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1 156 ELEMENTI DI PRODUZIONE ELEMENTI DI PRODUZIONE METALMECCANICA METALMECCANICA Appunti di Disegno Tecnico Industriale 157 Introduzione ai processi di produzione metalmeccanica I processi di produzione metalmeccanica si possono classificare nelle tre grandi famiglie di seguito indicate. Processi di lavorazione per fusione Il materiale viene fuso e colato in vuoti (forme) transitorie o permanenti Processi di lavorazione per deformazione plastica Vengono applicate forze al materiale che lo portano oltre il limite di snervamento, provocando deformazioni permanenti. Processi di lavorazione per asportazione di materiale Si ottiene la forma voluta asportando materiale da una geometria iniziale. Fusione in forma transitoria (fusione in sabbia), fusione in forma permanente (fusione in conchiglia, pressofusione) Laminazione, stampaggio, estrusione, piegatura, imbutitura, punzonatura, tranciatura, ecc. Tornitura, fresatura, foratura, alesatura, rettifica, ecc.

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ELEMENTI DI PRODUZIONE ELEMENTI DI PRODUZIONE METALMECCANICAMETALMECCANICA

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 157

Introduzione ai processi di produzione metalmeccanica

I processi di produzione metalmeccanica si possono classificare nelle tre grandi famiglie di seguito indicate.

Processi di lavorazione per fusione

Il materiale viene fuso e colato in vuoti (forme) transitorie o permanenti

Processi di lavorazione per deformazione plastica

Vengono applicate forze al materiale che lo portano oltre il limite di snervamento, provocando deformazioni permanenti.

Processi di lavorazione per asportazione di materiale

Si ottiene la forma voluta asportando materiale da una geometria iniziale.

Fusione in forma transitoria (fusione in sabbia), fusione in forma permanente(fusione in conchiglia, pressofusione)

Laminazione, stampaggio, estrusione, piegatura, imbutitura, punzonatura, tranciatura, ecc.

Tornitura, fresatura, foratura, alesatura, rettifica, ecc.

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 158

Ciclo di lavorazione

Un prodotto finito, normalmente, non si ottiene utilizzando un unico processo produttivo, ma piuttosto applicando in serie vari processi.

Materie prime Semilavorato Prodotto finito

Ad esempio, un ciclo di lavorazione (semplificato), potrebbe essere il seguente:

Fusione in sabbia Tornitura Rettifica

La progettazione di un ciclo di lavorazione compito di solito complesso e laborioso. La scelta del processo produttivo dipende soprattutto da motivazioni tecniche ed economiche.

Aspetti tecnici

Necessit di garantire adeguate tolleranze o livelli di finitura superficiale

Necessit di garantire adeguati livelli di resistenza ed affidabilit del componente

Aspetti economici

Volume di produzione (maggiori volumi di produzione giustificano investimenti pi alti in macchinari e personale)

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 159

Procedimenti di fusione

I procedimenti di fusione si basano sulla propriet delle leghe di essere fuse e quindi colate allinterno di appositi stampi (forme) dei quali, in seguito alla solidificazione, ne assumono la forma.

Il pezzo che risulta dal procedimento di fusione viene detto greggio (o grezzo) di fonderia, e, nella maggioranza dei casi, andr incontro ad ulteriori ad ulteriori lavorazioni prima di diventare prodotto finito.

Fusione in forma transitoria

Ciascuna forma, distrutta allatto dellestrazione del greggio, viene utilizzata per una sola colata (con una sola colata si possono produrre pipezzi)

I grezzi di fonderia hanno caratteristiche scadenti in termini di geometria e finitura superficiale

un processo adatto a bassi volumi di produzione (non richiede elevati investimenti)

Fusione in forma permanente

Ciascuna forma viene utilizzata per un elevato numero di colate.

I grezzi hanno caratteristiche geometriche e di finitura superficiale migliori rispetto alla fonderia in forma transitoria.

un processo adatto ad elevati volumi di produzione (pu richiedere investimenti elevati)

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 160

Fusione in sabbia

Il processo di fusione in sabbia prevede le seguenti fasi:

-realizzazione di un modello in legno;

-realizzazione delle anime (se necessario)

-formatura

-colata

-estrazione e pulitura del getto

Supponiamo, nelle trasparenze che seguono, di dover realizzare il pezzo di seguito rappresentato

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 161

Realizzazione del modello

Il modello, generalmente realizzato in legno e rivestito di opportune vernici che ne facilitano lestrazione dalla forma, ricalca, in linea di massima, la forma del pezzo che vogliamo ottenere. Tuttavia da essa differisce per i seguenti aspetti:

-dimensioni leggermente maggiorate per tenere conto del ritiro dovuto alla solidificazione;

-presenza di sovrammetalli, ossia di zone nelle quali volutamente vi aggiunta di materiale che verr successivamente asportato con lavorazioni alle macchine utensili

Nel caso si utilizzino anime necessario, inoltre, prevedere opportune portate danima.

Caratteristica dei modelli per fonderia, e quindi dei pezzi prodotti per fusione, la presenza di angoli di sformo, illustrata in una successiva trasparenza.

Esempio di modello scomponibile

Portate danima

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 162

Formatura e realizzazione delle anime

Una volta creato il modello, questo viene utilizzato per creare la forma allinterno della quale verr colato il metallo fuso. Normalmente la forma costituita da due semiforme richiudibili luna sullaltra.

Le anime sono anchesse costituite di sabbia da fonderia. Vengono inserite allinterno delle semiforme, e sono destinate ad occupare quei volumi che, nel pezzo finito, dovranno risultare vuoti. Anche le anime si realizzano attraverso opportune forme in legno denominate casse danima.

Staffa

Semiforma

Piano di separazione Sabbia per fonderia

Anima

Casse danima

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 163

Colata ed estrazione del getto

Una volta realizzate le due semiforme e le eventuali anime, posizionate queste ultime nella semiforma inferiore, chiuso il tutto con la semiforma superiore (sulla quale, in generale, vengono ricavati i canali di alimentazione e di colata e la materozza), si procede alla colata del metallo fluido. La materozza ha il compito di portare esternamente al getto il baricentro termico (zona che solidifica per ultima), nella cui prossimit possono verificarsi fenomeni quali cricche ed irregolarit del getto.

A solidificazione avvenuta si procede ad eliminare i canali di colata, la materozza, e le eventuali bave lungo il piano di separazione.

Grezzo di fonderia con bava, canale di alimentazione/colata e materozzaFase di colata

Sistema di alimentazione

Materozza

Solidificazione

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 164

Soluzioni da evitare

Caratteristiche geometriche dei pezzi prodotti per fusione in sabbia (1)

Si riassumono qui di seguito le caratteristiche geometriche dei pezzi prodotti attraverso fusione in sabbia.

Rugosit elevata: la finitura superficiale di questi pezzi di solito grossolana.Assenza di spigoli vivi: gli spigoli vivi sono sconsigliabili in quanto la forma si danneggia facilmente.

Soluzioni da preferire

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 165

Caratteristiche geometriche dei pezzi prodotti per fusione in sabbia (2)

Presenza di angoli di sformo: le superfici del getto ortogonali al piano di separazione sonoinclinate rispetto alla direzione di estrazione per favorire lestrazione del modello dalla sabbia di fonderia.

Piano di separazione

Direzione di estrazione

45-12-230Da 35 a 150 mm

301Oltre 150 mm

1-23-4Da 10 a 35 mm

35Fino a 10mm

Formatura a macchinaFormatura a manoAltezza A

Valori minimi consigliati

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 166

Caratteristiche geometriche dei pezzi prodotti per fusione in sabbia (3)

Spessori uniformi: per evitare risucchi e cavit (dovuti a differente tempo di raffreddamento tra zone adiacenti) consigliabile uniformare gli spessori ed evitare i bruschi passaggi di sezione.

Soluzioni da evitare Soluzioni da preferire

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 167

Caratteristiche geometriche dei pezzi prodotti per fusione in sabbia (4)

Assenza di sottosquadri: i sottosquadri rappresentano quelle zone che vengono a trovarsi al di sotto del piano di separazione e che costituiscono un ostacolo allestrazione del modello. In genere si cerca di evitarli, in quanto la loro presenza pu richiedere lutilizzo di anime di forma complessa

Piano di separazione

Sottosquadri

Il modello estraibile dalla forma senza grosse difficolt

A causa della presenza di sottosquadri non possibile estrarre il modello dalla forma senza romperla. necessario prevedere lutilizzo di anime

Anime

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 168

Processi di lavorazione per asportazione di materiale

I procedimenti di lavorazione per asportazione di materiale (o per asportazione di truciolo) permettono, a partire da una geometria iniziale, di raggiungere la forma voluta mediante la rimozione della quota di materiale in eccesso (sovrammetallo). In genere si realizzano in due o tre fasi (in ordine cronologico):

1. sgrossatura: lavorazione grossolana e veloce che permette di asportare la maggior parte del materiale;

2. finitura (lavorazione a quota): pi fine e pi lenta della precedente, permette di portare il pezzo alle dimensioni volute;

3. rettifica (lavorazione a tolleranza): ancora pi fine della precedente, permette di ottenere le tolleranze specificate.

Lasportazione di truciolo si basa sul moto relativo (moto di taglio) tra la superficie del pezzo da lavorare e lutensile.

Il moto di alimentazione invece il moto che permette di portare sotto lutensile sempre nuovo materiale da asportare.

Entrambi i moti, a seconda della macchina utensile utilizzata, possono essere posseduti dallutensile o dal pezzo.

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 169

Il tornio

Il tornio una delle macchine pi utilizzate nellindustria meccanica. Consente di lavorare pezzi assialsimmetrici. Lutensile monotagliente. Il moto di taglio posseduto dal pezzo, quello di avanzamento dallutensile.

8) Piattaforma4) Torretta (sostiene lutensile)

7) Slitta trasversale (permette il movimento trasversale dellutensile)

3) Mandrino (trasmette il moto al pezzo da lavorare)

10) Contropunta6) Guida2) Vano motore

9) Controtesta5) Slitta inferiore (permette il movimento longitudinale dellutensile)

1) Base

Menabrida

BridaContropunta

Mandrinomontaggio del pezzo

tra le punte

montaggio del pezzo a sbalzo

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 170

Lavorazioni al tornio

Cilindratura esterna (tornitura longitudinale)

Sfacciatura (tornitura radiale)

Esecuzione di una filettatura

Lavorazione di parte assialsimmetrica di forma generica

Lavorazione di parte conica

Esecuzione di uno smusso

Esecuzione di una gola

Cilindratura interna

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 171

Geometria dei pezzi lavorati al tornio

Si riportano qui alcune considerazioni sulla geometria dei pezzi lavorati al tornio.

La geometria del pezzo deve essere tale da consentire il disimpegno dellutensile

Soluzione da evitare Soluzione da preferire

Lesecuzione di lavorazioni interne pi onerosa dellesecuzione di lavorazioni esterne

Soluzione da evitare Soluzione da preferire

Adottare gole di scarico per separare le superfici soggette a differenti lavorazioni

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 172

La fresatrice

La fresatrice una macchina dofficina molto versatile che permette di eseguire svariati tipi di lavorazioni. Lasse di rotazione a cui collegato lutensile (fresa, utensile pluritagliente) pu essere movimentato secondo un certo numero di gradi di libert (da 2 a 5).

8,9,10) Guide

6,7) Slitte mobili4) Mandrino (asse verticale)2) Mandrino (asse orizzontale)

5) Slitta portapezzo3) Fresa1) Base

Tipologie di frese

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 173

Lavorazioni alla fresatrice

Con la fresatrice possibile eseguire numerose lavorazioni. Esistono due lavorazioni fondamentali quali la fresatura frontale e la fresatura periferica. Le altre possono essere considerate come combinazioni di queste due.

Fresatura frontale (asse di rotazione dellutensile ortogonale alla superficie da lavorare)

Spianatura

Avanzamento

Utensile

Profondit di passata

Fresatura periferica (asse di rotazione dellutensile parallelo alla superficie da lavorare)

Avanzamento

Utensile

Profondit di passata

Contornatura Realizzazione di una tasca Lavorazione di una superficie curva

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 174

Geometria dei pezzi lavorati alla fresa

La geometria del pezzo deve essere tale ridurre il numero di passate della fresa

Soluzione da evitare

Soluzione da preferireLa geometria del pezzo deve essere tale consentire la movimentazione dellutensile

Soluzione da evitare Soluzione da preferire

Soluzione da evitare

Superficie da lavorare

Soluzione da preferire

Superficie da lavorare

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 175

Il trapano

Il trapano una macchina da officina usata principalmente per la lavorazione di fori: foratura, allargatura, alesatura, lamatura, svasatura.

7) Guide

6) Portapezzo4) Testa motrice2) Colonna

5) Mandrino3) Motore1) Base

Allargatura Alesatura Lamatura

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 176

Geometria dei pezzi lavorati al trapano

Fare in modo che la punta da trapano entri in direzione ortogonale alla superficie da forare (possibile deviazione della punta)

Soluzione da evitare Soluzione da preferire (spianatura)

Soluzione da preferire (ringrosso)

Fare in modo che la punta da trapano esca in direzione ortogonale alla superficie da forare (possibile rottura della punta)

Soluzione da evitare Soluzione da preferire (ringrosso)

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 177

Altre macchine utensili

Si riportano qui una breve descrizione di due macchine utensili di utilizzo relativamente comune: la stozzatrice e la brocciatrice.

Stozzatrice

una macchina ad utensile monotagliente con movimento verticale. utilizzata per realizzare sedi per chiavette/linguette su mozzi.

BrocciaPezzo

Organo di trazione

Brocciatrice

una macchina ad utensile pluritaglientecon movimento orizzontale. utilizzata per ottenere fori sagomati a partire da fori circolari.

Forma iniziale

Possibili forme finali

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 178

Processi di lavorazione per deformazione plastica

I procedimenti di lavorazione per deformazione plastica sfruttano le propriet che alcuni materiali hanno di deformarsi permanentemente sotto lazione di carichi esterni, una volta superato il loro limite di snervamento.

Le lavorazioni per deformazione plastica possono avvenire a caldo o a freddo: nel primo caso sono necessarie forze minori, a fronte, per, di finiture superficiali e di tolleranze piscadenti.

In generale le tolleranze e il grado di finitura superficiale ottenibili sono superiori rispetto ai procedimenti di fusione, ma inferiori a quelli raggiungibili con lavorazioni alle macchine utensili.

Le caratteristiche meccaniche dei pezzi costruiti per deformazione plastica sono di norma buone, ed in generale superiori a quelle ottenibili attraverso processi di fonderia.

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 179

Laminazione e stampaggio

Laminazione

La laminazione consiste nel far passare il materiale attraverso due cilindri, lisci od opportunamente sagomati, ruotanti in senso opposto. Il prodotto finito si ottiene, di solito, attraverso una serie di lavorazioni successive. Tipi prodotti ottenuti per laminazione sono i profilati.

Stampaggio

Nello stampaggio un blocco di materiale (massello) sottoposto allazione di una pressa che lo forza allinterno di uno stampo in maniera da fargli assumere la forma voluta. Tipicamente i prodotti stampati hanno spessori sottili(dellordine di 2-3 mm). Sono costruiti per stampaggio molte parti di autoveicoli (cofano, portiere, ecc).

Possibili forme di pezzi prodotti per laminazione

Massello

Schema del processo di stampaggio

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Appunti di Disegno Tecnico Industriale 180

Piegatura e imbutitura

Piegatura

La piegatura un processo molto semplice che si esegue attraverso macchine (piegatrici) in cui una lamiera premuta tra un punzone ed una matrice.

Imbutitura

Limbutitura consente di realizzare forme cave allungate a partire da una lamiera piana.

Processo di piegatura

Punzone

Matrice

PremilamieraPunzone

Matrice

Tipiche forme di oggetti realizzati per imbutitura

Appunti di Disegno Tecnico Industriale 181

Estrusione e trafilatura

Estrusione

Lestrusione un processo con cui si forza un materiale a passare attraverso una matrice di forma predeterminata. Pu essere diretta o inversa: nel primo caso il pistone spinge il materiale verso la matrice, nel secondo la matrice a muoversi.

Trafilatura

Nella trafilatura il materiale costretto a passare attraverso una sezione di forma predeterminata da una forza applicata di trazione. Le forme tipiche ottenute per trafilatura sono le barre, i fili ed i profilati.

Matrice

Matrice

Estrusione inversa

Estrusione diretta

Tipiche forme di oggetti realizzati per estrusione

Matrice