Tecnologie e Sistemi di Lavorazione

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1 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione
Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Fenomeni di usura dell’utensile Indipendentemente dal materiale da cui è costituito, l’utensile non mantiene la geometria iniziale per un tempo infinito ma a causa delle sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche che subisce durante al lavorazione, presenta inevitabilmente fenomeni di usura.

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Fenomeni di usura dell’utensile I meccanismi principali di usura sono i seguenti: Usura per abrasione Presenza di particelle di elevata durezza (carburi , nitruri, ossidi) Usura per diffusione Passaggio di atomi tra materiale ed utensile Usura per ossidazione Ossidi di W e Co Usura per adesione Formazione del tagliente di riporto Usura per def. plastica Compressione e scorrimento Usura per fatica Ripetute variazioni di forze e temperature

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione I meccanismi appena illustrati si combinano tra di loro e danno vita ai fenomeni di usura seguenti: Usura sul fianco e sul petto dell’utensile

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Criteri di usura per la determinazione della durata Facendo riferimento ad un utensile da tornio l’usura si manifesta nel modo seguente: Sul petto con la formazione del CRATERE Sul fianco con la formazione del LABBRO DI USURA Per dare una rappresentazione quantitativa di queste due grandezze è necessario rilevare almeno 3 grandezze: VB: Larghezza del labbro di usura KT: Profondità del cratere KM: Distanza del punto di massima profondità del cratere dal tagliente

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Sono riportati gli andamenti della larghezza VB del labbro di usura in funzione del tempo. In scala logaritmica l’andamento e rettilineo. Curva sperimentale dalla VB per un utensile sgrossatore con palcchetta ISO-P25; Materiale lavorato NiCr-Mo4PbTF

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione La profondità del cratere KT varia in modo approssimativamente lineare con il tempo di taglio. In un diagramma logaritmico le rette VB risultano sempre più inclinate rispetto alle curve rappresentanti KT La grandezza KM risulta indipendente dal tempo. Essa dipende esclusivamente dalla velocità di taglio e dall’avanzamento

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione I valori di VB e KT dipendono dalla velocità di taglio: alle basse velocità (v < 10 m/min) l’usura interessa prevalentemente il petto dell’utensile; il tagliente di riporto vede la sua dimensione aumentare e la geometria del taglio migliora ( il tagliente di riporto si comporta come un utensile con angolo di spoglia superiore maggiore dell’utensile vero e proprio) per 10 < v < 20 m/min le condizioni di usura sul petto migliorano e l’usura sul fianco raggiunge il valore massimo per 20 < v < 30 m/min si ha un minimo per KT, mentre il valore minimo di VB si ha per v = 45 m/min

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Al fine di stabilire in maniera oggettiva la durata di un utensile è necessario stabilire dei criteri di usura. Possono essere fissati dei criteri di usura utilizzando dei parametri: Tolleranza dimensionale Rugosità del pezzo in lavorazione (si fissano dei limiti ammissibili) Massimo grado di usura ammissibile sul fianco dell’utensile (VB). Le norme ISO fissano tale valore a 0.3 mm Massimo grado di usura ammissibile sul petto dell’utensile: rapporto KT/KM In genere: Al di sopra di tali valori si hanno distacchi di materiale dall’utensile.

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Per determinare la durata dell’utensile viene impiegato quello predominante relativamente alla lavorazione che si sta effettuando: criteri sul VB o sul KT/KM Curve di durata dell’utensile in funzione della velocità di taglio. Materiali e geometrie fissati.

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione La relazione di Taylor – determinazione sperimentale E’ possibile determinare sperimentalmente la relazione esistente tra la durata dell’utensile e la velocità di taglio, considerando fissi tutti gli altri parametri (Relazione di Taylor) .Si effettuano delle prove di durata T a diverse fissate velocità. La retta graficata è l’espressione della relazione: vT n = V1 Dove: v velocità di taglio (m/min) T durata del tagliente dell’utensile (min) n Coefficiente di durata dell’utensile V1velocità di taglio che consente una durata dell’utensile pari ad un minuto

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione La relazione generalizzata di Taylor La relazione generalizzata di Taylor lega la velocità di taglio con la durata dell’utensile, tenendo presente anche l’influenza dell’avanzamento a e della profondità di passata p: Dove v velocità di taglio (m/min) T durata del tagliente dell’utensile (min) n,m,r costanti dipendenti dai materiali a avanzamento (mm/giro) p profondità di passata (mm) V1velocità specifica di taglio che consente una durata dell’utensile pari ad un minuto per ampr=1

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione La relazione generalizzata di Taylor – determinazione sperimentale Considerando fissati tutti i parametri di taglio non presenti all’interno della relazione di Taylor, si effettuano delle lavorazioni del materiale fissando di volta in volta delle coppie diverse di a e p facendo variare la velocità di taglio. Da ciascuna di tali prove si ottiene una durata dell’utensile T in minuti. I risultati vengono quindi riportati su di un grafico doppio logaritmico: Dall’inclinazione di tali curve rispetto all’orizzontale è possibile determinare il valore della costante n. Infatti : I valori V1I,V1II, ecc consentono di costruire i diagrammi log a – log V1 e log p – log V1 utili ai fini della determinazione delle costanti m ed r.

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Tale metodologia non è industrialmente utilizzabile per l’elevato numero di prove necessarie. Valori della costante V1*

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Andamento effettivo della curva di durata in funzione della velocità di taglio. AB intervallo di validità.

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Parametri di taglio disponibili in cataloghi commerciali I parametri di taglio disponibili sono forniti dalle case produttrici in maniera diversa dal Taylor: Fissata una lavorazione sono consigliati diversi materiali per l’utensile in funzione del materiale da lavorare per diversi valori dell’avanzamento sono consigliate diverse velocità di taglio che consentono una durata tipicamente di 7 o 15 min. vengono forniti infine dei fattori correttivi che consentono di calcolare la velocità di taglio per ottenere una durata dell’utensile diversa da quella specificata

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Influenza della temperatura La temperatura di taglio riveste un ruolo determinante sulla durata dell’utensile. Alcuni sperimentatori hanno cercato di mettere in evidenza le modalità con cui tale grandezza influenza la durata dell’utensile. Si è cercato di sostituire nelkla relazione di Taylor la velocità v con la temperatura q. Si vuole determinare una relazione del tipo: T = f(q) Dove si sono indicate con: T la durata dell’utensile q la temperatura Al fine di determinare la relazione appena espressa si deve adottare una procedura che si va ora ad illustrare

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione In prima istanza si devono effettuare delle prove di durata a diverse velocità di taglio avendo premura di fissare dei criteri di usura In tale diagramma sono rappresentati i risultati ottenuti per delle prove di durata con i tre diversi criteri di usura. I risultati mostrati in tabella sono stati successivamente graficati nelle figure che seguono.

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Curva di usura per v = 140 mm/min Curva di usura per v = 100 mm/min Documentazione fotografica Profili del tagliente ottenuti con un rugosimetro

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Per dimostrare che la temperatura di taglio può essere considerata funzione diretta di tutti gli altri parametri di taglio vengono effettuate una seconda ed una terza serie prove nelle modalità seguenti: q = f(v,a,p,r,g,l,c,...) la seconda serie fissando il materiale e la geometria dell’utensile e facendo variare i parametri fondamentali di taglio la terza serie fissando il materiale ma facendo variare sia la geometria dell’utensile che i parametri fondamentali di taglio. In tale sperimentazione quindi sono mantenuti costanti due soli fattori (il materiale lavorato e il materiale dell’utensile) tutti gli sono stai fatti variare

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione I risultati ottenuti dalla sperimentazione sono stati riportati nel grafico seguente. Tutti i punti come evidenziato si addensano in prossimità di una retta. Tale situazione suggerisce una legge del tipo: qTk = q1* dove : q temperatura di taglio espressa in °C T durata dell’utensile espressa in minuti k coefficiente di durata q1* temperatura specifica di taglio

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Influenza della geometria dell’ utensile Angolo di registrazione del tagliente principale c Poiché la durata dell’utensile aumenta al diminuire dello spessore del truciolo e in virtù del fatti che lo spessore del truciolo diminuisce al diminuire di c allora ad angoli di registrazione del tagliente principale minori corrispondono durate maggiori dell’utensile Tale affermazione e confermata dalla tabella in figura. In tale tabella sono stati riportati i fattori correttivi della velocità di taglio v60 per diversi valori dell’angolo di registrazione del tagliente principale. Al diminuire di tale angolo i fattori correttivi aumentano il che si traduce nella possibilità di aumentare la velocità di taglio mantenendo uguali durate per l’utensile

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Raggio di raccordo tra i taglienti Alcuni autori propongono la seguente relazione: vTnampr = BV1* Dove B rappresenta il coefficiente di forma del profilo dell’utensile. Esso dipende dall’angolo c, dal raggio di raccordo dei taglienti e dai materiali in gioco. Sperimentalmente si sono ottenute le seguenti relazioni che permettono di calcolare B al variare dei parametri appena citati: Per lavorazione di acciaio con utensili in acciaio rapido B = (2,48-1,48senc)r0,244 Per lavorazione di acciaio con utensili di carburi sinterizzati B = r0,05 /senc0,22

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Tecnologia Meccanica 2 Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Angolo di spoglia superiore g E’ stato dimostrato che esso influenza notevolmente la durata dell’utensile. Infatti un aumento di tale angolo da 10° a 30° comporta la possibilità di poter aumentare la velocità di taglio del 50% a parità di durata. Ciò è in accordo con il fatto che un aumento dell’angolo di spoglia superiore comporta una diminuzione dsella temperatura. Angolo di registrazione del tagliente secondario c’ Non ha influenza significativa sulla durata dell’utensile. E’ tuttavia importante come visto in precedenza per la rugosità della superficie lavorata Angolo di inclinazione del tagliente principale l e e anglo di spoglia inferiore a Non hanno influenza significativa sulla durata dell’utensile