Lavorazioni per deformazione plastica Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione.

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1 Lavorazioni per deformazione plastica Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica Il materiale sottoposto all’azione di forze esterne, varia permanentemente la sua forma originale in quella prescelta per il pezzo E’ una delle tecnologie produttive maggiormente diffuse nell’industria manifatturiera in continuo sviluppo ed evoluzione ( tecniche di simulazione numerica, messa a punto di processi di formatura innovativi)1

2 Lavorazioni per deformazione plastica CLASSIFICAZIONE DEI PROCESSI DI FORMATURA Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica C lassificazione in funzione di: Temperatura di processo; Dimensioni e forma del pezzo in lavorazione; Tipologia del processo nell'ambito dell'intero ciclo produttivo; Meccanismo di deformazione che si instaura nel semilavorato durante il processo.2

3 CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA DI PROCESSO Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica I processi di formatura possono essere distinti confrontando la temperatura alla quale vengono eseguiti con la temperatura di ricristallizzazione (  0,5*Tf ) Processi a freddo Processi a caldo T 0,5*Tf generalmente: 0,7 Tf < T < 0,9 Tf 3 N.B. Le temperature sono espresse in °K

4 CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA DI PROCESSO Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica 4 Fenomeni di riassetto e di ricristallizzazione

5 PROCESSI A FREDDO Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica Prime applicazioni nel IXX secolo relative a componenti in materiali teneri, quali Piombo e Alluminio, solo in seguito acciaio. Applicazione: Componenti in acciaio, a basso e medio tenore di carbonio, con dimensioni non elevate ( peso < 1kg ). Vantaggi: Elevata accuratezza dimensionale e rispetto di intervalli di tolleranze ristretti Non necessarie successive lavorazioni per asportazione di truciolo Svantaggi: Richiesta una attenta ed efficace lubrificazione Necessità di frequenti interruzioni del processo produttivo per effettuare processi intermedi di ricottura 5

6 PROCESSI A CALDO Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica Applicazione: Forgiatura di acciaio in stampi semi chiusi nell’industria automobilistica (bielle, alberi a gomito…). Avviene a T=1200°C ( softening ). Vantaggi: Tensioni di flusso plastico modeste ed elevata duttilità del materiale in lavorazione Anche componenti di elevate dimensioni Lubrificazione ad acqua Svantaggi: Inferiore accuratezza dimensionale Possibile formazione di ossidi sulla superficie (acciai a T>900°C necessitano di un processo di asportazione dello strato superficiale) Costi legati al riscaldamento 6

7 PROCESSI A TIEPIDO Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica I principali difetti connessi alle lavorazioni di formatura a freddo ed a caldo sono, almeno parzialmente, risolti ricorrendo alle lavorazioni di formatura a tiepido. La scelta della temperatura di processo deriva da un compromesso tra: - esigenze di un elevato livello di accuratezza dimensionale e di una buona finitura superficiale - considerazioni di carattere economico-energetico ( riduzione della T di preriscaldo ) La temperatura deve essere sufficientemente elevata da consentire: una congrua riduzione della tensione di flusso plastico una congrua riduzione della tensione di flusso plastico una elevata duttilità tale da garantire il riempimento completo dello stampo una elevata duttilità tale da garantire il riempimento completo dello stampo Applicazione: Produzione di pezzi in acciaio a medio ed alto tenore di carbonio ed in acciaio legato per l'industria automobilistica. 7

8 CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE DI DIMENSIONI E FORMA DEL SEMILAVOARTO Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica Processi di formatura massivi (Bulk forming) - -Rapporto tra superficie e volume basso - -Lo spessore o, più in generale, la sezione trasversale del semilavorato subiscono notevoli variazioni durante la lavorazione. Processi di formatura delle lamiere (Sheet forming) - -Rapporto tra superficie e volume alto (spessore lamiera << altre dimensioni) - -La riduzione dello spessore della lamiera è generalmente un effetto indesiderato e può portare alla frattura duttile del componente 8

9 PROCESSI DI FORMATURA MASSIVI Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica - - Sul pezzo in lavorazione vengono impresse elevate deformazioni - -- Stato tensionale prevalentemente di compressione - Le deformazioni sono distribuite nell'intero volume del pezzo. Nello studio dei processi di formatura massivi Solo componente plastica della deformazione, preponderante rispetto alla componente elastica, che può essere trascurata senza incorrere in errori rilevanti. Applicazione: Componenti meccanici quali bielle per l'industria automobilistica e palette per turbine. 9

10 PROCESSI DI FORMATURA DI LAMIERE Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica - - Stato tensionale prevalentemente di trazione; - - Le deformazioni impresse sono molto più contenute; - - Deformazioni applicate nelle zone in cui gli stampi vengono a contatto con la lamiera, mentre ampie zone della lamiera subiscono solo moti rigidi. Nello studio dei processi di formatura di lamiere La componente elastica della deformazione non può essere trascurata. a causa dei Le lamiere presentano caratteristiche meccaniche fortemente anisotrope a causa dei precedenti processi di laminazione che determinano notevoli fenomeni di incrudimento sul materiale (direzione di laminazione). 10

11 Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica Lavorazioni primarie Lavorazioni secondarie eseguite nei primi stadi del ciclo di lavorazione semilavorati su cui andranno successivamente condotte le lavorazioni secondarie CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE DELLA POSIZIONE DEL PROCESSO NEL CICLO DI LAVORAZIONE CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE DEL MECCANISMO DI DEFORMAZIONE Processi stazionari Processi non stazionari Tutte le parti del pezzo in lavorazione vengono successivamente sottoposte allo stesso meccanismo di deformazione (estrusione e trafilatura) 11

12 Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica 12 LAMINAZIONE Dove il materiale è costretto a passare attraverso due cilindri rotanti in senso opposto che ne riducono la sezione provocando un allungamento. Nella maggior parte dei casi, nella zona di deformazione sono prevalenti le sollecitazioni di compressione. ESTRUSIONE Dove il materiale è costretto, sotto l’azione di un pistone, a fluire attraverso un foro di forma e dimensioni volute. In questo caso il materiale si deforma sotto l’azione di sollecitazioni di compressioni. PROCESSI

13 Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica 13 TRAFILATURA Dove il materiale è costretto a ridurre la propria sezione passando attraverso un foro convergente mediante una forza di trazione applicata alla parte già trafilata. In questo caso il materiale si deforma sotto l’azione di sollecitazioni di compressione. FUCINATURA E STAMPAGGIO Dove il materiale, è costretto a modificare la propria forma mediante compressione fra due elementi deformanti o fra due stampi cavi. La sollecitazione di compressione è quella prevalente.

14 Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma “Tor Vergata” Tecnologia Meccanica 1 Lavorazioni per deformazione plastica 14 PIEGATURA Dove il materiale, precedentemente laminato, viene piegato localmente mediante stampi, punzoni o rulli. Il materiale è soggetto a flessione