TM PARTE II CAP 2.pdf - Dimeca

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TM PARTE II CAP 2.pdf - Dimeca

C A P I T O L O 2

F O R A T U R A

La foratura è una lavorazione destinata alla realizzazione di fori; gli utensili per essa impiegati

vengono comunemente detti "punte" e le macchine vengono denominate "trapani".

In questa lavorazione (fig.2.1), il moto di taglio è rotatorio ed è posseduto dall'utensile,

mentre il moto di alimentazione può essere posseduto dall'utensile o dal pezzo. I moti di registrazione

possono anch'essi essere posseduti dall'utensile o dal pezzo.

ω t

Va

Fig. 2.1

2.1 UTENSILI PER FORARE

Gli utensili, o punte, per forare hanno forma cilindrica lavorata opportunamente, onde poter

ricavare sia i taglienti per asportare il truciolo, sia delle scanalature per l'evacuazione dello

stesso dalla zona di lavoro e l'adduzione del fluido refrigerante.

Gli utensili per forare si distinguono in diversi tipi secondo le lavorazioni cui sono destinati.

Ci si limiterà qui di seguito a considerare quelli di più frequente impiego; si possono avere:

- PUNTA A LANCIA (fig. 2.2), possiede due taglienti disposti simmetricamente rispetto a un

asse e viene adoperata per lavorazioni a mano o per l'esecuzione di fori molto piccoli su materiali

ad elevata durezza

Fig. 2.2


- PUNTA ELICOIDALE, è la punta più largamente adoperata. Ha la forma di un cilindro (fig.

2.3) costituito tutto o in parte da materiale da utensile, troncato ad una estremità, che sarà la

parte tagliente, e terminante all'altra estremità con un codolo, cilindrico oppure conico, che

serve a fissarlo al mandrino del trapano. Il codolo termina con un nasello che agevola la rimozione

dell'utensile dal mandrino. Nella zona compresa fra l'estremità tagliente ed il codolo

vengono ricavate due scanalature elicoidali, una per ogni tagliente, che servono per

l'evacuazione del truciolo. Questo utensile verrà esaminato più dettagliatamente nel paragrafo

successivo.

Fig. 2.3

- PUNTA MONOTAGLIENTE (Fig. 2.5), è abbastanza robusta e adatta soprattutto per la esecuzione

di fori profondi. Esiste una sola scanalatura ad asse rettilineo, la cui intersezione con la

superficie di troncatura di una delle due estremità dà origine ad un solo tagliente

Fig. 2.4

- PUNTA DENUCLEATRICE (Fig. 2.5), anch'essa abbastanza robusta ed adatta per fori passanti

di grande diametro (> 100 mm) di lunghezza discreta (~300 mm).

Fig. 2.5.

2.1.1 PUNTA ELICOIDALE

Osservando la fig. 2.6, si nota che l'estremità della punta è troncata con due superfici appartenenti

a due coni uguali i cui assi si incontrano in un punto appartenente all'asse

dell'utensile.

L'intersezione delle superfici coniche di troncatura con le superfici dei solchi elicoidali praticati

sul cilindro dà luogo ai due taglienti.


Nella stessa figura è riportata una vista della punta elicoidale secondo il proprio asse e dalla

parte dei taglienti. In essa si nota un piccolo segmento (O'O") che è la traccia del nocciolo,

ottenuto con un'ulteriore troncatura della punta per eliminare lo spigolo d'estremità.

Il segmento O'A' rappresenta il tagliente appartenente alla superficie conica di vertice V 1 ,

mentre il segmento O"A" rappresenta il tagliente appartenente alla superficie conica di vertice

V 2 . I due tratti A'B' e A"B" rappresentano i colletti, che si ricavano spianando una parte della

superficie elicoidale esterna ed assolvono alla funzione di guidare la punta nel foro. Le due zone

indicate con F 1 e F 2 sono le proiezioni delle superficie dei coni di intersezione. Le due zone

indicate con E 1 e E 2 rappresentano le viste dei due solchi elicoidali.

V1

V2

ϕ

A''

B''

E2

F2

O'

O''

E1

F1

A'

B'

Fig. 2.6

L'angolo ϕ formato dalle generatrici dei coni può variare da un minimo di 80˚ ad un

massimo di 140˚. Nella tabella successiva sono riportati i valori dell'angolo ϕ consigliato per

diversi materiali da forare.


Valori dell'angolo ϕ per diversi materiali da forare.

Alluminio

100˚ ÷ 140˚

Acciai al Ni e Ni-Cr

118˚

Acciai non legati

118˚

Materiali duri (marmo, ecc.)

80˚

Oltre gli angoli visti precedentemente, vi sono anche in queste punte gli angoli caratteristici

di ogni utensile per il taglio dei metalli, cioè l'angolo α di spoglia inferiore, l'angolo γ di

spoglia superiore e l'angolo di taglio β.

In prima approssimazione, questi angoli possono essere individuati considerando la fig. 2.7,

che mostra come una punta elicoidale, nella sua parte tagliente, possa essere riguardata come un

utensile da tornio.

Il petto è costituito dalla superficie elicoidale ed è la parte su cui si svolge il truciolo, mentre

il fianco principale è costituito dalla superficie conica di troncatura. L'intersezione di queste due

superfici forma il tagliente principale. Un piano parallelo all'asse della punta e contenente il

tagliente formerebbe con la superficie elicoidale, svolta sul piano, l'angolo di spoglia superiore

γ ; similmente, un piano normale al precedente formerebbe con la superficie conica un angolo

che si può assimilare all'angolo di spoglia inferiore α. Il complemento a 90˚ di questi due

angoli è l'angolo di taglio β.

Fig. 2.7

Per determinare gli angoli della sezione normale α, β e γ , è opportuno riferirsi alla fig.2.8.

L’utensile è stato sezionato con un cilindro, coassiale alla punta stessa, di diametro D 1

qualunque, compreso fra D, diametro della punta, ed e, diametro del nocciolo. Il cilindro di

sezione incontrerà il tagliente nel punto P 1 la superficie conica secondo la curva P 1 C 1 e la superficie

elicoidale secondo un’elica, non visibile nella figura. Svolgendo il cilindro su un piano

e ribaltandolo, si notano: il segmento P 1 E 1 (elica svolta su un piano), che rappresenta il petto

dell’utensile e la curva P 1 C’ 1 (conica P 1 C 1 svolta su un piano) che rappresenta il dorso dell’utensile.

Conducendo per il punto P 1 la semiretta P 1 N 1 normale alla generatrice P 1 G 1 del cilindro di

sezione, si possono individuare gli angoli α, β e γ della sezione normale.

L'angolo γ sarà formato dalla traccia dell'elica intersezione con la generatrice del cilindro.


V1.

C1

C2

P1

P2

G1

γ1

Ε1

β1

P1

G2

P2

γ2

P'1 .

P'2.

Ε2

C'1

β2

α1

C'2

e

D1

D2

D

N1

α2

N2

Fig.2.8

Per la determinazione dell'angolo α si deve procedere ad un piccolo artificio. Come si vede,

questo angolo cresce con continuità dal punto P 1 verso l'esterno ed è nullo proprio in P 1 , in

quanto la normale P 1 N 1 è la tangente alla curva P 1 C 1 (e quindi P 1 C’ 1 ) nel punto P 1 (si dice infatti

che le punte elicoidali hanno spoglia inferiore apparente nulla).L'artificio cui avevamo accennato

consiste in questo: si sceglie un punto P' 1 molto prossimo a P 1 ed appartenente alla

superficie conica; si confonde la tangente alla curva P 1 C 1 nel punto P con la secante P 1 P' 1;

l'angolo formato dalla secante P 1 P' 1 con la normale P 1 N 1 viene assunto come angolo di

spoglia inferiore α.

L'angolo di taglio β sarà, al solito, il complemento a 90˚ degli altri due.

Operando in tal modo, abbiamo ricavato gli angoli caratteristici nel punto P 1 , ma tali angoli

variano al variare del diametro del cilindro di sezione.

Consideriamo infatti la sezione effettuata con un altro cilindro di diametro D 2 (>D 1 );

quest'ultimo incontrerà il tagliente nel puntoP 2 , la superficie conica secondo la curva P 2 C 2 e la


superficie elicoidale secondo la retta P 2 N 2. L'angolo di spoglia superiore γ 2, risulterà maggiore

di γ 1 come è dimostrato nella fig. 2.9.

γ1

p

γ2

δ2

δ1

πD1

π D2

Fig. 2.9

Infatti, γ è il complemento a 90˚ dell'angolo di inclinazione dell'elica δ. Aumentando il diametro

del cilindro di sezione, il suo sviluppo passa da πD 1 a πD 2 , mentre il passo dell'elica

resta ovviamente costante. Quindi, come si vede, l'angolo di inclinazione dell'elica diminuisce

mentre l'angolo γ aumenta.

L'angolo di spoglia inferiore α2 risulterà minore di α1. Infatti la curva P 2 C 2 , intersezione del

cilindro di diametro D 2 con la superficie conica, risulterà più "appiattita" e più "abbattuta" verso

la normale P 2 N 2 rispetto alla curva P 1 C 1 . Ciò perché la superficie cilindrica di diametro D 2

incontra la stessa superficie conica ad una distanza maggiore dal vertice rispetto alla superficie

di diametro D 1 . Al limite, se il diametro del cilindro di sezione fosse di valore infinito, la curva

P 2 C 2 coinciderebbe con la normale P 2 N 2 .

In definitiva, scegliendo un punto P' 2 alla stessa distanza dal tagliente di P' 1 , risulta un angolo

α2 minore di α1.

C'è anche da osservare, e si potrebbe dimostrare, che la quantità di cui diminuisce α è

minore della quantità di cui aumenta γ ; ciò comporta che l'angolo β2 risulta minore di β1.

Se si considera che la velocità di taglio aumenta dal centro alla periferia del tagliente, si deduce

che lì dove sono più severe sono le azioni di taglio, la sezione resistente dell'utensile, individuata

dall'angolo β, risulta la più piccola. E' proprio in questi punti che la punta si usurerà

più rapidamente.

E' questo un difetto intrinseco delle punte elicoidali proprio per le modalità con cui sono costruite,

al quale si pone rimedio in sede di affilatura.

CLASSIFICAZIONE DELLE PUNTE ELICOIDALI

Esistono diversi metodi per classificare le punte elicoidali, uno di questi fa riferimento al

modo in cui sono ottenute le scanalature elicoidali. Si potranno così avere (fig. 2.10):

a) punta ad elica fresata

b) punta ad elica ritorta

Fig. 2.10.


La prima si ottiene partendo da una barra cilindrica e ricavando per fresatura le scanalature

elicoidali. In tal modo si interrompe la continuità dei grani cristallini, facendo scadere la resistenza

dell'utensile. La seconda viene ottenuta torcendo a caldo una barra cilindrica e,

similmente al tipo precedente, ricavando per fresatura i solchi elicoidali, senza quindi

interrompere la continuità di grani, rendendo così l'utensile più resistente rispetto a quello

precedente.

Con questo secondo tipo di utensile è anche possibile ricavare, prima della torsione a caldo,

due fori che consentono d'inviare nella zona di taglio un fluido lubrorefrigerante che verrà poi

evacuato insieme al truciolo.

2.1.2. PUNTA MONOTAGLIENTE

Un altro tipo di utensile che trova una discreta applicazione, soprattutto nell'esecuzione di

fori profondi (L > 50D), è la punta monotagliente.

E' sempre, ovviamente, a forma cilindrica, però l'evacuazione del truciolo avviene lungo

una scanalatura parallela all'asse del cilindro stesso (Fig. 2.11) ∗ , mentre la troncatura fatta alla

estremità per ricavare il tagliente può essere di forma diversa.

Fig. 2.11

La punta monotagliente possiede quindi un solo tagliente e presenta le seguenti particolarità

che, per certi versi, la rendono preferibile alla punta elicoidale:

- è meglio guidata nel foro per la presenza dei tre colletti, disposti a 120˚;

- nelle forature profonde un utensile si comporta come un solido sottile caricato di punta,

e, come si sa, in tale tipo di sollecitazione la sezione resistente dovrà risultare ben

maggiore di quella di un elemento sottoposto a trazione con valore uguale delle sollecitazioni.

A tali requisiti risponde meglio la punta monotagliente, che presenta una

sezione resistente corrispondente al diametro esterno, depurata dell'aliquota corrispondente

alla scanalatura; mentre nella punta elicoidale tale sezione è limitata a quella corrispondente

al nocciolo;

- in tale utensile riesce abbastanza agevole praticare un foro parallelo all'asse per la

lubrorefrigerazione, il che nelle punte elicoidali è possibile solo per punte ad elica ritorta,

che però presentano un costo maggiore;

- la stessa geometria di questo utensile garantisce un aumento dell'angolo di taglio dal

centro verso la periferia, come si può facilmente dedurre dalla fig. 2.12, contrariamente

a quanto avviene nella punta elicoidale.

Per contro, la punta elicoidale possiede una capacità di asportazione di truciolo maggiore

della punta monotagliente proprio perché quest'ultima lavora con un solo tagliente e non con

due come la precedente.

∗ Vedi anche Fig. 2.4.


P1 P2 γ=0 P1 γ=0

P2

ω t

β 1

β 2

α 1

α 2

Fig. 2.12

2.1.3. PUNTA DENUCLEATRICE

Le punte denucleatrici sono utensili adoperati per fori passanti di diametro > 100 mm. Sono

formate (fig. 2.13) ∗ da una testa cava, su cui sono fissati una serie di utensili disposti circonferenzialmente,

e da un tubo di guida. I taglienti sono a forma trapezoidale e hanno lunghezza

via via crescente sporgendo sempre per una certa quantità verso l'interno e verso l'esterno della

testa. Durante la rotazione gli utensili tagliano una corona anulare lasciando intatto un nucleo

centrale; ogni tagliente è seguito da un utensile finitore.

La punta denucleatrice è particolarmente indicata per forature di diametri discreti su materiali

abbastanza resistenti. Infatti lo sforzo di taglio non risulterà, come per i precedenti utensili,

dalla sezione totale di truciolo asportato, ma sarà dovuto solamente alla piccola corona che viene

impegnata dai taglienti.

∗ Vedi anche Fig.2.5.

Fig. 2.13


2.3. AFFILATURA DELLE PUNTE ELICOIDALI

In quanto segue ci si occuperà esclusivamente della affilatura delle punte elicoidali, che

presentano problemi particolari e conducono quindi a procedure relativamente complicate. Fra i

molti metodi adoperati per l'affilatura di questi utensili, non verranno presi in considerazione

quelli che vengono eseguiti su affilatrici universali, essendo ormai in disuso, perché non

conducono a risultati apprezzabili di precisione e di tempo totale richiesto per l'operazione.

Verranno illustrati invece quei metodi che richiedono affilatrici appositamente concepite e che

sono, in definitiva, più largamente adoperati nella pratica corrente.

Nell'operazione di affilatura, la punta e la mola compiono certi movimenti relativi, in modo

da ottenere la forma richiesta della parte tagliente dell'utensile. Il numero di questi moti relativi

varia a seconda del metodo di affilatura e della forma della mola. I movimenti relativi possono

essere compiuti dalla punta, dalla mola o contemporaneamente da entrambi.

Vengono esaminati i seguenti metodi:

affilatura conica

affilatura planetaria

affilatura ad elica

affilatura ad elica complessa.

Nell'affilatura conica (Fig. 2.14), la punta ruota intorno ad un asse I-I, che risulta inclinato

dell'angolo di semiapertura del cono cui appartiene la faccetta di affilatura, mentre la mola ruota

intorno ad un asse parallelo alla generatrice del cono di asse I-I. Questo metodo non attenua

l'inconveniente della diminuzione dell'angolo di taglio β verso la periferia. L'operazione di

affilatura dovrà essere effettuata separatamente per i due taglienti, correndo così il rischio di una

affilatura asimmetrica.

I

δ

I

Fig. 2.14. Affilatura conica.

Quest’ultimo inconveniente è superato con l'affilatura planetaria (Fig. 2.15), in cui l'utensile

non solo ruota intorno all'asse I-I, ma anche intorno al proprio asse. Il cono di asse I-I è

descritto con moto rotatorio alternativo, in modo che i due taglienti, che si alternano davanti alla

mola, vengono affilati senza spostare la punta, assicurando così la perfetta centratura.


I

II

II

I

Fig. 2.15. Affilatura planetaria.

Nell'affilatura ad elica (Fig. 2.16), alla punta vengono assegnati tre moti: una rotazione intorno

al proprio asse, un moto di traslazione parallelo ed un moto di traslazione normale al

proprio asse. Come si vede, le posizioni relative della mola rispetto alle faccette di affilatura

sono tali da asportare una quantità di materiale minore verso la periferia del tagliente. Come’è

intuitivo, ciò comporta una diminuzione ancora maggiore dell'angolo di spoglia inferiore verso

l'estremità del tagliente. I vari moti sono correlati fra loro in modo che per ogni giro della punta

vengono compiuti due cicli di moto traslatorio relativo. Così facendo, la mola lavorerà entrambe

le faccette di affilatura alternativamente.

Fig. 2.16. Affilatura ad elica.


L'affilatura ad elica complessa (Fig. 2.17) prevede un movimento rotatorio della punta

intorno al proprio asse, un moto di avanzamento lungo il proprio asse ed un moto rotatorio

della punta intorno ad un asse perpendicolare all'asse della punta. Quest'ultimo movimento,

riducendo con continuità l'angolo fra la mola e la punta, aumenta la profondità di passata verso

il centro, ottenendo gli stessi effetti dell'affilatura precedente. I moti relativi fra punta e mola

sono correlati in modo tale che, per ogni giro intorno all'asse della punta, si hanno due cicli

completi degli altri moti, sì da lavorare con continuità entrambe le faccette di affilatura.

asse di

rotazione

.

Fig. 2.17. Affilatura ad elica complessa.

DIFETTI DERIVANTI DA AFFILATURA ASIMMETRICA

Se dalle faccette non si asporta la stessa quantità di truciolo, si può giungere ad una situazione

simile a quella schematizzata nella figura 2.18.

A'

A

D'

D

B

B'

C'

C


Fig. 2.18. Affilatura asimmetrica.

Come si vede, l'intersezione del prolungamento dei due taglienti (le generatrici dei due coni

di affilatura) si sposta rispetto all'asse del codolo, intorno al quale ruota la punta; lo spigolo

centrale tenderà ad eseguire un foro disassato e quindi l'utensile subirà una leggera flessione.

Questa è pesantemente aggravata dalla diversa lunghezza dei due taglienti: A'B' è più corto di

C'D' e quindi, a parità di avanzamento, la sezione di truciolo indeformato relativa ad A'B'

risulta più piccola rispetto a C'D' e più piccola, in definitiva, risulterà la forza di taglio R 1

rispetto a R 2

(Fig.2.19). La loro risultante R si presenta deviata rispetto all'asse di foratura, con

una componente orizzontale R O

, diversa da zero, la quale solleciterà la punta a flessione,

esaltando il precedente difetto. In definitiva, il foro non sarà perfettamente rettilineo e, inoltre,

esiste un'elevata probabilità che l'utensile si rompa.

R 1

R

R2

R O

Fig. 2.19 (Si è trascurato il momento di trasporto).

AFFILATURA DEL NOCCIOLO

Il nocciolo (Fig. 2.20) è la parte centrale della punta, che si estende per tutta la lunghezza

occupata dalle scanalature elicoidali. Nella maggior parte degli utensili la sezione del nocciolo

aumenta gradualmente dalla estremità tagliente al codolo, proprio come in un solido ad

uniforme resistenza.


Fig. 2.20. Nocciolo di una punta elicoidale.

Nella fig. 2.20 è mostrata anche la sezione della punta con un piano normale all'asse, a due

diverse quote.

Lo spessore del nocciolo è tanto maggiore quanto minore è la lunghezza della punta e ciò si

traduce in un aumento dello sforzo di penetrazione, con un conseguente aumento di calore

sviluppato ed una minore durata dell'utensile. Per ridurre questo effetto dannoso, si assottiglia

il nocciolo verso la punta dell'utensile, facilitando in tal modo la penetrazione dello stesso nel

materiale da forare. Tale operazione viene effettuata su macchine speciali ed è illustrata in fig.

2.21.

Fig. 2.21. Affilatura del nocciolo di una punta elicoidale.

2.2. MACCHINE

Le macchine per forare si possono suddividere in cinque categorie principali, ciascuna

caratterizzata, senza tuttavia limiti rigorosi, da una capacità di foratura. Quest'ultima è intesa

come il massimo diametro ottenibile dal pieno, in una sola operazione, su un acciaio che

presenta una R m = 600 ÷700 N/mm 2 .

-TRAPANI DA BANCO (Fig. 2.22). Sono macchine piccole che derivano il loro nome dal fatto

che vengono generalmente poggiate su un banco. La loro capacità di foratura può raggiungere i

15 mm.


Fig. 2.22. Trapano da banco

- TRAPANI A COLONNA. Sono sostanzialmente simili ai precedenti, tranne per il fatto che la

macchina è sorretta da una colonna che poggia direttamente sul pavimento. La loro capacità di

foratura è di 50 mm.

-TRAPANI A MONTANTE (Fig. 2.23 a, b). Sono macchine destinate alle lavorazioni pesanti,

con capacità di foratura massima di 100 mm. Si suddividono in:

Trapani a montante a testa fissa. Sono costituiti da un basamento B e un montante K, in cui

sono sistemati il motore M ed il cambio di velocità CV, che sarà sempre del tipo a ruote dentate.

Ad una estremità del montante è sistemata la testa portautensili T. Sul montante può scorrere

una mensola porta pezzo P cui viene affidato sempre il moto di registrazione e talvolta anche il

moto di alimentazione. Il moto di taglio è posseduto dall'utensile, mentre il moto di

avanzamento può essere posseduto dall'utensile o dal pezzo.

Trapani a montante a testa mobile. Si differenziano dai precedenti solo per la possibilità che

ha la testa portautensile di scorrere anch'essa lungo il montante. Questo ulteriore movimento

potrà essere anche un moto di alimentazione oltre che di registrazione. Ovviamente in tali

macchine il motore e il cambio dovranno essere necessariamente alloggiati nella testa, se si

vuole evitare di ricorrere ad alberi a lunghezza variabile, come avveniva in passato.

Fig. 2.23. Trapano a montante; (a) a testa fissa, (b) a testa mobile

I principali dati caratteristici dei trapani a montante, sia a testa fissa che a testa mobile, sono:

capacità di foratura

distanza l tra fronte del montante e asse di foratura (sbraccio)

altezza totale H della macchina

numero di velocità del mandrino

potenza del motore

Lo sbraccio è, a parte la capacità di foratura, la quota fondamentale di un trapano a

montante, in base alla quale si scelgono tutte le altre dimensioni.

- TRAPANI RADIALI (Fig. 2.24). Sono le più grandi macchine per forare, destinate alla

foratura su pezzi di dimensioni tali che risulterebbe difficile posizionarli e registrarli rispetto


all'utensile. Derivano il loro nome dal fatto che la testa motrice può descrivere, per il solo moto

di registrazione, circonferenze di raggio variabile. La loro capacità di foratura è di 150 mm.

Fig. 2.24 Trapano radiale

Schematicamente i trapani radiali sono costituiti da un basamento A su cui è fissata una

colonna C che sorregge un braccio B; su questo può scorrere la testa T che accoglie il motore M

e il cambio di velocità CV. Sul "cappello" P trova posto un altro motore M', destinato

all'azionamento della vite V, che comanda gli spostamenti verticali del braccio. Tutto il sistema

PM'V ruota intorno alla colonna insieme al braccio durante il moto di registrazione. Il pezzo è

generalmente sistemato su un cubo K che può anche essere rimosso quando il pezzo è molto

ingombrante. E' opportuno notare che la vite V è un elemento sollecitato a trazione, in modo da

eliminare l'inconveniente dei carichi di punta, come avveniva nelle vecchie macchine. In

conclusione, nei trapani radiali il moto di taglio e il moto di alimentazione sono posseduti

dall'utensile; tutti i moti di registrazione sono posseduti ancora dall'utensile, mediante

spostamenti lungo il braccio e mediante spostamenti verticali e rotatori del braccio B rispetto alla

colonna. I parametri caratteristici dei trapani radiali sono analoghi a quelli già visti per gli altri

trapani. In particolare, lo sbraccio massimo (distanza fra asse della colonna e asse di foratura)

può raggiungere valori di circa 6000 mm. Ovviamente il massimo diametro di foratura non

potrà essere conseguito in corrispondenza del valore massimo dello sbraccio, in quanto si

genererebbe un momento inaccettabile.

-TRAPANI PER FORI PROFONDI (Fig. 2.25). Sono macchine destinate alla esecuzione di fori

per i quali il rapporto lunghezza/diametro è molto elevato (L/D ≥ 50) ed assumono una struttura

completamente diversa da tutti gli altri trapani . La loro capacità di foratura è molto ampia e va

da pochi mm fino a 300 mm. Eseguire fori profondi comporta notevoli difficoltà, sia per

l'evacuazione del truciolo, senza interrompere la lavorazione, sia per il raffreddamento. A

questi due inconvenienti si pone rimedio usando punte monotaglienti, che presentano un

condotto che permette l'afflusso continuo di fluido lubrorefrigerante. In queste macchine si

distinguono una testa motrice T, una testa porta pezzo P e una guida G per l'utensile, il tutto

montato su un basamento B. La velocità di taglio può essere posseduta sia dall'utensile U che

gira mentre il pezzo O sta fermo, oppure da entrambi. In tal caso, Vt risulterà dalla somma

algebrica delle due velocità.


a)

b)

Fig. 2.25. Trapano per fori profondi.

Le dimensioni caratteristiche dei trapani per fori profondi oltre alla capacità di foratura sono

la lunghezza massima di foratura che, come sappiamo, influenza direttamente il massimo

diametro di foratura, e l'altezza h dell'asse di foratura sul banco, che caratterizza l'ingombro del

pezzo accettabile dalla macchina. Come valori massimi si possono avere:

L = 30.000 mm

h = 1.000 mm

In fig. 2.25 b è riportato un trapano per fori profondi mentre esegue la foratura dal pieno di

un albero di turbina.

Una particolarità che accomuna tutte queste macchine è la possibilità di avere su ognuna di

esse un avanzamento sensitivo, comandato cioè direttamente dall'operatore che "sente" lo

sforzo di penetrazione, agendo direttamente sull'utensile mediante una leva .

- MACCHINE SPECIALI. Oltre ai tipi di trapani precedentemente illustrati esistono molte

macchine foratrici che difficilmente si possono far rientrare in una delle categorie precedenti.

Esse nascono dalla necessità di ridurre i tempi di lavorazione.

La figura 2.26 riporta un trapano a torretta. E' una macchina automatica e programmabile in

grado di eseguire, oltre la normale foratura, anche l'alesatura e la filettatura dei fori.

Come si vede, è simile, almeno in prima approssimazione, ad un trapano a montante a testa

fissa e può essere considerato come uno dei primi esempi di un centro di lavorazione.


Fig. 2.26. Trapano a torretta.

2.3. SCELTA DEI PARAMETRI DI TAGLIO

La scelta dei parametri di taglio nella foratura, sia dal pieno che da un foro preesistente, si

risolve nella determinazione dell'avanzamento e della velocità di taglio, che conducano ad una

lavorazione la più produttiva ed economica. Dalla conoscenza di queste due grandezze e dalle

caratteristiche meccaniche del materiale da forare si calcolerà, infine, la potenza che dovrà

essere resa disponibile dall'asse del mandrino. L'ordine in cui le variabili di taglio vengono

scelte è generalmente il seguente.

- Profondità di passata. Nel caso di foratura dal pieno, "p" è individuata dalla distanza fra la

superficie lavorata e l'asse dell'utensile (p = D/2); nel caso dell'allargamento di un foro di

diametro D 0 si ha:

p = (D - D0)/2 (2.1)

- Avanzamento. E' la quantità di cui la punta avanza assialmente per ogni giro e viene quindi

misurato in mm/giro. Talvolta è utile nei calcoli introdurre l'avanzamento espresso in millimetri

al minuto (am), dato da

am = a n (2.2)

dove "n" è la velocità angolare espressa in giri/min.

Il valore di "a" viene scelto in base alle caratteristiche richieste alla lavorazione ed alle

caratteristiche possedute dal trapano impiegato (finitura superficiale, tipo di lavorazione,

resistenza dell'utensile), consultando apposite tabelle. Se necessario, il valore dell'avanzamento

trovato sarà corretto, per adattarlo ai valori disponibili sulla scatola di avanzamento.

- Velocità di taglio. Come per la tornitura, ci si riferisce a tabelle, frutto della pratica

industriale, che forniscono un valore di primo tentativo, da ottimizzare poi in relazione a tutto il

ciclo produttivo. La tabella seguente ne riporta una relativa alla foratura di un acciaio comune

con una punta elicoidale.


Materiale

Acciaio

automatico

grezzo

Durezza Trattamento

(HB)

100÷150 laminato a caldo

o ricotto

Diametro della punta (mm)

1 3 5 15 20 25 35 50

Vt

(m/min)

Avanzamento (mm/giro)

25÷40 0.025 0.08 0.15 0.25 0.4 0.45 0.5 0.6

150÷200 deformato a freddo 30÷40 0.025 0.08 0.15 0.25 0.4 0.45 0.5 0.6

Nota la velocità di taglio ed il diametro dell'utensile, si ricava la velocità angolare da

assegnare al mandrino in giri/min mediante la formula

n = 1000V t

πD (2.3)

Il numero di giri così calcolato servirà per scegliere, fra le velocità rese disponibili dalla

macchina, quella che più le si approssima.

In genere si sceglie il numero di giri immediatamente inferiore (o quello immediatamente

superiore se lo scarto non supera il 5%).

- Potenza. I paramenti di taglio così determinati devono sempre essere confrontati con la

potenza resa disponibile dalla macchina. A tale scopo è utile riportare qualche considerazione

sulle forze che agiscono sull'utensile durante la foratura, limitatamente alla punta elicoidale.

Riferendosi alla figura 2.27, si è decomposta la forza di taglio, agente su un punto del tagliente,

nelle tre componenti F z , F v e F h , agenti in direzione mutuamente ortogonali.

Fv

Fz

F1

F

X

Fh

Fv

Fz

Fig. 2.27. Forze agenti sulla punta elicoidale.

Le forze orizzontali F h , agenti su entrambi i taglienti, si fanno equilibrio. Le forze F v , agenti

in senso contrario all'avanzamento, si oppongono alla penetrazione dell'utensile nel materiale.

A queste va aggiunta la forza F 1 , agente sul nocciolo, che svolge azione analoga. L'avanzamento

dell'utensile è impedito anche dalle forze di attrito F f (non indicate in figura), che si

destano per lo strisciamento dei colletti sulla superficie lavorata e del truciolo sul petto

dell'utensile.

Affinché la punta possa penetrare nel pezzo, la forza assiale applicata all'utensile dal

meccanismo di avanzamento deve superare la somma delle forze agenti lungo l'asse della punta.

Deve cioè verificarsi la condizione:

F > 2F v

+ F l

+ F f

(2.4)

Sperimentalmente si è trovato che le forze Fv ammontano al 40% della resistenza totale

all'avanzamento, la forza Fl è circa il 57% e le forze di attrito Ff circa il 3%.

Alla forza F è associata una potenza Na richiesta per l'avanzamento data da:


N a

=

Fa m

60000

(kW) (2.5)

Per evitare il cedimento del sistema di avanzamento, si proporziona lo stesso secondo una

forza massima di avanzamento Fmax, che non dovrà essere superata dal valore di F dato dalla

(2.4).

Il valore di Fmax è un dato costruttivo e viene fornito nella specifica delle caratteristiche della

macchina.

La forza Fz (fig. 2.27) dà luogo ad un momento Mr che si oppone alla rotazione dell'utensile

M r

= F z X

1000

(Nm) (2.6)

dove X è la distanza in millimetri del punto su cui agisce Fz dall'asse di rotazione e viene generalmente

assunta pari a 0.5 D.

Il momento resistente Mr è preponderante rispetto a tutte le altre coppie resistenti che si

destano nella foratura ed è quello che generalmente viene assunto nei calcoli. Ad esso è

associata una potenza Nr data da

2

N r = M r

⋅ n ⋅

60000

(kW) (2.7)

La potenza Nt, globalmente spesa per la foratura, sarà data dalla somma delle due

precedentemente calcolate:

N t

= N a

+ N r (2.8)

La potenza richiesta per l'avanzamento è molto piccola rispetto a quella richiesta per la

rotazione (0.5 ÷ 1.5%) e può essere trascurata. Si può pertanto scrivere che la potenza

necessaria per la foratura è data da:

N ≅ N r = M r ⋅ n ⋅ 2

60000

(kW) (2.9)

La potenza così calcolata dovrà essere confrontata con quella resa disponibile all'asse del

mandrino. Detta N0 la potenza del motore elettrico che aziona il trapano e η il rendimento

globale, affinché il trapano possa funzionare in condizioni ottimali dovrà risultare:

N = ⋅ N 0 (2.10)

Al valore di N dato dalla (2.9) si può giungere mediante calcoli analitici. Esistono però delle

tabelle che forniscono direttamente il valore della potenza N1, richiesta per unità di volume di

truciolo asportato nell'unità di tempo. Indicando con "Q" i millimetri cubici asportati in un

minuto, si ottiene:

da cui

Q =

D2

N = N 1

⋅ Q

4 ⋅a m ⋅ n (mm3 /min) (2.11)

(2.12)

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