Taglio del metallo: significato, storia e principi

Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere: - 1. Significato del taglio del metallo 2. Storia del taglio del metallo 3. Tipi di processi di taglio 4. Fattori 5. Metodi 6. Principi 7. Velocità.

Significato del taglio del metallo:

Il taglio del metallo è "il processo di rimozione di materiale indesiderato sotto forma di trucioli, da un blocco di metallo, utilizzando un utensile da taglio". Una persona che si specializza nella lavorazione è chiamata macchinista. Una stanza, un edificio o un'azienda in cui viene eseguita la lavorazione si chiama Machine Shop.

Gli elementi di base coinvolti in questo processo sono:

(i) Un blocco di metallo (pezzo da lavorare).

(ii) Utensile per il taglio.

(iii) Macchina utensile.

(iv) Fluido da taglio.

(v) Velocità di taglio (movimento primario).

(vi) Alimentazione (movimento secondario).

(vii) Chips.

(viii) Tenuta del lavoro e fissaggio.

(ix) Forza ed energia dissipata, e

(x) Finitura superficiale.

Le condizioni essenziali per il successo del taglio dei metalli sono:

(a) Moto relativo tra lavoro e utensile da taglio.

(b) Il materiale dell'utensile deve essere più duro del materiale di lavoro.

(c) Il lavoro e lo strumento devono essere rigidamente tenuti da jig e attrezzature.

(d) Tagliente tagliente dell'utensile da taglio.

(e) Movimento primario (velocità di taglio).

(f) Movimento secondario (taglio dell'alimentazione).

Quasi tutti i prodotti prodotti dal processo di rimozione del metallo, direttamente o indirettamente. I principali svantaggi del processo sono la perdita di materiale sotto forma di chip.

Storia del taglio dei metalli:

La storia del taglio dei metalli è iniziata in Egitto, dove un dispositivo rotante chiamato corda dell'arco è stato utilizzato per praticare fori nei sassi.

La storia del taglio dei metalli è riportata nella tabella 9.1:

Tipi di processi di taglio (operazioni):

La lavorazione non è solo un processo; è un gruppo di processi. Esistono molti tipi di operazioni di lavorazione. Ognuno di essi è specializzato per generare una determinata geometria di parti e qualità di finitura superficiale.

Alcuni dei processi di taglio più comuni sono mostrati in Fig. 9.1:

(i) Tornitura:

La tornitura viene utilizzata per generare una forma cilindrica. In questo processo, il pezzo da lavorare viene ruotato e lo strumento di taglio rimuove il materiale indesiderato sotto forma di trucioli. L'utensile da taglio ha un unico tagliente. Il movimento di velocità è fornito dal pezzo in lavorazione rotante e il movimento di avanzamento è ottenuto dall'utensile di taglio che si muove lentamente in una direzione parallela all'asse di rotazione del pezzo da lavorare.

(ii) Perforazione:

La perforazione viene utilizzata per creare un foro circolare. In questo processo, l'utensile da taglio viene ruotato e alimentato contro il pezzo da lavorare fissato in un dispositivo di fissaggio. L'utensile da taglio ha in genere due o più taglienti. L'utensile viene alimentato in una direzione parallela al suo asse di rotazione nel pezzo da lavorare per formare il foro circolare.

(iii) Noioso:

L'alesaggio viene utilizzato per allargare un foro già praticato. Si tratta di un'operazione di finitura fine utilizzata nella fase finale della produzione del prodotto.

(iv) Fresatura:

La fresatura viene utilizzata per rimuovere uno strato di materiale dalla superficie di lavoro. Viene anche utilizzato per produrre una cavità nella superficie di lavoro. Nel primo caso è noto come fresatura di lastre e nel secondo caso è noto come fresatura di estremità. Fondamentalmente, il processo di fresatura viene utilizzato per produrre un piano o una superficie rettilinea. Lo strumento di taglio utilizzato ha più taglienti. Il movimento della velocità è fornito dalla fresa rotante. La direzione del movimento di avanzamento è perpendicolare all'asse di rotazione dell'utensile.

(v) Taglio:

Il taglio viene utilizzato per tagliare il metallo in due parti. In questa operazione, il pezzo da lavorare viene ruotato e l'utensile da taglio si sposta radialmente verso l'interno per separare i componenti.

Fattori che influenzano il processo di taglio del metallo:

Vari fattori o parametri che influiscono sul processo di taglio e quindi sulla finitura superficiale e sulla precisione della geometria del pezzo sono riportati nella Tabella 9.2:

Variabili indipendenti:

Le principali variabili indipendenti sono:

(a) Materiale, forma, geometria, angoli dell'utensile da taglio.

(b) Materiale del pezzo, condizione, temperatura.

(c) Parametri di taglio, come velocità, avanzamento e profondità di taglio.

(d) Fluidi da taglio.

(e) Specifiche della macchina utensile.

(f) Detenzione e fissazione del lavoro.

Variabili dipendenti:

Le variabili dipendenti sono influenzate dai cambiamenti nelle variabili indipendenti.

Le principali variabili dipendenti sono:

(a) Tipi di chip formati.

(b) Zona di temperatura all'interfaccia dello strumento di lavoro.

(c) Usura e guasti degli utensili.

(d) Finitura superficiale.

(e) Forza ed energia nel processo di taglio.

Metodi di taglio del metallo:

Esistono due metodi di base per il taglio dei metalli basati sul tagliente e sulla direzione del movimento relativo tra utensile e lavoro:

(i) Processo di taglio ortogonale (bidimensionale)

(ii) processo di taglio obliquo (tridimensionale)

(i) Processo di taglio ortogonale:

Nel processo di taglio ortogonale, il tagliente è perpendicolare (90 gradi) alla direzione di avanzamento. Il chip scorre in una direzione normale rispetto al tagliente dello strumento. Uno strumento perfettamente affilato taglierà il metallo sulla superficie del rack.

Il processo di taglio ortogonale è mostrato in Fig. 9.3. (un):

(ii) Processo di taglio obliquo:

Nel processo di taglio obliquo, il tagliente è inclinato con un'angolazione acuta (inferiore a 90 gradi) rispetto alla direzione di avanzamento. Il chip scorre lateralmente in un lungo ricciolo. Il chip scorre in una direzione ad angolo con normale al tagliente dello strumento.

Alcune delle principali caratteristiche comparative di entrambi i processi sono riportate nella Tabella 9.3:

Principio del taglio del metallo:

Un tipico processo di taglio dei metalli con utensile per il taglio a punto singolo è mostrato in Fig. 9.2. In questo processo, uno strumento a forma di cuneo si muove rispetto al pezzo da lavorare con un angolo a. Quando lo strumento entra in contatto con il metallo, esercita una pressione su di esso. A causa della pressione esercitata dalla punta dell'utensile, il metallo si deformerà sotto forma di trucioli sul piano di taglio AB. Un chip viene prodotto davanti all'utensile da taglio deformando e tagliando il materiale continuamente, lungo il piano di taglio AB.

Il piano di taglio è in realtà una zona stretta e si estende dal tagliente dell'utensile alla superficie del pezzo da lavorare. Il tagliente dell'utensile è formato da due superfici intersecanti.

Di seguito è riportato un dettaglio delle varie terminologie:

(i) Superficie del rack:

È la superficie tra il chip e la superficie superiore dell'utensile da taglio. È la superficie lungo la quale il chip si muove verso l'alto.

(ii) Superficie del fianco:

È la superficie tra il pezzo da lavorare e il fondo dell'utensile da taglio. Questa superficie è fornita per evitare lo sfregamento con la superficie lavorata.

(iii) Angolo del rack (α):

È l'angolo tra la superficie del rack e il normale al pezzo da lavorare. L'angolo del rack può essere positivo o negativo.

(iv) Angolo del fianco / Angolo libero / Angolo di scarico (γ):

È l'angolo tra la superficie del fianco e la superficie orizzontale lavorata. È previsto un certo gioco tra la superficie del fianco e la superficie lavorata del pezzo da lavorare per evitare di sfregare l'utensile da taglio sulla superficie finita.

(v) Zona di deformazione primaria:

È la zona tra la punta dell'utensile e il piano di taglio AB.

(vi) Zona di deformazione secondaria:

È la zona tra la superficie del rack dello strumento e il chip.

(vii) Zona di deformazione terziaria:

È la zona tra la superficie del fianco dell'utensile e la superficie lavorata del pezzo da lavorare.

Quasi tutti i processi di taglio coinvolgono la stessa teoria di deformazione di taglio. L'utensile da taglio utilizzato nel processo di taglio può essere utensile da taglio a punto singolo o multipunto. Tornitura, filettatura e sagomatura, barenatura, smussatura e rivestimento sono alcune operazioni di taglio eseguite da un unico utensile da taglio. Fresatura, foratura, rettifica, alesatura e brocciatura sono alcune operazioni di taglio eseguite da un utensile da taglio multi-punto.

Formazione meccanica dei chip:

Un tipico processo di taglio dei metalli con utensile per il taglio a punto singolo è mostrato in Fig. 9.5. In questo processo uno strumento a forma di cuneo si muove rispetto al pezzo da lavorare con un angolo α. Quando lo strumento entra in contatto con il metallo, esercita una pressione su di esso. A causa della pressione esercitata dalla punta dell'utensile, il metallo si deformerà sotto forma di trucioli sul piano di taglio AB. Un chip viene prodotto davanti all'utensile da taglio deformando e tagliando il materiale continuamente lungo il piano di taglio AB.

Lo studio microscopico mostra che i chip sono prodotti dal processo di cesoiatura. Il processo di taglio nella formazione del truciolo è simile al movimento delle carte in un mazzo che scivolano l'una contro l'altra, come mostrato in Fig. 9.5. La tosatura avviene lungo una zona di taglio (piano di taglio). Il piano di taglio è una zona ristretta. Si estende dal tagliente dell'utensile alla superficie del pezzo da lavorare.

Questo piano si trova ad un angolo chiamato angolo di taglio (φ), con la superficie del pezzo da lavorare. La zona di taglio ha una grande influenza sulla qualità della superficie lavorata. Al di sotto del piano di taglio il pezzo da lavorare è sotto forma mentre sopra il piano di taglio il chip è già formato e si sposta verso l'alto fino alla faccia dell'utensile.

Il rapporto tra lo spessore del truciolo prima del taglio (t o ) e lo spessore del truciolo dopo il taglio (t c ) è noto come rapporto dello spessore del truciolo.

È generalmente rappresentato da r, che può essere espresso come:

Lo spessore del truciolo dopo il taglio (t c ) è sempre maggiore dello spessore del truciolo prima del taglio (t o ). Pertanto, il valore di r è sempre inferiore all'unità. Il reciproco di r è noto come rapporto di compressione del truciolo o rapporto di riduzione del truciolo (1 / r). Il rapporto di riduzione del truciolo è una misura dello spessore del chip rispetto alla profondità di taglio (t 0 ). Quindi il rapporto di riduzione del truciolo è sempre maggiore dell'unità.

Derivazione per calcolare gli angoli di taglio:

Considerando il processo di taglio ortogonale per derivare l'espressione per calcolare l'angolo di taglio, come mostrato in Fig. 9.6. L'utensile da taglio è definito dall'angolo di spoglia (α) e dall'angolo di spoglia o di sollievo (γ). Il chip è formato perpendicolarmente al tagliente dello strumento.

Di seguito sono riportate alcune ipotesi formulate per la meccanica delle formazioni di chip:

(i) Lo strumento deve contattare il chip sulla sua faccia di rastrello.

(ii) Condizioni di deformazione normale considerate. Significa che non vi è alcun flusso laterale del chip durante il taglio.

(iii) La zona di deformazione è molto sottile (nell'ordine da 10 -2 a 10 -3 mm) adiacente al piano di taglio AB.

Nel precedente 9.6. vengono utilizzati i seguenti simboli:

α - Angolo di inclinazione

γ - Angolo di sicurezza (rilievo)

φ - Angolo di taglio

AB - Piano di taglio

t 0 - Spessore truciolo non tagliato

t c - Spessore del truciolo (deformato)

Area DEFG - Area del chip non tagliato

Area HIJK - Area del chip dopo il taglio.

Questa è la relazione richiesta per calcolare l'angolo di taglio (φ). Questa relazione mostra che φ dipende da t 0, t c e α (angolo di spoglia). Significa misurando t 0, t c e a dello strumento, l'angolo di taglio (φ) può essere determinato usando l'espressione sopra.

Il rapporto dello spessore del truciolo (r) può essere determinato con i seguenti metodi:

(i) Usando l'equazione di continuità

(ii) Pesando una lunghezza nota del chip.

(iii) Conoscendo la velocità del truciolo (V c ) e la velocità del pezzo (V).

(i) Utilizzando l'equazione di continuità:

Peso originale del chip prima del taglio = peso del chip dopo il taglio.

(ii) Pesando una lunghezza del chip nota:

Se la lunghezza del taglio non è direttamente nota, possiamo stimarla pesando una lunghezza nota del chip; poi

il calcolo 'r' e ɸ da equazioni precedenti.

(iii) Conoscendo Chip Velocity (V C ) e Work Piece Velocity (V):

Applicazione dell'equazione di continuità come:

Inserendo il valore di r e α, possiamo ottenere l'angolo di taglio (φ).

Velocità nel processo di taglio del metallo:

A causa del movimento relativo tra la punta dell'utensile e il pezzo da lavorare e il truciolo rimosso, esistono tre tipi di velocità.

Questi sono i seguenti:

(i) Velocità di taglio o velocità (V):

È la velocità dello strumento di taglio rispetto al pezzo da lavorare.

(ii) Velocità di taglio (V s ):

È la velocità del chip rispetto al pezzo da lavorare. In altro modo, la velocità con cui avviene la tosatura.

(iii) Chip Velocity (V c ):

È la velocità del truciolo sulla faccia dell'utensile (faccia di rastrello) durante il taglio.

Fig 9.7. Velocity Metal Cutting Process.

La Fig. 9.7 mostra tre velocità e le loro relazioni:

Let V - Cutting Velocity

V s - Shear Velocity

V c - Velocità del truciolo

φ - Angolo di taglio

α - Angolo di inclinazione

r - Rapporto dello spessore del truciolo

γ - Angolo di sicurezza

Usando l'equazione di continuità, il volume di rimozione del metallo prima e dopo è lo stesso, quindi:

Vt = V c t c

V c / V = t / t c = r

In Fig. 9.7, usando la regola del seno per i vettori di velocità possiamo scrivere:

Dalla teoria cinematica, la velocità relativa di due corpi (strumento e chip) è uguale alla differenza vettoriale tra le loro velocità rispetto al corpo di riferimento (pezzo da lavorare), quindi

V = V C + V S

Forze che agiscono sul chip:

Le varie forze che agiscono sul chip durante il taglio ortogonale del metallo sono mostrate in Fig. 9.8:

(i) Forza di taglio (F s ):

Sta agendo lungo il piano di taglio. È la resistenza al taglio del metallo.

(ii) Forza normale (F n ):

È perpendicolare al piano di taglio generato dal pezzo.

(iii) Forza normale (N):

Viene esercitato dalla punta dell'utensile sul chip.

(iv) Fractional Resistance Force (F):

Agisce sul chip e agisce contro il movimento del chip lungo la faccia dello strumento.

La figura 9.8 (b) indica il diagramma di corpo libero del chip che è in equilibrio sotto l'azione di forze risultanti uguali e opposte in grandezza e direzione.

Così,

Poiché, il chip è in condizioni di equilibrio, quindi possiamo dirlo

Tipi di chip prodotti nella lavorazione:

I chip prodotti nel processo di taglio dei metalli non sono uguali. Il tipo di chip prodotto dipende dal materiale in lavorazione e dalle condizioni di taglio.

Queste condizioni includono:

(a) Tipo di utensile da taglio utilizzato.

(b) Velocità e velocità di taglio.

(c) Geometria degli utensili e angoli di taglio.

(d) Condizioni della macchina.

(e) Presenza / Assenza di fluido da taglio, ecc.

Lo studio dei chip prodotti è molto importante perché il tipo di chip prodotto influenza la finitura superficiale del pezzo da lavorare, la durata dell'utensile, le vibrazioni, le vibrazioni, i requisiti di forza e potenza, ecc.

È importante notare che un chip ha due superfici:

(a) Superficie lucida:

È la superficie che è in contatto con la faccia di rastrello dello strumento. Il suo aspetto lucido è causato dallo sfregamento del chip mentre si sposta verso l'alto sulla superficie dello strumento.

(b) Superficie ruvida:

È la superficie che non entra in contatto con nessun corpo solido. È la superficie originale del pezzo da lavorare. Il suo aspetto ruvido è causato dall'azione di taglio, come mostrato in Fig. 9.9.

Fondamentalmente, ci sono tre tipi di chip comunemente osservati nella pratica come mostrato in Fig. 9.9:

Questi sono discussi di seguito:

(i) Chip continui.

(ii) Chip continui con bordo integrato.

(iii) Chips discontinui o segmentali.

(i) Chip continuo:

I trucioli continui vengono prodotti durante la lavorazione di materiali più duttili come acciaio dolce, rame e alluminio.

A causa della grande deformazione plastica possibile con materiali più duttili, vengono prodotte trucioli continui più lunghi. È associato a buoni angoli dell'utensile, velocità e avanzamento corretti e all'uso di liquidi da taglio.

vantaggi:

1. Generalmente producono una buona finitura superficiale.

2. Sono più desiderabili perché le forze sono stabili e il funzionamento diventa meno vibratorio.

3. Forniscono alte velocità di taglio.

limitazioni:

1. I chip continui sono difficili da maneggiare e smaltire.

2. I trucioli continui si avvolgono a spirale e si arricciano attorno all'utensile e lavorano e possono persino ferire l'operatore in caso di improvvisa rottura.

3. I trucioli continui rimangono a contatto con la superficie dell'utensile per un periodo più lungo, con conseguente maggiore attrito del calore per rompere il truciolo continuo in piccole sezioni in modo che i trucioli non possano arricciarsi attorno all'utensile da taglio.

La forma più semplice di rompitruciolo è costituita dalla molatura di una scanalatura sulla faccia dell'utensile a pochi millimetri dietro il tagliente. A volte, una piccola lamina di metallo con il lato dell'utensile da taglio viene utilizzata come rompitruciolo.

Condizioni di taglio favorevoli:

Le condizioni di taglio favorevoli per la produzione di chip continui sono le seguenti:

io. Lavorazione di materiali più duttili come rame, alluminio.

ii. Elevata velocità di taglio con avanzamento fine.

iii. Angolo di spoglia maggiore.

iv. Tagliente più nitido.

v. Lubrificante efficiente.

(ii) Chip continuo con Edge integrato:

I chip continui con bordo incorporato (BUE) vengono prodotti durante la lavorazione di materiali duttili nelle seguenti condizioni:

io. Alta temperatura locale nella zona di taglio.

ii. Pressione estrema nella zona di taglio.

iii. Elevato attrito all'interfaccia tool-chip.

Le suddette condizioni di lavorazione fanno sì che il materiale di lavoro aderisca o aderisca al tagliente dello strumento e forma bordo incorporato (BUE). Il bordo integrato genera calore e attrito localizzati, con conseguente scarsa finitura superficiale, perdita di potenza.

Il bordo costruito è comunemente osservato nella pratica. Il bordo integrato cambia dimensione durante l'operazione di taglio. Prima aumenta, poi diminuisce, e poi aumenta di nuovo, ecc. Questo ciclo è fonte di vibrazione e finitura superficiale scadente.

vantaggi:

Anche se il bordo di costruzione è generalmente indesiderabile, un BUE sottile e stabile è solitamente desiderabile perché riduce l'usura proteggendo la superficie del rastrello dello strumento.

limitazioni:

io. Questo è un chip da evitare.

ii. Il fenomeno si traduce in una finitura superficiale scadente e danni allo strumento.

Condizioni di taglio favorevoli:

Le condizioni di taglio favorevoli per la produzione di chip continui con bordo integrato sono le seguenti:

io. Bassa velocità di taglio.

ii. Angolo di spoglia basso.

iii. Avanzamento elevato.

iv. Fornitura inadeguata di liquido refrigerante.

v. Maggiore affinità (tendenza a formare legami) del materiale dello strumento e del materiale di lavoro.

Riduzione o eliminazione di BUE:

La tendenza a formare BUE può essere ridotta o eliminata da una qualsiasi delle seguenti pratiche:

io. Aumentare la velocità di taglio.

ii. Aumentare l'angolo di spoglia.

iii. Riduzione della profondità di taglio.

iv. Utilizzando un fluido da taglio efficace.

v. Usando uno strumento affilato.

VI. Tagli di luce a velocità più elevate

(iii) Chip discontinui o segmentali:

I trucioli discontinui vengono prodotti durante la lavorazione di materiali più fragili come ghisa grigia, bronzo, ottone ecc. Con piccoli angoli di spoglia. Questi materiali mancano della duttilità necessaria per la deformazione apprezzabile dei trucioli di plastica. Il materiale si guasta in una frattura fragile prima del bordo dell'utensile lungo la zona di taglio. Ciò si traduce in piccoli segmenti di chip discontinui. Non c'è niente di sbagliato in questo tipo di chip in queste circostanze.

vantaggi:

io. Poiché i trucioli si rompono in piccoli segmenti, l'attrito tra l'utensile e il chip si riduce, ottenendo una migliore finitura superficiale.

ii. Questi chip sono convenienti da raccogliere, maneggiare e smaltire.

limitazioni:

io. A causa della natura discontinua della formazione del truciolo, le forze variano continuamente durante il processo di taglio.

ii. È necessaria una maggiore rigidità o rigidità dell'utensile da taglio, del supporto e del dispositivo di blocco del lavoro a causa delle diverse forze di taglio.

iii. Di conseguenza, se la rigidità non è sufficiente, la macchina utensile può iniziare a vibrare e vibrare. Questo, a sua volta, influisce negativamente sulla finitura della superficie e sulla precisione del componente. Potrebbe danneggiare l'utensile da taglio o causare un'usura eccessiva.

Condizioni di taglio favorevoli:

Le condizioni di taglio favorevoli per la produzione di chip discontinui sono le seguenti:

io. Lavorazione di materiali fragili.

ii. Piccoli angoli di spoglia.

iii. Velocità di taglio molto basse.

iv. Bassa rigidità della macchina utensile.

v. Maggiore profondità di taglio.

VI. Lubrificante inadeguato

vii. Materiali che contengono inclusioni dure e impurità.