variando la temperatura di taglio.

VELOCITÀ DI TAGLIO (vt): è la grandezza che ha la max influenza sul processo di taglio sia direttamente: modificando l'inclinazione del piano di scorrimento, sia indirettamente: variando la temperatura di taglio. Ulteriore effetto della velocità di taglio: modifica il coefficiente di attrito truciolo-utensile. La vt influenza fortemente il valore di τs: il valore aumenta all'aumentare della velocità di deformazione e diminuisce all'aumentare della T. Effetti sulle F: la forza di taglio decresce al crescere della velocità con una legge di tipo esponenziale. La potenza di taglio continuerà a crescere.

PARAMETRI DI LAVORAZIONE - angolo di spoglia frontale diminuisce Ft truciolo fluente migliora finitura superficiale minori potenze minore usura utensile utensile meno robusto sgrossatura max 6° finitura fino a 20° (alluminio) - angolo di spoglia dorsale evita strisciamento del dorso dell’utensile evita danneggiamento superficie lavorata deve essere - piccolo per non indebolire l’utensile - grande per non causare strisciamento - grande se E è piccolo (alluminio) acciai 6-8° Al 10-12° 23 22

- Spessore del truciolo aumenta potenza di taglio produttività usura utensile diminuisce finitura superficiale - Larghezza del truciolo aumenta potenza di taglio - Velocità di taglio aumenta potenza di taglio finitura superficiale 24 24

- Materiale dell’utensile usura utensile vita utile - Materiale da lavorare se ne tiene conto attraverso Ks (energia specifica di taglio) - Materiale dell’utensile usura utensile vita utile finitura superficiale - Lubrorefrigerazione calore sviluppato vita utensile potenza di taglio - Tipo di macchina utensile rigidezza precisione smorzamento vibrazioni 25 25

attitudine del materiale ad essere lavorato LAVORABILITÀ attitudine del materiale ad essere lavorato per asportazione di truciolo (truciolabilità?) criteri per valutare la lavorabilità di un materiale finitura superficiale vita utensile forze e potenze evacuazione del truciolo Le prove per la lavorabilità di tipo tecnologico: usura utensile (microscopia), forze di taglio (dinamometri), finitura superficiale (rugosimetri) 26 26

Acciai al piombo (particelle lubrificanti) Ghise fragili allo zolfo (particelle infragilizzanti) truciolo corto al calcio (particelle desossidanti) abrasività cementite al carbonio (vedi HB -> Ks) inox - tenacità (austenitici) Compositi sollecitazioni variabili - abrasività (martensitici) urti/usura/vibrazioni Alluminio bassa HB Ottone truciolo corto buona finitura superficiale lunga durata utensili alta Vt Magnesio basso Ks Leghe Ni alta R ad alta temperatura incrudimento / tenacità Titanio bassa conducibilità termica / alto Ks 28 28

MATERIALI PER UTENSILI - Effetti termici - Effetti meccanici - Usura - Durezza alta temperatura - Elevata resistenza meccanica statica e dinamica ad alta temperatura - Resistenza all’abrasione Aumento velocità di taglio 29 29

zona di deformazione secondaria TEMPERATURA DI TAGLIO Cause: - deformazione plastica zona primaria - attrito utensile truciolo - deformazione zona secondaria Dipende da: - Vt velocità di taglio - Ks energia specifica di taglio - ho spessore truciolo - c calore specifico - l conducibilità termica Si ripartisce: - utensile - pezzo - truciolo zona di deformazione primaria zona di deformazione secondaria T = k Vta hob a b HSS 0.5 0.4 WC 0.2 0.12 35 35

Misura dell’usura diretta - microscopio - rugosimetro - fotografia (analisi di immagini) - pesate differenziali indiretta - isotopi radioattivi - finitura superficiale - misura delle forze - misura della temperatura - vibrazioni 41 44

Influenzata da - materiale da lavorare - spessore truciolo DURATA UTENSILI Influenzata da - materiale da lavorare - spessore truciolo - angolo di spoglia frontale - velocità di taglio - lubrorefrigerazione ln (Du) approccio sperimentale ln (Vt) 46 49

OTTIMIZZAZIONE DELLE CONDIZIONI DI TAGLIO cosa ottimizziamo? tempo di produzione tp costo di produzione cp tasso di profitto pr vincoli potenza deformazione del pezzo deformazione dell’utensile min / max f Vt rugosità Ra strumenti relazioni vita utensile relazioni forze / potenze relazioni parametri / produzione 51 54