Utilizzazione economica al tornio
Per poter decidere quale utilizzazione del tornio risulta più economica occorre valutare la potenza necessaria per eseguire una certa lavorazione.
Per potenza si intende il lavoro compiuto nell’unità di tempo.
Per lavoro meccanico del tornio si intende il prodotto della forza che l’utensile esercita per tagliare il truciolo, moltiplicato per lo spostamento dell’utensile lungo il pezzo, cioè per la lunghezza del truciolo asportato.
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L’utensile, il materiale in lavorazione, il tipo di macchina e il tipo di lavorazione sono i principali fattori che influiscono sulla migliore utilizzazione del tornio. |
Forza di taglio
Si intende per forza di taglio F la forza che è necessario dare all’utensile per tagliare il truciolo.
La forza dipende dalla sezione del truciolo asportato e dalla qualità del materiale in lavorazione.
L’unità di misura delle forze nel sistema internazionale (SI) è il Newton (N).
Sezione del truciolo
Si intende per sezione del truciolo S il prodotto della profondità di passata p per l’avanzamento a, cioè:
La forza richiesta è proporzionale alla sezione del truciolo asportato, deve cioè essere tanto maggiore quanto maggiore è la sezione del truciolo.
Qualità del materiale
La qualità del materiale ha influenza nella determinazione della forza da imprimere all’utensile in quanto la resistenza che offre dipende dalla sua durezza e tenacità.
Pressione specifica
Si intende per pressione specifica di taglio o sforzo di taglio specifico la forza necessaria per staccare un truciolo con sezione di 1mm2. La pressione specifica viene indicata col simbolo Ks.
Il valore di non Ks non è costante, ma dipende dal rapporto tra la misura dell’avanzamento e quella della profondità di passata : a/p.
Con riferimento alla figura, si ha che quando a>p, Ks risulta maggiore di quando a<p.
La forza F può quindi essere espressa come prodotto della sezione del truciolo S per la pressione specifica Ks :
F = S * Ks = a * p * Ks
La pressione specifica è diversa per ogni materiale in lavorazione, come risulta dalla tabella sottostante. L’unità di misura della pressione specifica è il N/mm2.
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Materiale |
Ks (N/mm2) |
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Acciaio duro |
~ 2450 |
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Acciaio dolce |
~ 1960 |
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Ghisa |
~ 1470 |
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Leghe di alluminio |
~ 980 |
Lavoro
Il lavoro meccanico è espresso dal prodotto della forza per la lunghezza del truciolo asportato:
L = F * l
L’unità di misura del lavoro nel sistema internazionale (SI), esprimendo lo spostamento l in metri e la forza F in Newton, è il Joule (J).
Potenza
Il lavoro compiuto per una certa lavorazione non tiene conto del tempo o durata della lavorazione stessa.
Uno stesso lavoro può infatti essere compiuto in un tempo breve e impiegando una forza notevole, oppure in un tempo lungo, impiegando una forza modesta.
Per questa ragione, dal punto di vista di un’utilizzazione economica del tornio, occorre introdurre un’altra unità di misura che tenga conto del tempo, cioè la potenza.
Tenendo conto del rendimento della macchina è necessario considerare sia la potenza utile che quella effettiva.
Potenza utile
Si intende per potenza utile Nu, il lavoro eseguito dalla macchina nell’unità di tempo.
Poiché
si ha
ma (in m/sec) è uguale alla velocità di taglio V, per cui, concludendo, si ha:
Per utilizzare la relazione con V espressa in m/min si usa la seguente:
Nel sistema internazionale (SI) l’unità di misura della potenza è il watt (W) o il Kilowatt (kW), dove 1 kW = 1000 W.
Spesso si usa come unità di misura della potenza il cavallo vapore CV, equivalente a 736 W, per cui, volendo esprimere la potenza in CV occorre introdurre nella formula precedente il divisore 736:
quando la forza è espressa, invece che in N, in chilogrammi (kg) e il lavoro in chilogrammetri (kgm), la potenza viene espressa in kgm/sec, se si vuole conoscere la potenza Nu espressa in kW occorre in questo caso introdurre il divisore 102 nella formula precedente, cioè:
Potenza effettiva
La potenza utile Nu considerata risulta minore della potenza effettiva Ne che il motore deve fornire alla macchina per eseguire una certa lavorazione; infatti si ha una dispersione di energia a causa degli attriti degli ingranaggi, dei cuscinetti, ecc.
Si intende per rendimento della macchina il rapporto tra la potenza utile Nu e quella effettiva
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Poiché la potenza effettiva è sempre maggiore di quella utile il rendimento sarà sempre espresso da un numero minore di 1. |
Utilizzazione vantaggiosa del tornio nella sgrossatura e nella finitura
Dalla formula della potenza utile:
si vede che Nu non cambia se si raddoppia il valore , ad esempio di p, dimezzando quello della V e mantenendo Ks e a costanti.
La scelta della combinazione dei valori più vantaggiosa dipende dal tipo di lavorazione che si intende eseguire.
Come esempi si possono indicare le ragioni di scelta di sgrossatura e finitura.
Ä Sgrossatura.
Scopo della sgrossatura è asportare nel più breve tempo possibile la maggior quantità possibile di truciolo. A parità di potenza spesa, ciò si può ottenere o con grande sezione del truciolo asportato e piccola velocità di taglio, oppure con piccola sezione di truciolo e grande velocità di taglio.
Ma la pressione specifica di taglio diminuisce con l’aumentare della sezione del truciolo, perciò la potenza della macchina sarà meglio sfruttata se si lavora con grande sezione di truciolo e corrispondentemente limitata velocità di taglio.
Inoltre Ks diminuisce anche con la’umento del rapporto a/p, cioè lavorando con forte avanzamento e limitata profondità di passata.
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Si conclude quindi che nelle operazioni di sgrossatura si utilizza meglio la macchina asportando truciolo di grande sezione, a bassa velocità di taglio e con forte avanzamento. |
Ä Finitura.
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Nella finitura si vuole produrre una superficie lavorata liscia. Una superficie liscia si ottiene soprattutto con un piccolo avanzamento e con una elevata velocità di taglio |
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Un piccolo avanzamento facilita lo scorrimento del truciolo perché questo risulta più sottile. Permette più alte velocità di taglio. Prolunga la durata dell’utensile.
Con alta velocità di taglio il distacco del truciolo è più netto, cioè il materiale è più tagliato che strappato, col risultato di ottenere una superficie meglio levigata.
Per una buona finitura sono inoltre indispensabili una opportuna lubrificazione e refrigerazione e un tornio capace di elevati numeri di giri e privo di vibrazioni.