Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La deformazione plastica
La deformazione plastica
Lavorazioni per deformazione
Il processo di laminazione
Estrusione e trafilatura
La forgiatura
La formatura della lamiera
2
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1
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Obiettivi della lezione
Valutare le applicazioni industriali dei processi di
formatura della lamiera
Descrivere analiticamente le principali lavorazioni
di formatura della lamiera (tranciatura, piegatura
e imbutitura)
Evidenziare le regole progettuali e le
caratteristiche fisiche di queste lavorazioni
3
Bibliografia per la lezione
“Sistemi di Produzione”
A. Villa, G. Murari, D. Antonelli
C.L.U.T. Editrice, 2004
capitolo 3 paragrafo 6
“Tecnologia Meccanica e Studi di Fabbricazione”
Santochi, Giusti
Casa Editrice Ambrosiana, 2000
capitolo 5 paragrafo 8
4
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2
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La formatura della lamiera
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
6
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3
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Esempi di stampi
7
Esempio di prodotti:carrozzeria per auto
8
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4
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La tranciatura
Operazione preliminare a altre lavorazioni sulla
lamiera
9
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
10
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5
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Tipologie di tranciatura
Tranciatura di profili aperti
taglio rettilineo di lamiere e di barre
Tranciatura di profili chiusi
taglio di profili chiusi con geometria anche molto
complessa
11
La tranciatrice
12
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6
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Taglio rettilineo: tranciatura di una barra
Piano di taglio
13
Taglio rettilineo: tranciatura di una barra
Forze di taglio
14
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7
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Taglio rettilineo: tranciatura di una lamiera
15
Tranciatura di un profilo chiuso
16
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8
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Fasi del processo
Ingresso del punzone nella lamiera
deformazione delle fibre
arrotondamento dei bordi della lamiera
17
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
18
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9
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
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
19
Aspetto delle superfici tranciate
Diametro del foro
Diametro del disco tranciato
20
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10
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Aspetto delle superfici tranciate
Penetrazione
21
La formatura della lamiera
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11
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
23
Dimensionamento energetico
Composizione delle forze del processo di taglio
tensioni di taglio agenti sul piano di taglio
forze d’attrito
gioco fra punzone e matrice
imperfetta affilatura dei coltelli, ecc.
24
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12
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Forza di tranciatura
F = k ⋅ 0 , 7 Rm ⋅ A
k : coefficiente correttivo
A : superficie della sezione resistente
p, s : perimetro e spessore della lamiera
A = p⋅ s
25
Andamento della forza di tranciatura
Forza di
tranciatura
Corsa del
punzone
26
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13
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Lavoro di tranciatura
s
L = ∫ F ⋅ ds
0
L ≅ F max ⋅ k ⋅ s
27
Il gioco
Gioco corretto: fratture concorrenti
28
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14
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Il gioco
Gioco troppo stretto: fratture parallele
29
Il gioco
Gioco troppo piccolo:
30
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15
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Il gioco
Gioco corretto:
31
Il gioco
Gioco troppo grande con distacco del materiale
per il cattivo allineamento punzone – matrice:
32
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16
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La formatura della lamiera
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
34
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17
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Processi di piegatura
Piegatura libera
Piegatura in stampo
Profilatura a rulli
35
Piegatura libera
36
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18
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Processi di piegatura
Piegatura libera
Piegatura in stampo
Profilatura a rulli
37
Piegatura in stampo di forma a U
38
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19
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Piegatura in stampo di forma a V
39
Processi di piegatura
Piegatura libera
Piegatura in stampo
Profilatura a rulli
40
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20
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Profilatura a rulli
41
Schema delle deformazioni di piegatura
C’è una sezione della lamiera che si piega senza
deformarsi detta fibra neutra (fn)
Rn
s
fn
42
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21
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Schema delle deformazioni di piegatura
43
Schema delle deformazioni di piegatura
Intradosso
Extradosso
44
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22
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Schema delle deformazioni di piegatura
Allargamento
Compressione
45
La formatura della lamiera
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23
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
47
Elementi di calcolo nella piegatura
Il ritorno elastico
Il raggio di curvatura
Lo sforzo di piegatura
Angolo di piegatura (profilatura a rulli)
48
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24
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Il ritorno elastico
Le sollecitazioni di trazione e di compressione in
prossimità della fibra neutra sono di tipo elastico
49
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 materiale
velocità di deformazione
tipo di piegatura (libera o in stampo)
spessore della lamiera
raggio di piegatura
50
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25
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Il ritorno elastico
M
θ
l
ρ
θ
Angolo di
piegatura
51
Il ritorno elastico
M
l
θ
∆θ
ρ + ∆ρ
θ + ∆θ
Angolo di
ritorno elastico
52
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26
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
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 θ
parametri caratteristici del materiale (E, C, n)
∆θ = f (R p , Rd , Rn , b, s, ?, E, C, n )
53
Elementi di calcolo nella piegatura
Il ritorno elastico
Il raggio di curvatura
54
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27
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Il raggio minimo di curvatura
Deve essere maggiore del minimo raggio di
curvatura ammissibile per il tipo di deformazione:
Rmin = s ⋅ c
c : coefficiente proprio del materiale
55
Elementi di calcolo nella piegatura
Il ritorno elastico
Il raggio di curvatura
Lo sforzo di piegatura
56
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28
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Il carico di flessione
Il modulo resistente W:
b⋅s 2
W =
6
57
Il carico di flessione
Il modulo resistente W:
b⋅s 2
W =
6
La tensione σf:
σf =
F ⋅L
4W
si può approssimare σf = 2Y quando L ˜ 6 ÷ 12s,
R=s
58
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29
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Il carico di flessione
b⋅s 2
W =
6
σf =
F ⋅L
4W
b⋅ s 2 ⋅σf
F =
1,5 L
59
Elementi di calcolo nella piegatura
Il ritorno elastico
Il raggio di curvatura
Lo sforzo di piegatura
Angolo di piegatura (profilatura a rulli)
60
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30
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
L’angolo di piegatura (profilatura a rulli)
La deformazione non deve superare il massimo
angolo ammissibile di piegatura per ogni coppia
di rulli
61
L’angolo di piegatura (profilatura a rulli)
62
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31
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Il massimo angolo di piegatura
αmax= 1°35’
Alluminio e le sue
leghe
αmax = 1°25’
Acciai a basso
contenuto di
carbonio
αmax = 1°15’
Acciai inossidabili e
ottoni
63
La formatura della lamiera
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32
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
65
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
66
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33
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
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
67
Schema di funzionamento
68
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34
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Schema di funzionamento
Lamiera
69
Schema di funzionamento
Premilamiera
70
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35
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Schema di funzionamento
Matrice
71
Schema di funzionamento
Gioco
punzone - matrice
72
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36
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Fasi di funzionamento
Avvicinamento in rapido del cuscino e del
premilamiera
73
Fasi di funzionamento
74
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37
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Fasi di funzionamento
Avvicinamento in rapido del cuscino e del
premilamiera
Imbutitura lenta e compressione cuscino
75
Fasi di funzionamento
76
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38
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Fasi di funzionamento
Avvicinamento in rapido del cuscino e del
premilamiera
Imbutitura lenta e compressione cuscino
Ritorno rapido della slitta ed azione dell’estrattore
77
Fasi di funzionamento
78
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39
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La formatura della lamiera
La formatura della lamiera
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
80
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40
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Tensioni di un cilindro cavo flangiato
Imbutito con difetti di grinzatura sul premilamiera
e strappo del raccordo di fondo
81
Tensioni di un cilindro cavo flangiato
Stato di sollecitazione dell’imbutito:
FT
FR
P
FT
FR
82
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41
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Variazioni di spessore del pezzo
Diminuzione dello spessore sul fondello
dell’imbutito a causa delle tensioni di trazione
83
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
84
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42
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
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
85
Dimensionamento del processo
Dalla geometria del pezzo dipendono:
lo sforzo di imbutitura
la pressione sul premilamiera
numero delle fasi di lavorazione
86
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43
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Rapporto di imbutitura
dp
Ri =
D
dp : diametro del punzone
D : diametro iniziale del disco di lamiera
87
Rapporto massimo di imbutitura
Il rapporto massimo di imbutitura ρ non può mai
superare nel primo passaggio il valore ρ0:
ρ=
D
dp
dp : diametro del punzone
D : diametro iniziale del disco di lamiera
88
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44
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Diametro del punzone nei vari passaggi
dp1 =
D
ρ0
89
Diametro del punzone nei vari passaggi
dp1 =
D
ρ0
dp 2
dp 1
=
ρ1
90
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45
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
Diametro del punzone nei vari passaggi
dp1 =
D
ρ0
dp 2
dp 1
=
ρ1
d p, n =
d p (n − 1)
ρ1
91
Forza di imbutitura per pezzi cilindrici
F = k ⋅ dp⋅π ⋅s ⋅ Y
k : fattore di correzione ˜ 0,4 ÷ 1
Y : tensione di snervamento
s : spessore della lamiera
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46
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La curva di formabilità
ε1
ε2
93
La curva di formabilità
ε1
IMBUTITURA
STIRAMENTO
ε2
94
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47
Sistemi di Produzione II
La formatura della lamiera
La curva di formabilità
ε1
PEZZI
DIFETTOSI
PEZZI SANI
ε2
95
Sommario della lezione
La tranciatura
Teoria della tranciatura
La piegatura
Progettazione della piegatura
L’imbutitura
Fisica dell’imbutitura
Domande di riepilogo
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