Sistemi di Produzione II La formatura della lamiera
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La deformazione plastica
2
La deformazione plastica
Lavorazioni per deformazione
Il processo di laminazione
Estrusione e trafilatura
La forgiatura
La formatura della lamiera
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Obiettivi della lezione
Valutare le applicazioni industriali dei processi di formatura della lamiera
Descrivere analiticamente le principali lavorazioni di formatura della lamiera (tranciatura, piegaturae imbutitura)
Evidenziare le regole progettuali e le caratteristiche fisiche di queste lavorazioni
4
Bibliografia per la lezione
“Sistemi di Produzione”A. Villa, G. Murari, D. AntonelliC.L.U.T. Editrice, 2004
capitolo 3 paragrafo 6
“Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione”Santochi, GiustiCasa Editrice Ambrosiana, 2000
capitolo 5 paragrafo 8
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La formatura della lamiera
6
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
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7
Esempi di stampi
8
Esempio di prodotti:carrozzeria per auto
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La tranciatura
Operazione preliminare a altre lavorazioni sulla lamiera
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La tranciatura
Operazione preliminare a altre lavorazioni sulla lamiera
Si ritagliano figure geometriche da fogli di lamiera o da nastri continui (coils)
Viene portato via del materiale (sfrido) dalla lamiera di partenza
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Tipologie di tranciatura
Tranciatura di profili apertitaglio rettilineo di lamiere e di barre
Tranciatura di profili chiusitaglio di profili chiusi con geometria anche molto complessa
12
La tranciatrice
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Taglio rettilineo: tranciatura di una barra
Piano di taglio
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Taglio rettilineo: tranciatura di una barra
Forze di taglio
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Taglio rettilineo: tranciatura di una lamiera
16
Tranciatura di un profilo chiuso
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Fasi del processo
Ingresso del punzone nella lamieradeformazione delle fibrearrotondamento dei bordi della lamiera
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Fasi del processo
Ingresso del punzone nella lamiera
Applicazione di uno stato di sollecitazione superiore alla tensione Rm del materiale
primi segni di frattura della lamiera ai bordi del punzone e della matrice
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19
Fasi del processo
Ingresso del punzone nella lamiera
Applicazione di uno stato di sollecitazione superiore alla tensione Rm del materiale
Propagazione delle fratture nella lamiera in direzione inclinata fino al distacco del pezzo
20
Aspetto delle superfici tranciate
Diametro del foro
Diametro del disco tranciato
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Aspetto delle superfici tranciate
Penetrazione
La formatura della lamiera
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23
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
24
Dimensionamento energetico
Composizione delle forze del processo di tagliotensioni di taglio agenti sul piano di taglioforze d’attritogioco fra punzone e matriceimperfetta affilatura dei coltelli, ecc.
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25
Forza di tranciatura
k : coefficiente correttivoA : superficie della sezione resistentep, s : perimetro e spessore della lamiera
AR,F m ⋅⋅= 70k
spA ⋅=
26
Andamento della forza di tranciatura
Corsa del punzone
Forza di tranciatura
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Lavoro di tranciatura
∫ ⋅=s
0
dsFL
sFL max ⋅⋅≅ k
28
Il gioco
Gioco corretto: fratture concorrenti
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Il gioco
Gioco troppo stretto: fratture parallele
30
Il gioco
Gioco troppo piccolo:
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31
Il gioco
Gioco corretto:
32
Il gioco
Gioco troppo grande con distacco del materiale per il cattivo allineamento punzone – matrice:
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La formatura della lamiera
34
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
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Processi di piegatura
Piegatura libera
Piegatura in stampo
Profilatura a rulli
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Piegatura libera
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Processi di piegatura
Piegatura libera
Piegatura in stampo
Profilatura a rulli
38
Piegatura in stampo di forma a U
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39
Piegatura in stampo di forma a V
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Processi di piegatura
Piegatura libera
Piegatura in stampo
Profilatura a rulli
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Profilatura a rulli
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Schema delle deformazioni di piegatura
C’è una sezione della lamiera che si piega senza deformarsi detta fibra neutra (fn)
sRn
fn
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Schema delle deformazioni di piegatura
44
Schema delle deformazioni di piegatura
Extradosso
Intradosso
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45
Schema delle deformazioni di piegatura
Allargamento
Compressione
La formatura della lamiera
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47
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
48
Elementi di calcolo nella piegatura
Il ritorno elastico
Il raggio di curvatura
Lo sforzo di piegatura
Angolo di piegatura (profilatura a rulli)
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49
Il ritorno elastico
Le sollecitazioni di trazione e di compressione in prossimità della fibra neutra sono di tipo elastico
50
Il ritorno elastico
Le sollecitazioni di trazione e di compressione in prossimità della fibra neutra sono di tipo elastico
Dopo la sollecitazione la lamiera è soggetta ad un ritorno elastico funzione dei parametri:
limite di snervamento del materialevelocità di deformazionetipo di piegatura (libera o in stampo)spessore della lamieraraggio di piegatura
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51
Il ritorno elastico
θ
θM
ρ
l
Angolo di piegatura
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Il ritorno elastico
θ
ρ + ∆ρ
l
θ + ∆θ
∆θ
Angolo di ritorno elastico
M
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53
Parametri dell’angolo di ritorno
L’angolo di ritorno è funzione di:raggio del punzone Rp
raggio dello stampo Rd
raggio dell’asse neutro Rn
larghezza e spessore della lamiera (b, s)angolo di piegatura θparametri caratteristici del materiale (E, C, n)
( )nC,E,?,s,b,,R,R,R ndpf=θ∆
54
Elementi di calcolo nella piegatura
Il ritorno elastico
Il raggio di curvatura
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55
Il raggio minimo di curvatura
Deve essere maggiore del minimo raggio di curvatura ammissibile per il tipo di deformazione:
c : coefficiente proprio del materiale
csR ⋅=min
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Elementi di calcolo nella piegatura
Il ritorno elastico
Il raggio di curvatura
Lo sforzo di piegatura
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57
Il carico di flessione
Il modulo resistente W:
6
2sbW
⋅=
58
Il carico di flessione
Il modulo resistente W:
La tensione σf:
si può approssimare σf = 2Y quando L ̃ 6 ÷ 12s, R = s
6
2sbW
⋅=
WLF
4f⋅
=σ
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59
Il carico di flessione
Lsb
F2
1,5 fσ⋅⋅
=6
2sbW
⋅=
WLF
4f⋅
=σ
60
Elementi di calcolo nella piegatura
Il ritorno elastico
Il raggio di curvatura
Lo sforzo di piegatura
Angolo di piegatura (profilatura a rulli)
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61
L’angolo di piegatura (profilatura a rulli)
La deformazione non deve superare il massimo angolo ammissibile di piegatura per ogni coppia di rulli
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L’angolo di piegatura (profilatura a rulli)
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63
Il massimo angolo di piegatura
Acciai inossidabili e ottoni
αmax = 1°15’
Acciai a basso contenuto di
carbonioαmax = 1°25’
Alluminio e le sue leghe
αmax= 1°35’
La formatura della lamiera
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65
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
66
Imbutitura e stampaggio di lamiera
Nell’imbutitura la lamiera piana assume una forma concava (cilindrica, scatolare o a coppa)
il processo di deformazione non prevede la variazione dello spessore della lamiera
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67
Imbutitura e stampaggio di lamiera
Nell’imbutitura la lamiera piana assume una forma concava (cilindrica, scatolare o a coppa)
Nello stampaggio la lamiera viene pressata tra uno stampo ed un controstampo
è possibile una riduzione di spessore della lamiera nei punti più sollecitati localmente
68
Schema di funzionamento
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69
Schema di funzionamento
Lamiera
70
Schema di funzionamento
Premilamiera
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71
Schema di funzionamento
Matrice
72
Schema di funzionamento
Giocopunzone - matrice
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Fasi di funzionamento
Avvicinamento in rapido del cuscino e del premilamiera
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Fasi di funzionamento
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Fasi di funzionamento
Avvicinamento in rapido del cuscino e del premilamiera
Imbutitura lenta e compressione cuscino
76
Fasi di funzionamento
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77
Fasi di funzionamento
Avvicinamento in rapido del cuscino e del premilamiera
Imbutitura lenta e compressione cuscino
Ritorno rapido della slitta ed azione dell’estrattore
78
Fasi di funzionamento
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La formatura della lamiera
80
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
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81
Tensioni di un cilindro cavo flangiato
Imbutito con difetti di grinzatura sul premilamierae strappo del raccordo di fondo
82
Tensioni di un cilindro cavo flangiato
Stato di sollecitazione dell’imbutito:
FT
FRFT
FR
P
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83
Variazioni di spessore del pezzo
Diminuzione dello spessore sul fondello dell’imbutito a causa delle tensioni di trazione
84
Variazioni di spessore del pezzo
Diminuzione dello spessore sul fondello dell’imbutito a causa delle tensioni di trazione
Riduzione dello spessore nel tratto di raccordo tra il corpo cilindrico ed il fondello
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85
Variazioni di spessore del pezzo
Diminuzione dello spessore sul fondello dell’imbutito a causa delle tensioni di trazione
Riduzione dello spessore nel tratto di raccordo tra il corpo cilindrico ed il fondello
Diminuzione della riduzione di spessore dal raccordo inferiore fino a quello superiore con la flangia per effetto della forza circonferenziale Ft
86
Dimensionamento del processo
Dalla geometria del pezzo dipendono:
lo sforzo di imbutiturala pressione sul premilamieranumero delle fasi di lavorazione
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87
Rapporto di imbutitura
dp : diametro del punzoneD : diametro iniziale del disco di lamiera
Dd
R pi =
88
Il rapporto massimo di imbutitura ρ non può mai superare nel primo passaggio il valore ρ0:
dp : diametro del punzoneD : diametro iniziale del disco di lamiera
Rapporto massimo di imbutitura
pdD
=ρ
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89
Diametro del punzone nei vari passaggi
0ρ=
Dd 1p
90
Diametro del punzone nei vari passaggi
0ρ=
Dd 1p
1
12 ρ
= pp
dd
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91
Diametro del punzone nei vari passaggi
0ρ=
Dd 1p
1
1)(nn ρ
= −pp,
dd
1
12 ρ
= pp
dd
92
Forza di imbutitura per pezzi cilindrici
k : fattore di correzione ˜ 0,4 ÷ 1Y : tensione di snervamentos : spessore della lamiera
Y sd F p ⋅⋅⋅⋅= k π
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93
La curva di formabilità
ε1
ε2
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La curva di formabilità
ε1
ε2
IMBUTITURASTIRAMENTO
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95
La curva di formabilità
ε1
ε2PEZZI SANI
PEZZI DIFETTOSI
96
Sommario della lezione
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
Domande di riepilogo