FLUIDI DA TAGLIO Il calore che si sviluppa durante l`asportazione di

Classe 4^ - Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 2: Taglio dei metalli - Fluidi da taglio
FLUIDI DA TAGLIO
Il calore che si sviluppa durante l’asportazione di truciolo é causato da:
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lavoro di deformazione del materiale
lavoro di attrito
1) Il calore dovuto alla deformazione dipende dalle caratteristiche meccaniche del materiale, in
particolare dagli attriti interni, dall’elasticità, dalla durezza ...
2) Il calore dovuto all’attrito é provocato dallo scorrimento del truciolo sul petto dell’utensile e
dallo strisciamento dello spigolo tagliente sulla superficie del pezzo. Esso dipende quindi
dall’angolo di spoglia superiore, dalla levigatezza della faccia da taglio e dalla natura del
materiale.
In conseguenza del calore si ha:
a) aumento della temperatura del pezzo con conseguente alterazione della forma (e quindi delle
dimensioni) e della struttura cristallina (e quindi delle caratteristiche meccaniche
superficiali);
b) aumento della temperatura dell’utensile con conseguente diminuzione della durezza
dell’utensile e relativo consumo del tagliente.
Influenza della temperatura nell’asportazione di truciolo
La maggior parte dell’energia necessaria all’asportazione di truciolo
si trasforma in calore, in particolare in tre aree principali.
1) Zona di deformazione del materiale
E’ il calore che determina la temperatura del truciolo (circa 200 °C).
2) Zona di strisciamento sul fianco dell’utensile
E’ il calore che determina la temperatura del pezzo in lavorazione e
l’usura sul fianco dell’utensile (circa 800 °C).
3) Zona di strisciamento sul petto dell’utensile
E’ il calore che determinerà la temperatura dell’utensile e, in
parte, la temperatura del truciolo; é inoltre causa dell’usura per
craterizzazione (circa 1000 °C).
La figura a sinistra indica l’andamento della temperatura sulle
zone interessate dallo sviluppo del calore. La temperatura più alta si
riscontra sul petto dell’utensile, in una zona arretrata rispetto alla
punta dello stesso.
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Osservando il grafico a destra, possiamo notare che
la variazione della velocità di taglio non influenza la
temperatura del pezzo e dei trucioli, mentre tende a far
aumentare considerevolmente la temperatura del
tagliente. La quantità maggiore di calore viene asportata
dai trucioli.
E’ indispensabile adottare particolari accorgimenti
per ridurre il calore, in particolare:
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Ridurre l’attrito tra l’utensile ed il pezzo
Allontanare il calore dalla zona dove avviene la
lavorazione
Prolungare la “vita” dell’utensile (tagliente)
Ottenere la qualità richiesta della superficie lavorata
Oltre che adottare angoli di spoglia e levigare accuratamente il petto dell’utensile, si limita il
calore, cercando di ottenere quanto sopra indicato, ricorrendo a fluidi da taglio che agiscono da
raffreddanti o da lubrificanti.
Requisiti dei fluidi
I fluidi devono possedere:
a) massima capacità lubrificante
- ottima viscosità (basso attrito interno, buona scorrevolezza)
- alta adesività (mantenimento del velo fluido anche a pressioni elevate)
b) buona capacità refrigerante
- elevata conducibilità termica
- elevato calore specifico
c) buona capacità antiruggine (per proteggere il pezzo dalla corrosione)
d) attitudine a trasportare i trucioli (per allontanarli dalla faccia di taglio)
e) sufficiente trasparenza (per rendere visibile la zona di lavoro)
f) inalterabilità nel tempo (per non perdere le proprie caratteristiche)
g) assenza di sostanze nocive (per l’operatore e per il pezzo)
h) bassa volatilità (tendenza a passare allo stato di vapore creando nocive esalazioni)
i) altissimo potere emulsionabile (cioé miscibili coi liquidi mantenendo omogeneità costante)
j) alto punto d’infiammabilità (per poter resistere alle alte temperature generate da alte velocità
di taglio)
Non esistono oli che posseggono tutte le suddette proprietà. Si hanno piuttosto oli con potere
lubrificante ed oli con potere refrigerante.
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Extreme Pressure (EP)
La proprietà “Estreme Pressure” consente la formazione di un sottile strato (film) ad elevata
capacità lubrificante, formato da una reazione chimica tra il lubrificante ed il materiale a contatto in
condizioni di elevata pressione. Il film così formato è in grado di impedire anche la formazione del
tagliente di riporto, cioè la saldatura tra utensile e truciolo.
Classificazione dei fluidi
I fluidi si possono suddividere in due grandi categorie:
1) Oli da taglio veri e propri
Sono oli minerali additivati con sostanze dotate di untuosità o di proprietà EP.
Essi hanno il compito principale di lubrificare e di proteggere dall’ossidazione il pezzo in
lavorazione. La capacità refrigerante é secondaria.
Sono più adatti per lavori di finitura in cui, a causa delle elevate velocità di taglio, il calore
dovuto all’attrito é preponderante.
2) Oli emulsionabili
Sono oli costituiti da acqua, olio, additivi. Gli additivi hanno la funzione di favorire la
formazione di emulsioni olio-acqua e sono stabilizzanti. Le emulsioni ottente hanno colore
lattescente, opaco.
Gli oli emulsionanti hanno il compito principale di refrigerare. Vengono infatti impiegati
miscelati con acqua. La capacità lubrificante ed antiruggine é secondaria.
Sono più adatti per lavori di sgrossatura in cui, essendo elevate le sezioni di truciolo, il calore
dovuto alla deformazione é notevole.
Norme d’impiego secondo la natura del materiale
Ghise grigie: lavorazione a secco. Le ghise infatti contengono grafite che é già lubrificante.
L’uso di lubrificante creerebbe una poltiglia.
Leghe ultraleggere: lavorazione a secco. Non si devono utilizzare soluzioni acquose perché
l’ossigeno dell’acqua insieme al magnesio ed all’alluminio provocherebbe l’accensione dei
trucioli.
Materiali a truciolo lungo (acciai dolci, rame, ottone ...). E’ consigliabile la lavorazione con oli
lubrificanti per consentire l’allontanamento del truciolo.
Materiali a truciolo corto (acciai a medio ed alto tenore di carbonio ...). E’ consigliabile la
lavorazione con oli lubrificanti e refrigeranti.
Limiti dei fluidi di taglio e tendenze costruttive
L’uso dei fluidi da taglio, utilizzati inondando abbondantemente l’area in lavorazione,
determina problematiche sia per quanto riguarda l’igiene dell’ambiente di lavoro che lo smaltimento
dei fluidi esausti.
I fluidi utilizzati nelle lavorazioni per asportazione di truciolo, a causa delle ripetute fasi di
riscaldamento-raffreddamento, danneggiano gli utensili. Da ciò la necessità di utilizzare utensili
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aventi elevata resistenza all’usura alle alte temperature senza l’impiego di fluidi lubrorefrigeranti,
come lo sono i metalli duri rivestiti ed i materiali ceramici. Gli additivi, utilizzati per migliorare le
proprietà lubrificanti degli oli emulsionanti, formano inoltre sostanze che sono nocive per i
lavoratori e, nello stesso tempo, costituiscono un composto inquinante da smaltire.
La ricerca di fluidi che abbiano minor impatto ambientale e riducano i costi di lavorazione, ha
portato all’utilizzo di un getto spray, cioè di un piccolo meato d’olio iniettato ad alta pressione nel
punto di contatto tra utensile e pezzo. Tale tecnologia è detta “Lubrificazione minimale” (LM) per
il ridottissimo consumo di lubrificante.
Si ha:
Lubrificazione tradizionale: 300 l/h di emulsione oleosa al 3%
Lubrificazione minimale: 10 ml/h ÷ 500 ml/h di olio nebulizzato in aria fredda.
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Sistemi di lubrificazione minimale (aria-olio)
La lubrificazione aria-olio è una tecnologia
recente che si affianca agli altri sistemi di
raffreddamento utensili e garantisce rispetto
dell’ambiente e riduzione dei costi di gestione
dei fluidi refrigeranti.
Grazie al metodo della lubrificazione
minimale si ottiene un’efficace lubrificazione
del processo di truciolatura utilizzando minime
quantità di olio. Si ottengono quindi sia un
aumento della produttività attraverso maggiore
velocità di taglio che una maggiore durata degli
utensili ed un risparmio di sostanze lubrificanti
all’interno del processo.
In questo modo la lubrificazione minimale
contribuisce efficacemente alla salvaguardia dell’ambiente e riduce in maniera significativa i
costi di processo.
Un sistema di lubrificazione minimale ha il compito di erogare minuscole quantità di lubrificante
nel punto attivo tra utensile e pezzo in lavorazione quando si tratta di operazioni di taglio o di nontaglio. La lubrificazione viene realizzata mediante un aerosol formato da goccioline di olio
nebulizzate. La lubrificazione minimale (LM) può essere erogata all’utensile o al pezzo in
lavorazione in due modi, interno o esterno:
1) Con il metodo della lubrificazione interna,
l’aria compressa o l’aerosol vengono applicati
attraverso il mandrino, il porta utensile e
l’utensile, direttamente nel punto tra utensile e
pezzo in lavorazione.
2) Con la lubrificazione minimale esterna,
l’aerosol viene erogato al punto di
lubrificazione dall’esterno, attraverso degli
ugelli.
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Funzionamento
AIR LUBROCOLD fornisce un flusso continuo d’aria fredda (a temperatura regolabile)
arricchito da micro-iniezioni cicliche di olio (anch’esse regolabili) che provvedono a raffreddare e
contemporaneamente a lubrificare l’utensile in lavorazione.
Centralina
La lubrificazione minimale viene realizzata con una
centralina costituita da:
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Un serbatoio contenente da 1 a 3 litri di olio
pressurizzato;
Una pompa per l’iniezione dell’olio;
I gruppi di alimentazione costituiti da una o più
linee d’aria;
Gli ugelli terminali aria-olio nei quali avviene
la miscelazione e la formazione del getto
spray, con l’aria e l’olio ivi portati da due
condotti separati e che si uniscono in una
camera di miscelazione.
Nell’immagine è la centralina
Magugliani (Busto Arsizio).
Air Lubrocold di
Caratteristiche tecniche
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Temperatura aria regolabile da temperatura ambiente fino a 0°C
Portata olio regolabile da 0 a 30 mm3 ogni ciclo di iniezione
Tempo ciclico di iniezione regolabile da meno di un secondo ad oltre un minuto
Consumo aria compressa: 250 Nlitri/min a 5,5 BAR (una uscita) 450 Nlitri/min a 5,5 BAR
(due uscite)
Vantaggi
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velocità di taglio elevate
lunga durata dell’utensile
niente shock termici
qualità dei pezzi lavorati, pressoché puliti a fine lavorazione
lavorazioni esenti da fumi e vapori
rispetto dell’ambiente, questo sistema non produce nebulizzazione
nessuna gestione di emulsioni nella vasca
economia di lubrificante
niente schizzi di liquidi, ottima visibilità durante le lavorazioni
riciclaggio dei trucioli privi di residui oleosi
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