La foratura dei metalli e delle materie plastiche - Circuitielettronici.It
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<strong>La</strong> <strong>foratura</strong> <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>delle</strong> <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
I Trapani<br />
Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
Il trapano è una macchina utensile, utilizzata per eseguire fori o lavorazioni che<br />
richiedano l'utilizzo di utensili circolari, come ad esempio le punte elicoidali, gli alesatori, le frese a<br />
tazza ecc.<br />
Ne esistono varie versioni tra cui: il girabacchino, il trapano a mano,il trapano elettrico il trapanino<br />
a colonna per piccoli lavori di precisione, ed il trapano sensitivo.<br />
Analizziamo ora brevemente alcuni di questi dispositivi:<br />
Menarola o girabacchino<br />
Strumento per produrre manualmente il movimento<br />
rotatorio; è il prototipo della "biella-manovella" È<br />
composto da un'asta che porta una manopola<br />
eccentrica "manovella". Impugnata l'asta ed<br />
imprimendo alla manopola eccentrica il moto rotatorio<br />
con la mano ed il braccio, che assumono la funzione<br />
della "biella" l'asta compie la rotazione. Tra le prime<br />
applicazioni quella del succhiello per praticare <strong>dei</strong><br />
fori."<br />
Si reputa che questo modestissimo strumento compaia<br />
in Europa attorno al 1420; nella foto è riprodotto forse<br />
l’ultima generazione del girabacchino, di produzione chiaramente moderna, con la grossa<br />
manopola da appoggiare al corpo per esercitare la pressione ed all’altra estremità il mandrino per<br />
inserirvi la punta. Nel mezzo l’impugnatura per far girare la punta.<br />
Trapano a mano o trapano a manovella<br />
Trapano a mano, molto piccolo ed economico, ma<br />
ormai non tanto diffuso dato il successo di trapani<br />
elettrici. Può montare punte fino a 10-13 mm. Lo<br />
ritengo un attrezzo indispensabile averlo a portata di<br />
mano nella cassetta porta attrezzi. Un trapano di<br />
questo tipo permette di forare anche in punti scomodi,<br />
abbastanza facilmente su legno, con qualche difficoltà<br />
su alluminio, con molta più fatica su ferro. Non<br />
necessita di energia elettrica ma solo manuale.<br />
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Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
Trapanino per modellismo<br />
Ha svariati utilizzi, permette di tagliare metallo<br />
leggero, di smussare, levigare, forare, lucidare....nel<br />
modellismo<br />
E' dotato di vari livelli di velocità in base alla scelta<br />
degli utensili che si usano. Esistono diversi e più' o<br />
meno importanti accessori per il trapanino ma quello<br />
che vi serve di più' è un supporto con base che lo fa<br />
diventare un trapano a colonna.<br />
Trapano a batterie<br />
E' di sicuro il più adatto all'hobbista, con<br />
caratteristiche tecniche di notevole interesse quali,<br />
regolazione elettronica della velocità, percussione,<br />
cambio rapido <strong>delle</strong> punte. <strong>La</strong> gamma di trapani a<br />
batteria comprende tensioni da 2,4 a 36 Volt, forniti<br />
con accessori d'uso e adatti ad un utilizzo in ogni<br />
luogo senza bisogno di spine o cavi per l'elettricità.<br />
Dispongono infatti di una batteria interna, a<br />
sostituzione rapida, solitamente alloggiata nella parte<br />
bassa dell'impugnatura e sganciabile con una semplice<br />
pressione laterale, che a seconda della potenza<br />
permette di lavorare per un certo periodo di tempo.<br />
Esaurita la carica si sostituisce la batteria del trapano<br />
scarica con una seconda; contemporaneamente si<br />
mette in carica la prima usando l'apposito alimentatore, che viene sempre fornito in dotazione col<br />
trapano al momento dell'acquisto.<br />
Trapano elettrico portatile<br />
Il trapano elettrico è forse il più diffuso strumento per<br />
l’esecuzione <strong>dei</strong> piccoli lavori, in particolare nella<br />
realizzazione <strong>delle</strong> forature, sia in ambito<br />
professionale sia nel fai da te. L’impegno costante <strong>dei</strong><br />
produttori nello sviluppo di un attrezzo sempre migliore<br />
dal punto di vista <strong>delle</strong> prestazioni ha portato alla<br />
concezione <strong>dei</strong> modelli sempre più leggeri, ergonomici,<br />
sicuri e performanti, che accanto alla funzione classica<br />
della <strong>foratura</strong> associano altre possibilità operative. Avvitare e svitare con sistemi tradizionali ed<br />
evoluti, scalpellare e rompere supporti e materiali, scrostare muri e rivestimenti. Nella scelta del<br />
trapano più idoneo ai propri scopi è sempre consigliabile orientarsi verso modelli leggermente più<br />
potenti del necessario, in modo da evitare il rischio di sovraccarico dello strumento e garantirgli<br />
una soddisfacente durata di vita utile. Per gli operatori professionisti è sempre opportuno dotarsi di<br />
più modelli differenti, da impiegare per le diverse operazioni specifiche, sfruttandone tutte le<br />
performance e aumentando, nel contempo, la qualità del proprio operato.<br />
2
giri/minuto.<br />
Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
Trapano da banco<br />
In genere il trapano da banco è realizzato con particolari<br />
in ghisa o in pressofusione di alluminio, con una base<br />
che serve da appoggio sul banco, una colonna che<br />
supporta una testata. Quasi sempre manca la parte<br />
intermedia detto piano di appoggio lavoro, la base<br />
stessa lo è. L'asse portamandrino è su cuscinetti di<br />
precisione. Il canotto portamandrino con filettatura ha<br />
la possibilità di ospitare pinze di serraggio. Il piano di<br />
lavoro deve essere stabile ed in genere è rettificato.<br />
Caratteristiche tecniche: - Potenza motore 200-400<br />
watt. Tensione 230 V. - Velocità mandrino 1000-5000<br />
Il trapano a colonna<br />
Il trapano a colonna è composto da un basamento sul quale è fissata una colonna, su questa è<br />
applicato il piano di lavoro o tavolino, ovvero una tavola in ghisa dove poter fissare i pezzi da<br />
lavorare, sul piano, è possibile fissare una morsa; il piano può scorrere in senso verticale e ruotare<br />
in senso circolare, il meccanismo di azionamento può essere a cremagliera o idraulico, le versioni<br />
piccole si posizionano su un tavolo da lavoro, quelle grandi hanno il basamento che poggia a terra.<br />
All'estremità superiore della colonna vi è la testata del trapano, cioè un'anima dove vi sono<br />
rinchiusi tutte le parti meccaniche in movimento. Vi è il gruppo cambio velocità che può essere a<br />
cinghie o ad ingranaggi, solitamente la trasmissione a cinghia è utilizzata per trapani con<br />
avanzamento manuale<br />
oppure con punte del Ø<br />
inferiore a 30 mm;<br />
mentre la trasmissione<br />
ad ingranaggi si utilizza<br />
solitamente su trapani<br />
con avanzamento<br />
automatico, oppure la<br />
dove le punte superano il<br />
Ø di 30 mm (questo<br />
perché la trasmissione a<br />
cinghia essendo una<br />
trasmissione che sfrutta<br />
principalmente una<br />
forma di attrito volvente<br />
tende a "slittare" se<br />
sottoposta a carichi<br />
molto alti). Un motore<br />
elettrico genera la forza<br />
motrice trasmessa<br />
tramite cinghia o<br />
ingranaggi al mandrino,<br />
cioè l'albero rotante sul<br />
quale si fissano gli utensili. Il mandrino per muoversi verticalmente è collegato ad una leva posto<br />
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Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
all'esterno della cassa anima, che mosso dall'operatore in senso circolare permette all'utensile di<br />
alzarsi o abbassarsi da cui il nome dì “sensitivo” dato a questo tipo di trapano; l'operatore, infatti,<br />
regola la pressione del braccio sulla leva “sentendo” la resistenza offerta dal materiale alla<br />
penetrazione dell’utensile.<br />
Criteri di scelta <strong>dei</strong> trapani<br />
Più la potenza è elevata più il trapano è efficace. Numerosi modelli sono attrezzati con un sistema<br />
di percussione indispensabile per forare il cemento. L'ideale è di disporre di una macchina a<br />
variatore di velocità che permette di adattare perfettamente la velocità del materiale da forare. Certi<br />
modelli si avvalgono di sistemi complementari: impugnatura laterale con arresto di profondità<br />
graduata, invertitore del senso di rotazione, avviamento progressivo disinnesto elettrico in caso di<br />
sovraccarico, etc.<br />
Ve ne sono disponibili di diverse dimensioni e prezzi e se si ha del posto in cui sistemarlo consiglio<br />
di farci un pensierino sul suo acquisto. Avere un attrezzo capace di effettuare fori di elevata<br />
precisione ed anche inclinati e, da non trascurare, sempre pronto ad essere usato (contrariamente<br />
agli scomodi supporti per i trapani comuni) è una notevole comodità.<br />
Moto di <strong>foratura</strong><br />
Il motore trasmette il suo moto al<br />
mandrino mediante la cinghia che<br />
collega il cono di pulegge posteriore<br />
L, solidale all'albero del motore. al<br />
cono d pulegge di testa M, solidale<br />
all’albero del mandrino.<br />
Si intende per cono di pulegge una<br />
serie di pulegge ai diametro diverso,<br />
ma solidali fra loro e con i<br />
medesimo asse di rotazione.<br />
Variando per mezzo della cinghia I<br />
il collegamento tra due coni di<br />
pulegge M e L variano rapporti tra<br />
i diametri e conseguentemente tra le<br />
velocità dell'albero motore e<br />
dell’albero mosso. Per ogni puleggia<br />
<strong>dei</strong> cono L esistono cinque possibili<br />
collegamenti diversi con il cono M<br />
o quindi cinque diversi rapporti di<br />
velocità.<br />
Le pulegge posteriori e di testa<br />
possono essere scambiate ira loro,<br />
ottenendo cosi un numero doppio di<br />
rapporti. Il motore illustrato possiede un motore a tre velocità, 5 pulegge nella parte posteriore , e 5<br />
nella parte anteriore M della testa motrice. Esso ammette quindi 30 (3 x 5 x 2) diverse velocità del<br />
mandrino.<br />
4
Moto di alimentazione o di avanzamento<br />
Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
Nel trapano sensitivo il moto di<br />
avanzamento dell'utensile nel pezzo<br />
in lavorazione è ottenuto a mano<br />
dall’operatore.<br />
In figura è mostrato in dettaglio<br />
meccanismo che comanda<br />
avanzamento, situato nella testa<br />
porta mandrino.<br />
L’operatore agendo sulla leva N fa<br />
ruotare il rocchetto O che ingrana<br />
con la cremagliera P alla rotazione<br />
del rocchetto corrisponde i moto<br />
rettilineo del cannotto Q e quindi<br />
dall'albero del mandrino M ad essa<br />
solidale. Si impedisce al cannotto di<br />
ruotare assieme all'albero del<br />
mandrino mediante il grano R<br />
fissato alla testa.<br />
Terminata la corsa d'andata la leva<br />
ritorna nella posizione iniziale grazie<br />
a una molla di richiamo.<br />
Esso è dotato di un robusto piano di<br />
appoggio (tavolino) su cui poter<br />
fissare saldamente il pezzo da forare. Il piano può essere alzato o abbassato lungo la colonna e può<br />
essere anche ruotato per eseguire fori inclinati con la massima precisione o per forature di testa.<br />
Il trapano permette di variare la velocità di rotazione a seconda del materiale che si deve<br />
forare.<br />
Punte elicoidali per trapano<br />
Non è sufficiente un trapano di buona qualità per forare qualsiasi cosa. <strong>La</strong> scelta della<br />
giusta punta è fondamentale per ottenere un risultato soddisfacente.<br />
Anche con un moderno trapano d’elevatissima potenza, si possono incontrare grossissime difficoltà<br />
a forare persino materiali apparentemente semplici, se non si usa la punta corretta.<br />
Provate ad utilizzare una punta da acciaio sul legno: si potrebbe pensare che questo tipo di punta,<br />
ideata per un materiale molto più duro e resistente, non incontri alcuna difficoltà su un materiale<br />
come il legno. Al contrario otterrete <strong>dei</strong> fori di pessima qualità, con bordi molto frastagliati, e<br />
“brucerete” in fretta una punta che sull’acciaio lavorerebbe perfettamente come minimo per<br />
centinaia di fori.<br />
Ricordate: ogni punta di trapano è concepita per un diverso materiale e per precisi parametri di<br />
taglio.<br />
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Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
Diversi sono i materiali costituenti, diversi i rivestimenti <strong>delle</strong> punte e i trattamenti superficiali,<br />
diversa la geometria dell’elica per una corretta evacuazione del truciolo e per avere sempre il<br />
corretto angolo di taglio e, soprattutto, sono diversi i parametri da utilizzare per la <strong>foratura</strong><br />
Esistono punte per i trapani che sono utilissime per velocizzare il lavoro, sono anche molto<br />
delicate e bisogna utilizzarle con la giusta accortezza in quanto hanno un discreto costo. Per i lavori<br />
di <strong>foratura</strong> per circuiti stampati invece vi sono micro punte in carburo di tungsteno (widia) 1 .<br />
Composizione e denominazione <strong>delle</strong> punte elicoidali<br />
HSS = acciaio super rapido<br />
HSSCO = acciaio super rapido al cobalto 5%<br />
HSSCO 8 = acciaio super rapido al cobalto 8%<br />
PM HSS = acciaio da polveri super rapido<br />
HM = metallo duro<br />
Tipi di punte elicoidali<br />
I più comuni angoli di punta sono di 118° -120° e di 130°-140°; di solito si utilizza la prima<br />
esecuzione sulle punte di tipo N e H e la seconda su quelle di tipo W e S.<br />
Le punte elicoidali si differenziano tra loro per il tipo di esecuzione e affilatura.<br />
Le esecuzioni principali sono quattro riconoscibili per l'inclinazione dell'elica:<br />
Tipo N Tipo H Tipo W Tipo S<br />
Punta con codolo cilindrico<br />
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Punta con codolo conico (Morse)<br />
Foratura del metallo<br />
Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
Segnare il punto dove va fatto il foro con un punteruolo e<br />
posizionare la punta sull'impronta. Forare con una pressione<br />
regolare.<br />
Lubrificare la punta durante la perforazione: paraffina per il rame, olio per l'acciaio dolce,<br />
acquaragia per l'alluminio, salvo per i buchi di piccolo diametro (fino a 5mm).<br />
Per i buchi spessi, al fine della <strong>foratura</strong>, diminuire la pressione affinché si eviti che la punta si<br />
blocchi al momento dell'uscita. Per evitare le sbavature, mettere una zeppa di legno sotto la<br />
lamiera.<br />
Foratura materiali plastici<br />
Per forare la plastica si può utilizzare le punte per legno o mecchie. Il foro<br />
viene più preciso. Fate attenzione ai materiali plastici caricati a vetroresina che<br />
rovinano le punte da legno e le mecchie.<br />
Penso si riesca bene anche con punte da ferro. Unico accorgimento con la<br />
plastica, la velocità, per evitare di fonderla !<br />
Foratura circuiti stampati<br />
<strong>La</strong> <strong>foratura</strong> viene fatta in corrispondenza <strong>delle</strong> apposite piazzole possibilmente ad alta velocità. Il<br />
diametro <strong>delle</strong> punte normalmente usate è di 0,8 mm (o anche 1 mm, più facile da trovare anche<br />
se un po' troppo grandi per un impiego generico). Ottime quelle da 0,6 mm per i circuiti integrati, e<br />
quelle da 1,3 mm (o anche 1,5 mm) per i componenti di grosse dimensioni. Naturalmente il<br />
diametro della piazzola deve essere adeguato al foro che si intende fare.<br />
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Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
Esistono punte apposite al carburo di tungsteno o in altri materiali particolarmente duri,<br />
caratterizzate da un angolo di spoglia di 100-110°; essendo molto fragili, sono adatte<br />
solo con trapani di precisione da banco. Sono piuttosto costose (anche 5 o 6 euro l'una).<br />
Se si usa un trapanino per modellismo, a mano meglio usare le normali punte HSS per<br />
<strong>metalli</strong> anche se durano per solo un centinaio di fori o<br />
poco più con basette in bachelite o addirittura meno se lo<br />
stampato è in fibra di vetro: dopo infatti perdono il filo,<br />
rovinando eccessivamente il foro e la piazzola. In<br />
compenso si trovano ovunque e costano poco.<br />
Al fine di favorire la centratura della punta vi consiglio vivamente durante il disegno del master di<br />
indicare con un piccolo foro nel rame al centro della piazzola: non c'è nulla di più incontrollabile di<br />
una punta dal diametro di 0,6 mm che ruota a 10.000 giri. <strong>La</strong> cosa è semplice solo se per il disegno<br />
si usa un CAD oppure i trasferibili. Nel caso in cui non sia segnato il punto in cui forare si può<br />
procedere con una leggerissima bulinatura.<br />
Foratura vetroresina<br />
Vanno bene con le punte da legno con centrante e 2 taglienti. Se si deve fare un lavoro perfetto<br />
consiglio di cominciare con una punta di 1mm più grande rispetto al foro da fare.<br />
Fare pochissima pressione in modo che i due taglienti "fresino" il<br />
gelcoat 2 polverizzandolo anziché romperlo, forato il gelcoat, sostituire<br />
la punta con quella del diametro giusto e perforare la vetroresina<br />
In questo modo, anche se forando a mano non si starà sempre<br />
perfettamente in asse, la punta non forzerà lateralmente il gelcoat,<br />
quindi non lo scheggerà. Per i fori grandi oltre i 15 mm, esistono <strong>delle</strong><br />
"tazze" a lama molto affilata (non seghettata) con 2 taglienti interni e<br />
centrante, che forano con assoluta precisione. Naturalmente sotto alla<br />
vetroresina (ovvero dall'altra parte) bisogna mettere in compressione un<br />
pezzo di legno, in modo che la fresa non "sfondi" prima di aver<br />
asportato tutto il materiale del foro.<br />
Foratura Vetro<br />
Forare il vetro e' un lavoro che spesso si ritiene riservato a tecnici<br />
dotati di competenze particolari.<br />
Si tratta, invece, di una operazione molto semplice da compiere,<br />
se non si dimentica la fragilità del materiale da trattare e quindi si agisce con una certa cautela.<br />
Acquisendo queste tecniche e' possibile forare da soli vetri di finestre, applicare ventole e realizzare<br />
molti altri interventi.<br />
Per forare una lastra di vetro realizzate, introno alla zona in cui andrà praticato il foro, un piccolo<br />
argine di stucco. Ossia, un circolo di stucco come si farebbe per la farina quando ci si mette dentro<br />
le uova. Versate all'interno dell'argine una certa quantità' di petrolio o di trielina in modo che si<br />
formi uno strato di un paio di millimetri. <strong>La</strong> sostanza impedirà' la rotture durante la fase di <strong>foratura</strong>.<br />
Prendete un trapanino e con una punta a lancia, specifica per vetro, e senza premere, praticate il<br />
foro.<br />
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Foratura materiali acrilici<br />
Va fatta con normali punte elicoidali per metallo ben affilate a circa 110°.<br />
Le velocità di taglio ottime sono le seguente:<br />
Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
diametro mm. 1.6 giri/minuto 7000<br />
diametro mm. 6.35 giri/minuto 1800<br />
diametro mm.12.70 giri/minuto 900<br />
Per evitare rotture quando la punta emerge dalla parte opposta occorre fare<br />
scendere il trapano molto lentamente in modo di ridurre l’effetto succhiante<br />
della punta entro lo spessore del tubo. Per fare ciò è bene usare un trapano con<br />
avanzamento comandato manualmente per potere controllare un eventuale<br />
surriscaldamento. E’ comunque consigliabile lubrificare con acqua o olio. Per<br />
praticare fori di grandi dimensioni sono indicate le frese circolari a tazza.<br />
Affilatura <strong>delle</strong> punte elicoidali<br />
Angolo affilatura acciaio Angolo affilatura alluminio Angolo affilatura lamiere<br />
Calcolo della velocità di rotazione della punta elicoidale (numero giri)<br />
1000 x Vt<br />
n = ----------------------------- giri al minuto<br />
Diametro Punta x 3,14<br />
9
Dove:<br />
n= numero giri<br />
Vt=velocità di taglio<br />
Velocità di taglio ( Vt )<br />
Foratura <strong>dei</strong> <strong>metalli</strong> e <strong>materie</strong> <strong>plastiche</strong><br />
Per la scelta della velocità di taglio, vale generalmente il seguente principio: la velocità può essere<br />
tanto più elevata quanto più dolce è il materiale. A parte questa massima generale, i dati<br />
sperimentali consentono di scegliere caso per caso la velocità conveniente.<br />
Con utensili di acciaio super rapido ( HSS ), e per i materiali di interesse del modellista, si possono<br />
adottare i seguenti valori (in metri al minuto primo):<br />
Acciaio dolce 45÷50 m/minuto<br />
Acciaio duro 18÷20 m/minuto<br />
Acciaio inox 7÷12 m/minuto<br />
Ghisa 20÷22 m/minuto<br />
Ottone per viteria Fino a 120 m/minuto<br />
Ottone 100÷110 m/minuto<br />
Bronzo 90÷100 m/minuto<br />
Alluminio 300÷350 m/minuto<br />
Alluminio tenace Fino a 160 m/minuto<br />
Titanio 30 ÷40 m/minuto<br />
Materie <strong>plastiche</strong> 90 ÷120 m/minuto<br />
Riferimenti:<br />
http://www.punte.eu/punte_x_ottone_bronzo_e_materiali_sintetici.htm<br />
http://www.aspeterpan.com/survival/fdt101.htm<br />
http://www.ellizerboni.it/ellizerboni/site/index.cfm?event=Home<br />
1 WIDIA = S.: Stellite. Combinazione di tungsteno, carbonio, cobalto e titanio: è un metallo molto duro (può essere<br />
lavorato solo con le mole) e pesante: in orologeria è impiegato per la parte periferica del rotore.<br />
2 Gelcoat = è una sostanza a base di resina poliestere che si usa per la verniciatura della vetroresina. Il Gelcoat rende<br />
impermeabile la vetroresina e ne garantisce la resistenza agli agenti atmosferici ed all'acqua.<br />
Ricfed<br />
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