4 abrasione e non convenzionali

Lavorazioni per abrasione
Classificazione
• Possono
produrre
superfici lisce
rispettando
tolleranze strette
• Si possono
lavorare
materiali duri
L’asportazione tramite
abrasione
• I taglienti sono distribuiti e orientati in
modo casuale => l’angolo di spoglia è
variabile => non c’è sicurezza che un
grano tagli
• La profondità di passata è piccola e
diversa per i vari grani
• Nella produzione dei grani si cerca di
avere spigoli taglienti
L’asportazione tramite
abrasione
L’asportazione tramite
abrasione
• L’efficienza è
molto bassa => si
produce molto
calore
• Conseguenze:
ossidazione,
possibili
trasformazioni di
fase e formazioni
di cricche,
tensioni residue
Abrasivi
• Devono avere:
– Grande durezza anche ad alta temperatura
– Facilità di frattura
– Bassa adesione al materiale lavorato
Abrasivi
• Si usano pochi abrasivi naturali: SiO2 e
Al2O3; Al2O3 esiste in varie gradazioni di
durezza
• SiC non può essere usato con gli acciai
• CBN e C sono detti superabrasivi
Rettifica
Rettifica
• Le mole devono essere equilibrate
• La resistenza del legame dipende da tipo,
quantità e distribuzione del legante; non
deve essere eccessiva
• Il grano a un certo punto viene rilasciato;
si definisce il rapporto di rettifica:
Rettifica
Rettifica
• Il legante + usato è il vetro
• I leganti organici sono – resistenti ma
possono avere varie proprietà
• Il legante può essere una resina
termoindurente rinforzata con anelli di
acciaio o fibra di vetro
• Con i superabrasivi si usa spesso bronzo
sinterizzato e le particelle sono rivestite
per migliorare il legame
Rettifica
• X sopportare velocità maggiori, la parte
centrale delle mole può essere in metallo
o in composito e l’abrasivo forma uno
strato superficiale di 3 - 5 mm
• In alternativa una base metallica (talvolta
di forma) è rivestita con un singolo strato
di superabrasivo
Rettifica
Rettifica
• La velocità di rimozione aumenta con la
forza di schiacciamento, ma oltre certi
valori G crolla
• L’integrità strutturale delle mole viene
verificata prima dell’uso
• Le mole vengono ravvivate quando
producono vibrazioni, la lavorazione
diventa rumorosa o si rivestono del
materiale lavorato
Rettifica
• La ravvivatura si può eseguire con una
punta di diamante o con un disco rivestito
di diamante
• Se il legame della mola è fragile la
ravvivatura si esegue anche pressando
sulla superficie un disco di acciaio duro
• Le mole rivestite non vengono ravvivate
ma si sostituisce il rivestimento
Rettifica
• I fluidi hanno 3 funzioni:
– Raffreddano e impediscono l’innesco della
combustione e di cricche a caldo
– Abbassano il carico sulla mola riducendone l’usura
– Abbassano l’attrito e la generazione di calore
• Si usano oli e soluzioni acquose con additivi
• L’energia specifica della lavorazione può ridursi
a un quarto, la velocità di rimozione prima che
sorgano vibrazioni può aumentare di 5 volte, il
rapporto di rettifica può diventare 10 volte
maggiore
Rettifica
• Il fluido dovrebbe essere introdotto sotto
pressione, possibilmente attraverso la
mola
• Lo smaltimento del lubrificante esausto
può essere problematico
• L’uso del CBN è favorito dalla possibilità di
usare meno fluido
Rettifica
Rettifica
Rettifica
• A parte x la generazione di geometrie
elementari, la rettifica è usata x finire
superfici anche complesse
• Anche in rettifica sono disponibili utensili
generici e di forma
Rettifica
• Obiettivi della rettifica
– Rettifica di precisione: migliora tolleranze e
finitura superficiale. Lo spessore di truciolo
indeformato è piccolo e l’energia specifica alta
– Rettifica di sgrossatura: i grani usurati
vengono espulsi, la velocità è + alta, l’energia
specifica bassa (si usa x eliminare alimentazione e materozze dai getti e la bava dai
forgiati)
Rettifica
• Obiettivi della rettifica
– Creep-feed: una sola passata, grande
spessore di truciolo indeformato, piccolo
avanzamento
– High-efficiency deep grinding: si usano mole
di forma con uno strato di CBN x asportare
materiale ad alta velocità
Rettifica
• Una buona finitura non garantisce qualità
superficiale elevata
• La qualità della superficie aumenta con
mole tenere, frequenti ravvivature,
abbondante lubrificante
Altre lavorazioni abrasive
• Particelle abrasive attaccate a carta o
stoffa sono usate x operazioni di finitura a
bassa velocità
• Usando colle e supporti + forti è possibile
aumentare la velocità => si possono
sostituire tornitura, piallatura e fresatura
Altre lavorazioni abrasive
Altre lavorazioni abrasive
Lavorazioni con abrasivi non
legati
Lavorazioni con abrasivi non
legati
Lavorazioni con abrasivi non
legati
LAVORAZIONI NON
CONVENZIONALI
Dissoluzione chimica
Dissoluzione elettrochimica
Scariche elettriche controllate
Fasci elettronici e fasci laser ad alte intensità energetica
Altre tecniche alternative alle precedenti
Classificazione
Lavorazioni chimiche
Lavorazioni chimiche
Lavorazioni chimiche
Lavorazioni chimiche
Lavorazioni elettrochimiche
• Il componente, in materiale conduttore, è
immerso con il catodo, nell’elettrolita
diventando l’anodo
• In caso si formi uno strato di ossido
protettivo, può essere rotto con scintille
Lavorazioni elettrochimiche
Lavorazioni elettrochimiche
• Il componente, in materiale conduttore, è
immerso con il catodo, nell’elettrolita
diventando l’anodo
• In caso si formi uno strato di ossido
protettivo, può essere rotto con scintille
• Esempi: fresatura, asportazione, rettifica
Elettroerosione
Elettroerosione
• Il metallo viene rimosso dal calore
prodotto da scintille
• L’utensile (catodo) è metallico o in grafite,
immerso in un dielettrico
• A bassi voltaggi il fluido agisce come
isolante; se il voltaggio è alto si ha una
scarica che provoca la vaporizzazione del
materiale
• Il fluido raffredda il materiale e rimuove il
materiale asportato
Elettroerosione
• La finitura è determinata da vari fattori, tra
cui la densità di corrente, la viscosità del
fluido e la frequenza
• Poichè elettrodo e pezzo non giungono in
contatto si ha un overcut
• Anche l’elettrodo viene eroso in misura da
3:1 a 100:1 rispetto al pezzo in lavorazione
Elettroerosione
Elettroerosione
• Qualche volta la sgrossatura si effettua
invertendo la polarità; in tal caso l’elettrodo
di grafite non viene consumato
• In macchine CNC al pezzo si può dare un
movimento laterale x migliorare accuratezza e finitura superficiale
• È anche possibile lavorare forme complesse con utensili semplici
Elettroerosione
• Il processo è lento, ma le macchine
possono lavorare autonomamente e
possono essere dotate di cambio-pezzo e
cambio-elettrodo automatici
• Gli elettrodi sono prodotti con fresatrici a
copiare o CNC
Elettroerosione
Elettroerosione
• Il filo è alimentato con continuità sotto
trazione controllata
• X agevolare l’espulsione del materiale, si
usano fili stratificati: il rivestimento si
consuma prima che il nucleo perda
resistenza => si possono usare densità di
corrente maggiori
Elettroerosione
• Il taglio è + rapido con leghe bassofondenti
• L’elettrolita è olio o acqua con additivi
• Talvolta si eseguono uno o + tagli poco
profondi x rimuovere la superficie
danneggiata
Elettroerosione
• Controlli multiassiali rendono possibile
ricavare forme 3D, come matrici di
estrusione troncoconiche
• I controlli CNC permettono anche di
monitorare il gap, variare la velocità di
taglio e riavvolgere in caso di rottura del
filo
Elettroerosione
• Altre tecniche:
– Electrical discharge drilling
– Electrical discharge grinding
Lavorazioni con fasci ad alto
contenuto energetico
Fascio elettronico
• I materiali possono essere tagliati o forati
mediante fusione e/o vaporizzazione
controllate
• Si usa su materiali difficili da tagliare:
alcune plastiche, ceramici e compositi
• La fonte di energia è simile a un tubo
catodico
Lavorazioni con fasci ad alto
contenuto energetico
Fascio elettronico
Taglio laser
Taglio laser
• Laser allo stato solido
– Il + importante è a Nd:YAG, contenente
piccole concentrazioni di ioni di neodimio in
granato di alluminio e ittrio
– Il pompaggio avviene con luce bianca ad alta
intensità
– Il fascio può essere suddiviso in + parti
Taglio laser
• Laser a eccimeri
– Danno un output molto minore, perciò si
usano x microlavorazioni, lavorazioni su
semiconduttori e x interventi chirurgici
– In una scarica elettrica un atomo di gas nobile
e uno di gas alogeno formano un dimero
– Al decadimento della scarica elettrica il
dimero si divide ed emette luce UV
Taglio laser
• In funzione della densità di energia alcuni
materiali fondono, alcuni evaporano
• In qualche misura è possibile controllare la
profondità di lavorazione
• Spesso viene fornito ossigeno x
aumentare l’assorbimento di energia
Taglio laser
• Si possono tagliare acciai trattati termicamente; la qualità dei bordi di taglio è
adeguata x punzoni e matrici usate nelle
lavorazioni delle lamiere
• Nell’esecuzione di fori circolari, il diametro
è variato mediante focalizzazione
• Il minimo diametro è circa 0.5 mm con
laser a CO2, 0.08 mm con Nd:YAG e 1 mm
con laser ad eccimeri