Storia dell’asportazione
di truciolo:
dalla preistoria ai torni di
oggi
Crosio Pietro 675169
Gallotti Marco 675165
Pettoni Paolo 674398
ASPORTAZIONE DI
TRUCIOLO
L’asportazione di truciolo avviene tramite l’utilizzo di
utensili e macchine utensili che conferiscono al pezzo
in lavorazione la forma e le dimensioni volute,
asportando il materiale in eccedenza sotto forma di
trucioli più o meno piccoli.
Per poter studiare le tecniche di asportazione di
truciolo occorre partire dall’epoca preistorica, in
l’uomo cominciò a crearsi i propri utensili per la
sopravvivenza.
La tecnica della asportazione di truciolo nasce fin dal
principio della storia
Introduciamo dunque una sequenza delle epoche storiche
Tuttavia occorre specificare che il concetto
di linea temporale ha un significato non
necessariamente cronologico, ma anche
geografico, in quanto esistono ancora oggi
gruppi umani che non conoscono alcuna forma
di scrittura e che non hanno sviluppato le
tecnologie odierne.
Età della pietra
Periodo della preistoria, caratterizzato dall'utilizzo di pietra, osso,
corno e legno per fabbricare utensili e armi, prima che fosse introdotto
l'uso del metallo; è suddiviso in Paleolitico, Mesolitico e Neolitico.
Paleolitico
Si divide in tre sottoperiodi:
• Paleolitico inferiore
2 Mln anni fa – 150000 anni fa
• Paleolitico medio
150000 – 36000 anni fa
• Paleolitico superiore
36000 – 10500 anni fa
Paleolitico inferiore
(2 Mln anni fa – 150000 anni fa)
Il primo ominide a
sfruttare ciottoli
scheggiati fu Homo
habilis, vissuto in
Africa tra 2 milioni
e 1 milione e mezzo
circa di anni fa.
L’uomo inizia ad ingegnarsi nella fabbricazione dei primi utensili, per i quali
furono usate le pietre. Tra le più diffuse: diaspro, quarzite, ossidiana,
tufo, basalto e soprattutto selce, a seconda del tipo di manufatto che si
voleva realizzare.
Attraverso un percussore litico venivano staccate dai ciottoli
numerose schegge, al fine di ricavare un bordo tagliente, atto alla
funzione di lama. Pure le schegge prodotte potevano venire
utilizzate, anche senza dovere essere rifinite.
Percussore litico in selce
Attraverso un percussore litico venivano staccate dai ciottoli
numerose schegge, al fine di ricavare un bordo tagliente, atto alla
funzione di lama. Pure le schegge prodotte potevano venire
utilizzate, anche senza dovere essere rifinite.
Esempi di utensili in selce del
paleolitico
Paleolitico medio
(150000 – 36000 anni fa)
In seguito si perfezionarono le tecniche di lavorazione, arrivando a
staccare dai blocchi di pietra schegge su più lati, così da ricavare un
bordo più tagliente (es. pietre bifacciali). I profili, in un primo momento
rozzi e primitivi, si fecero sempre più simmetrici e regolari.
Un esempio è la punta d’ascia a mandorla (o amigdala), con estremità
appuntita, margini taglienti e base allargata: poteva essere utilizzata
come arma di difesa e di offesa, ma anche come utensile domestico per
scuoiare gli animali e tagliare la pelle e la carne.
Con gli utensili litici, si preparavano pali di legno
per fare capanne, e questo è stato dedotto da
buchi nel terreno fatti intorno a zone che
contenevano focolari, utensili litici e ossa di
animali, cioè da resti di cibo.
Dato che con le sole mani non era possibile, con gli
utensili litici venivano tagliati alberi, in pezzi delle
misure desiderate, per ottenere legna da ardere
nei focolari dentro le capanne.
In considerazione dell'elevato grado di tecnologia
raggiunto nella lavorazione del legno, è
ipotizzabile che venisse costruita anche qualche
altra attrezzatura per rendere la vita domestica
più piacevole.
I piccoli utensili litici non erano
adatti per uccidere animali, ma per
produrre utensili lignei e
attrezzature atte alla caccia.
Una ulteriore evoluzione è l’utilizzo di utensili sia di pietra, sia di legno.
Il percussore di legno definito "percussore tenero", contrapponendolo al
"percussore duro" costituito da una pietra.
Il "percussore duro" veniva utilizzato per altri usi, mentre il "percussore
tenero" era usato sia per fare utensili litici, sia per riaffilarli dopo
l'usura, in quanto con i ritocchi per l'asportazione delle schegge la pietra
non si rompe, mentre si rompe usando un percussore duro, cioè un'altra
pietra.
Esempi di utensili litici e lignei
Paleolitico superiore
(36000 – 10500 anni fa)
Durante il Paleolitico superiore, in Europa comparve l’uomo di tipo moderno
(Homo Sapiens Sapiens), che si differenziò in varie razze. L'attività
produttiva si fece più varia e sofisticata. Le industrie litiche di questo
periodo sono caratterizzate dalla comparsa di vere e proprie lame, realizzate
staccando con scalpello e punzone (di legno o osso) scaglie lunghe e sottili da
un nucleo di pietra precedentemente preparato.
Questa nuova tecnica permise un notevole risparmio di materia
prima e consentì una maggiore differenziazione e specializzazione
degli strumenti: punte, bulini, grattatoi, raschiatoi, perforatori.
Bulino
Punta applicata ad una freccia
Lame
Ebbe inoltre grande sviluppo la lavorazione di osso, corno e avorio, per
la produzione di oggetti come aghi, punteruoli, propulsori (bacchette
con uncino terminale usate per potenziare la forza di lancio), zagaglie e
arpioni dentati. Grazie a questi strumenti i metodi di caccia divennero
più efficaci.
Vari esempi di punte
L’uomo comincia a studiare le fasi lunari.
Gli ossi animali venivano intagliati tramite raschiatoi.
Era Glaciale
Fase di transizione tra il paleolitico e il mesolitico.
La fine del periodo glaciale portò notevoli trasformazioni ambientali.
Il clima più temperato favorì lo sviluppo della foresta.
Le grandi mandrie di renne, cavalli, bisonti e mammut divennero
sempre più rare, a vantaggio di specie animali legate all’ambiente
forestale, più veloci e agili: cervo, capriolo e cinghiale, uro e alce
nelle regioni settentrionali, stambecco e camoscio sulle montagne. Ciò
indusse un adattamento delle tecniche di caccia, con l’affermarsi di
armi più versatili e precise, come l’arco. Ebbero inoltre grande
sviluppo l’uccellaggione e, nei siti costieri, la pesca (per la quale si
produssero arpioni, reti e ami).
Mesolitico
(10500 anni fa – 8000 a.C.)
Le industrie litiche del Mesolitico (dal greco mesos, medio, e lithos,
pietra) sono caratterizzate dalla produzione di microliti geometrici
(con facce a rettangolo, triangolo, trapezio), che servivano sia come
punte, sia come componenti di utensili più complessi: ad esempio,
montati con resina su impugnature formavano falcetti. Erano inoltre
diffuse asce in pietra scheggiata, montate su manici, usate per la
lavorazione del legno.
Esempi di microliti
Elementi geometrici
trapezoidali
Neolitico
(8000 – 4000/3000 a.C.)
Al Neolitico (dal greco neos, “nuovo” e lithos, “pietra”) si fanno
tradizionalmente risalire l'origine dell'agricoltura e dell’allevamento,
l’affermarsi di uno stile di vita sedentario e l'uso della ceramica e di
utensili in pietra levigata.
Nel Neolitico l’estrazione dei minerali raggiunse pieno sviluppo.
Centinaia di pozzi e gallerie (tra cui Grimes Graves in Inghilterra,
Krzemionki in Polonia, Spiennes in Belgio) sono rimasti a testimoniare
la padronanza di questa tecnica. La selce così ricavata servì alla
produzione di asce, scheggiate o levigate, che furono utilizzate nel
massiccio diboscamento allora in atto in Europa.
Asce neolitiche
Asce risalenti al Neolitico conservate presso il Museo di Reggio
Calabria. I manufatti di questo periodo si caratterizzano, rispetto a
quelli prodotti nel periodo preistorico precedente, il Paleolitico, per la
particolare levigatura della pietra, effettuata secondo una tecnica di
lavorazione più raffinata, propria di popolazioni stanziali che già
praticavano l’agricoltura e l’allevamento.
Utensili di selce del Neolitico
Alla fine dell'età della Pietra pare esistessero una sessantina di
tipologie standard di utensili utilizzati per scopi ben definiti. Oltre
alla selce, di cui sono fatte la punta di scure e di freccia e le schegge
qui fotografate, venivano utilizzati anche osso e avorio. La tecnica con
cui venivano realizzati poteva essere la percussione diretta (con una
pietra a uso martello), o indiretta (con martello e scalpello
rudimentali).
Megalitismo
(3000 a.C. – 1500 a.C.)
Sculture megalitiche, isola di Pasqua
Le imponenti sculture megalitiche dell'isola
di Pasqua, situata nell'oceano Pacifico
sudorientale. L'origine di questi monumenti,
oggetto di studi archeologici, è tuttora
incerta.
Altri esempi di strutture
megalitiche
Età dei metalli
Verso la fine dell'età della pietra, l'uomo scopre che esistono pietre molto
particolari che al loro interno contengono dei metalli. Già circa 9000 anni fa in
alcuni centri del Vicino e Medio Oriente sono state modellate delle pepite di
rame nativo. Intorno a 6 mila anni fa si era capito come estrarre questo minerale
verdastro. Polverizzandolo e facendolo fondere a alta temperatura si otteneva
del rame.
Età del rame
Il Calcolitico europeo è suddiviso in tre fasi cronologiche:
– antico (3400-2800 a.C.);
- medio (2800-2400 a.C.)
-recente (2800-2400a.C.)
all'interno delle quali si sono sviluppate particolari facies
regionali.
Calcolitico
Nel Calcolitico antico si diffuse nell'Europa settentrionale la cultura
dei boccali a imbuto, che prende nome da un tipo di vasellame dal
collo alto e svasato, spesso decorato con scanalature o incisioni;
reperti di questa forma sono stati rinvenuti spesso insieme a lunghe
asce piatte in selce e punte di frecce dal taglio trasversale. Presso
questa cultura il rame fu utilizzato per le accette e i pugnali, ma
anche per oggetti ornamentali.
Età del bronzo
L'età del Bronzo corrisponde in Europa al periodo compreso tra il 2200 e il 900
a.C. e si articola in quattro fasi:
- Bronzo antico (o cultura di Unetice, 2200-1550 a.C. circa);
- Bronzo medio (o cultura delle tombe a tumulo, 1550-1325 a.C. circa);
- Bronzo recente o tardo (o cultura dei campi di urne, 1325-1175 a.C.);
- Bronzo finale (prime due fasi della cultura di Hallstatt, 1175-775 a.C. circa).
Età del bronzo
Anche i primi tre secoli dell’età del Bronzo europea sono caratterizzati
dall’utilizzo di rame in lega con alcuni elementi che si trovano ad esso
commisti in natura (arsenico, argento, nichel, antimonio). Ma a partire
dal 1950-1900 a.C. si diffuse nel Vecchio Continente la tecnologia del
bronzo (lega di rame e stagno), adatta a produrre manufatti di qualità.
La diffusione del bronzo comportò notevoli cambiamenti sociali ed
economici perché presero piede le nuove professioni:
- cercatore di minerali;
- minatore;
- artigiano specializzato
Età del ferro
Nell'Europa continentale si colloca tra la fine dell'età del
Bronzo (900 ca. a.C.) e la fase di espansione dell'impero
romano (27 a.C. - 68 d.C.).
In questo periodo tutti gli utensili che in precedenza erano
stati prodotti in bronzo vengono costruiti in ferro. Questo
permette un aumento della resistenza degli utensili e un
aumento della velocità delle lavorazioni.
Età classica del mondo
greco
Età classica del mondo
greco
Si può parlare di “età classica” soprattutto in riferimento a
una fase dell’arte greca e della letteratura greca, e quindi,
in senso più lato, in riferimento alla storia della Grecia
antica dall’età delle guerre persiane alla morte di
Alessandro Magno (475 ca. - 323 a.C.: la cosiddetta età di
Pericle), considerandola come un periodo esemplare della
storia dell’umanità.
Età classica del mondo
greco
Questo è un esempio di lavorazione del
legno per asportazione di truciolo per
la produzione di strumenti bellici
Età classica del mondo
greco
Arte di creare e modellare forme a tre
dimensioni; il termine deriva dal latino sculpere
("scolpire", "intagliare").
Questo è un esempio di scultura nel
periodo classico-ellenico
“Secondo Michelangelo si
realizzano sculture o ‘per forza di
levare’ o ‘per via di porre’...”
Mirone: Discobolo
Tradizionalmente, se la forma realizzata è
completamente libera e osservabile da più
lati, si ha una scultura a tutto tondo; se la
scultura mantiene un rapporto con il piano
di fondo, forzando l'osservatore ad
adottare un punto di vista obbligato, si ha
un rilievo, che si può dividere in tre
categorie principali:
- "stiacciato" o schiacciato;
-bassorilievo (in cui le forme si staccano dal
fondo all'incirca per metà del loro volume,
creando contrasti chiaroscurali);
- altorilievo (nel quale le forme sono definite
nelle tre dimensioni ma ancora attaccate al
fondo: si determinano in questo modo effetti di
notevole profondità).
Esempi di
utensili
utilizzati
per la
lavorazione
della pietra
I più antichi oggetti scolpiti (in
pietra) rinvenuti nel corso di scavi
archeologici risalgono a un'età
compresa tra i 32.000 e i 27.000
anni fa. Appartengono al periodo più
remoto alcune formose figurine
femminili intagliate. Una di queste
statuette, la cosiddetta Venere di
Willendorf (30.000-25.000 a.C.,
Naturhistorisches Museum, Vienna)
Venere di Willendorf
Esempi di scultura
preistorica e romana
Ara Pacis Augustae, Roma
L'Ara Pacis Augustae fu costruita
tra il 13 e il 9 a.C. per celebrare la
pace e la prosperità dell’impero di
Augusto. L’altare è circondato da
un recinto marmoreo riccamente
decorato con bassorilievi.
Esempi di scultura
romana
Busto di Caracalla
Questo busto marmoreo (215
d.C.) rappresenta l'imperatore
Caracalla
Arco di Traiano, Benevento
Eretto a celebrazione del
prolungamento della via Appia nel
tratto tra Benevento e Brindisi, l’arco
fu dedicato all’imperatore Traiano nel
114 d.C. Tra i meglio conservati
dell’età romana, l’Arco di Traiano, con
un'altezza di 15,60 m e una larghezza
di 8,60, presenta un solo fornice ed è
decorato da mirabili bassorilievi che
celebrano i fasti dell’età traianea.
Esempi di scultura
medioevale e romanica
Leone e drago
Particolare della struttura
portante di un pulpito nel
Duomo di Pisa creata dal 1159
al 1162 da Guglielmo
Arte vichinga: altorilievo ligneo
Questo altorilievo medievale, che
decora il portale di una chiesa
norvegese, è un raffinato esempio
di scultura vichinga.
Esempi di scultura
gotica e
rinascimentale
Pulpito del
Battistero
di Pisa
(1260)
Gotica
Grazie all’evoluzione degli
strumenti di lavoro le opere
risultano più precise e ricche di
particolari
Mosè
Rinascimentale
Esempi di scultura
barocca
Fontana di Trevi a
Roma
(1648)
Bernini: Estasi di santa Teresa
(1645-1652)
Esempi di scultura
neoclassica e
dell’800
Tomba della Principessa
d’Austria (Canova 1815)
Monumento a Nicola
Demidoff (Bartolini)
Esempi di scultura
del 900
Questo è il percorso
storico dell’arte
scultorea.
Ma l’asportazione di
truciolo si è sviluppata
anche nella meccanica
Fortunia vincitrice
(Somaini)
Una svolta nella
storia
Dall’epoca calcolitica al periodo rinascimentale lo sviluppo della meccanica
non fu veloce e sia le lavorazioni sia gli strumenti non cambiarono
sensibilmente.
Età moderna
Leonardo da Vinci (1452-1519) fu il precursore delle tecniche
innovative che aprirono un nuovo capitolo nella storia della meccanica
(anche nel campo dell’asportazione di truciolo).
Leonardo da Vinci
Utensile per filettare a madrevite
Per incidere il filo di una vite,
Leonardo propone di utilizzare un blocco
forato in cui siano incastrati l'utensile da
taglio e una guida per l'avanzamento della vite.
L'operazione era preceduta dall'incisione a
mano della filettatura della vite stessa. I
maschi per filettare vengono disegnati come
tre pezzi di un'unica serie di sezione
crescente, montati a stella in modo che, di
volta in volta, due di essi funzionino da manici
per la manovra del terzo.
Leonardo da Vinci
Macchina per filettare le viti
Le due viti laterali impongono al
carrello che porta l'utensile da taglio
un movimento orizzontale più o meno
rapido a seconda del rapporto di
moltiplicazione . L'albero centrale
viene quindi filettato dall'utensile
secondo un passo che può essere
uguale, minore o maggiore di quello
delle viti laterali di guida. Sotto la
macchina sono pure esposte le ruote
con i diversi passi per la filettatura
scelta.
Leonardo da Vinci
Trivella
La trivella a doppio movimento
fu pensata da Leonardo ancor
prima del suo arrivo a Milano,
questo congegno permette di
scavare in profondità: con la
barra superiore si gira la
trivella per farla affondare
nel terreno, mentre con la
seconda barra essa torna in
dietro senza ruotare
portando con se' la terra che
vi si e' raccolta sopra.
Leonardo da Vinci
Macchina per intagliare le lime
E' una delle prime macchine da lavoro
disegnate da Leonardo ancora prima di
arrivare a Milano. La lima viene incisa dai
colpi di un martello tagliente, il cui
movimento è coordinato a quello del
sostegno della lima stessa attraverso un
ingranaggio e una vite azionati dalla
caduta graduale di un peso. Una ruota
esterna serviva per ricaricare il tamburo
dove si avvolgeva la corda che sosteneva
il peso.
Leonardo da Vinci
Macchina per la
molatura degli specchi
La rotazione della manovella
imprimerà ai due piatti sottostanti
(piccolo = superficie da levigare;
grande = abrasivo) una levigazione
della superficie dello specchio;
questa è soggetta infatti a due
rotazioni, una sul proprio asse,
l'altra su tutta la superficie
dell'abrasivo
Età contemporanea
In questo periodo si sviluppano le tecniche di lavorazione grazie allo
sfruttamento delle risorse fornite dalla natura per produrre energia.
Cenni storici
•1775: prima alesatrice per superfici cilindriche interne (John
Wilkinson);
•1794: tornio parallelo per filettature (Henry Maudslay);
•1798: prima produzione in serie sfruttando le cosiddette maschere di
limatura che permettono la realizzazione di pezzi limati a mano con
dimensioni e caratteristiche praticamente identiche (Eli Whitney);
•1830: realizzazione di diversi strumenti di misura che garantiscono una
precisione dell'ordine di un centomillesimo di millimetro e consentivano
la produzione in serie di articoli con parti sostituibili (Joseph
Whitworth);.
Cenni storici
Nel XIX secolo le comuni macchine utensili (torni, limatrici, piallatrici,
rettificatrici, segatrici, fresatrici, trapanatrici, alesatrici) raggiunsero
un buon grado di precisione ed ebbero ampia diffusione nei paesi
industrializzati.
Macchine utensili più grandi e precise furono costruite nei primi anni del
XX secolo: a partire dal 1920 iniziò la produzione di macchine
specializzate, che consentivano una produzione di serie a basso costo,
potevano essere utilizzate anche da manodopera non specializzata, ma
erano poco flessibili e non adatte alla lavorazione di prodotti
differenziati o a cambiamenti di produzione. Per ovviare a questa
limitazione, a partire dal 1950 si iniziò a progettare macchine utensili
altamente versatili e precise, sempre più spesso comandate da una
centrale computerizzata (le cosiddette macchine a controllo numerico, o
digitale).
Cenni storici
Esempio di un reparto tranciatura lamiere per la lavorazione di caricatori
alla Metallurgica Tempini di Brescia, secondo decennio del Novecento.
Macchine utensili
convenzionali
•Limatrice
•Piallatrice
•Fresatrice
•Trapano e alesatrice
•Rettificatrice
•Segatrice
•Tornio
Limatrice
- macchina a moto rettilineo
alternativo usata solo per realizzare
superfici piane;
- l'utensile avanza sul pezzo fisso ed
esegue un taglio; nella corsa di ritorno
retrocede alla posizione di partenza,
dopo aver compiuto un piccolo
spostamento laterale
- macchina robusta, adatta per
sgrossatura con asportazione di una
quantità rilevante di materiale
- macchina relativamente lenta
- poco adatta a lavorazioni di grande
serie ma utile in piccole officine per
lavori di sgrossatura
Piallatrice
- utilizzata per spianare le
superfici di pezzi di grandi
dimensioni, è la più grande
delle macchine utensili a moto
alternativo
- simile alla limatrice ma in
questo caso il pezzo si muove e
l’utensile è fisso
- se al piano di lavoro si
contrappone, a un'altezza
regolabile, un altro piano si
ottiene la cosiddetta
piallatrice a spessore
Fresatrice
- il pezzo avanza contro un
utensile rotante a taglienti
multipli, disposti
simmetricamente rispetto all'asse
di rotazione
- la tavola portapezzo consente
movimenti longitudinali,
trasversali e verticali, ma può
anche essere dotata di movimento
rotatorio
- ampia varietà di lavorazioni
compresa produzione di ruote
dentate
Rettificatrice
- lavorazione di finitura superficiale,
consiste nell'asportazione di piccole
quantità di materiale dal pezzo;
- azione identica a quella della fresa, ma lo
strumento rotante è costituito da una
moltitudine di piccoli grani abrasivi, ognuno
dei quali agisce come un utensile in
miniatura;
- assicura finitura estremamente precisa.
Trapano e alesatrice
Il pezzo sta fermo mentre l'utensile
(punta elicoidale) si muove
contemporaneamente di moto
rotatorio (movimento di taglio) e
traslatorio (avanzamento); sono
macchine molto versatili e possono
avere le dimensioni e le forme più
varie
Il pezzo sta fermo mentre l'utensile si
muove di moto traslatorio (avanzamento
verso il basso) e rotatorio (movimento di
taglio). L'alesatura è una lavorazione con
la quale si allargano fori già esistenti,
principalmente allo scopo di migliorarne il
grado di finitura.
Segatrice
Le segatrici a motore si dividono in tre categorie principali, a seconda del
tipo di utensile utilizzato per il taglio:
- alternative: hanno un utensile a lama dentata
diritta, tesa fra le estremità di un telaio, per il
taglio di barre, tubi ecc.;
- circolari: l'utensile, un disco rotante a bordo
dentato, serve a eseguire il taglio, ma può
essere utilizzato anche per praticare
scanalature diritte (usato in falegnameria);
- a nastro: sono dotate di un lungo nastro
d'acciaio, chiuso ad anello e teso fra due ruote
(di cui una motrice) ad assi paralleli (per
tagliare materie plastiche rigide).
Sega circolare
Tornio
- la macchina a moto rotatorio,
funziona tenendo in rotazione
il pezzo rispetto all’utensile
fisso;
- l'utensile può essere fatto
avanzare parallelamente o a
varie angolazioni rispetto
all'asse di rotazione, in modo
da produrre superfici
cilindriche o coniche.
- può essere usato anche per
produrre superfici piane, per
forare, alesare o filettare.
Utensili
◊ Poiché il processo di taglio (ovvero il distacco di una parte di materiale sotto
forma di truciolo) comporta intense sollecitazioni meccaniche e forte attrito,
con conseguente grande produzione di calore, i materiali con cui sono realizzati
gli utensili devono possedere requisiti:
- resistenza meccanica
- tenacità
- durezza
- limitata sensibilità alle alte
temperature
◊ Materiali più utilizzati:
- acciai al carbonio e rapidi
- carburi di tungsteno
- diamante
- materiali ceramici
Macchine utensili non
convenzionali
•Laser
•Scarica elettrica
•Elettrochimica
•Ultrasuoni
•Plasma
Laser
Le macchine a raggio laser
operano servendosi di un fascio
di luce coerente di estrema
precisione e alta potenza per
vaporizzare del materiale in
eccesso: sono particolarmente
adatte per eseguire fori di
grande precisione, anche su
materiali ceramici e su spessori
molto sottili, senza deformare
il pezzo ed eseguono la
saldatura di fili sottilissimi
senza danneggiarli.
Scarica elettrica
Le macchine a scarica elettrica, note
anche come macchine a elettroerosione,
impiegano energia elettrica per
asportare materiale dal pezzo senza
toccarlo. Una corrente elettrica
pulsante ad alta frequenza genera fra la
punta dell'utensile e il pezzo una serie
di sottili archi elettrici che vaporizzano
piccole zone della superficie. Poiché non
eseguono azione di taglio, queste
macchine lavorano con estrema
precisione, e consentono di ottenere
forme non realizzabili con altri tipi di
lavorazione.
Elettrochimica
Anche le macchine elettrochimiche
impiegano energia elettrica per
asportare materiale. In una soluzione
elettrolitica si pone il pezzo da
lavorare, che deve essere di un
materiale conduttore, con funzione di
anodo, mentre il catodo funge da
utensile. Una differenza di potenziale
applicata agli elettrodi genera una
corrente di bassa tensione e forte
intensità, che dissolve il metallo e lo
elimina dal pezzo. Con questo
procedimento si possono eseguire
svariate operazioni, quali l'incisione, la
tracciatura, la foratura e la fresatura.
Le macchine a ultrasuoni impiegano
vibrazioni ad alta frequenza e piccola
ampiezza per eseguire fori e cavità
varie. Un utensile di materiale
relativamente tenero,
preventivamente sagomato in
negativo, cioè a forma speculare
rispetto a quella che si vuole
produrre nel pezzo, viene messo in
vibrazione contro il pezzo stesso; tra
quest'ultimo e l'utensile viene
interposta una sospensione acquosa
di polvere abrasiva, in modo che
l'azione abrasiva delle particelle di
polvere eserciti gradualmente
l'operazione di erosione della
superficie. Con queste macchine si
possono lavorare materiali duri come
acciaio temprato, carburo metallico,
rubino, quarzo, diamante e vetro.
Ultrasuoni
Plasma
Nelle macchine al plasma, impiegate
nell'industria meccanica per tagliare,
saldare trattare termicamente un
pezzo, una scarica elettrica,
attraversa un gas e gli fa cambiare
stato che diventa plasma. Per effetto
dell’elevata temperatura (~20000°C)
il materiale fonde o vaporizza e viene
asportato.
Tornio
Riprendiamo ora il discorso sulle tecniche di lavorazione convenzionali per
approfondire la trattazione riguardo il tornio.
In principio i torni erano azionati manualmente o tramite pedali
Tornio
Questo è un esempio di uno dei primi torni,
utilizzato per filettare le viti
Tornio di Witworth
Tornio
Dal 1770 furono costruiti i primi esemplari di macchine utensili moderne,
grossolane e poco numerose ma con precisioni di lavoro mai viste prima.
Questo è un esempio che raffigura un tornio utilizzato per l’alesatura dei
cilindri. È uno dei primi macchinari usati per la lavorazione dei metalli.
Tipo di tornio
(Wilkinson)
Tornio
Le prime macchine utensili moderne furono il trapano ed il
tornio. Uno sviluppo importante si ebbe con l'applicazione del
vapore: il tornio a vapore di Maudslay (1800) concorse alla
costruzione delle navi in ferro e delle locomotive. La
fabbricazione industriale di macchine utensili si affermò a
metà Ottocento negli Stati Uniti per rispondere alle esigenze
dell'industria delle armi, avviando la produzione di massa in
serie. In Italia gli sviluppi furono lenti, anche perché tardarono
ad imporsi i concetti di normalizzazione e di unificazione:
venivano quindi realizzate macchine legate ad esigenze
specifiche.
Tornio
Sin dall'Ottocento, specie in Piemonte e Lombardia, iniziò la
produzione di torni, fresatrici, trapani, da parte
della Züst a Intra, Pensotti a Busto Arsizio, Franchi a
Brescia.
I criteri di qualità, efficienza, unificazione furono dettati
da enti sorti in Italia su modello americano (come, per
esempio, l'American Standard Association) o internazionali
(International Electrotecnical Association). Merita di
essere ricordato l'Uni, sorto nel 1921 come Comitato per
l'Unificazione dell'industria meccanica.
Sino all'introduzione del controllo numerico in Italia era
nettamente prevalente la costruzione di macchine generiche
semplici e poco costose, utilizzate in officine collegate ad
aziende dei vari settori; più raro era il caso di macchine
speciali, costruite su misura.
Tornio
Esempio di uno dei
primi torni elettrici
A = motore elettrico potenza 90 W; B = trasmissione; C = pinola della testa;
D = Mandrino autocentrante a tre griffe; E = viti a cava esagonale della
testa; F = leva per spostamento della pinola; G = spina a testa esagonale; H =
carrello; K = guide longitudinali del carrello; I = vite di manovra longitudinale;
J = volantino della vite longitudinale; L = vite di bloccaggio del carrello; M =
slitta trasversale; N = volantino della slitta trasversale; 0 = guide della slitta
trasversale; P = portautensili; Q = vite per il fissaggio del portautensili alla
slitta; R = controtesta (supporto della contropunta; S = vite per il bloccaggio
di R; T = cannotto della contropunta; U = volantino per la manovra di T; V =
vite per il bloccaggio di T; Z = contropunta rotante.
Tornio
In principio il funzionamento era completamente manuale.
Successivamente, con l’invenzione della macchina a vapore, sono
stati costruiti i primi esemplari con il motore che garantiva potenze
nettamente superiori e velocità di lavorazione maggiori garantendo
la lavorazione di materiali duri e tenaci come i metalli.
Il miglioramento delle tecnologie fece sì che le macchine per
l’asportazione di truciolo e le relative qualità delle lavorazioni
migliorassero. Fu così possibile costruire pezzi meccanici sempre
più precisi e con tempi di produzione sempre minori.
La produzione in serie garantita da queste macchine fece
aumentare le produzioni, diminuendo i costi.
Evoluzione
L’evoluzione del tornio è dovuta anche al miglioramento dei singoli componenti:
◊ Motore:
dal motore “manuale” al motore elettrico → si incrementa la velocità e la potenza
aumenta notevolmente. Le dimensioni
rimangono ridotte.
◊ Mandrino:
dal “primitivo” ad autocentrante → si incrementa la facilità di montaggio del grezzo
e un miglioramento delle tolleranze dimensionali
e geometriche
◊ Guide:
da semplici appoggi a guide lineari → accoppiate con cuscinetti e viti a sfere si
incrementano le precisione, la capacità di
sopportare carichi elevati e velocità di
spostamento
Evoluzione
◊ Contropunta:
da fissa a rotante → migliora la lavorazione perché, grazie anche alle guide, si ha
maggiore centratura con conseguente diminuzione di
sollecitazioni sul pezzo che ruota
◊ Basamento:
da “leggero” a blocco in ghisa → assorbe le vibrazioni con conseguente diminuzione
del rumore; maggiormente stabile garantendo
migliore qualità e possibilità di incrementare la
potenza
◊ Sicurezza:
da “aperto” a protetto → con l’introduzione di strutture di protezione è stato
possibile avere maggiori potenze e velocità di rotazione
garantendo condizioni di lavoro sicure per l’operatore
Evoluzione
◊ Utensili:
miglioramento del materiale → permette l’incremento delle velocità di lavorazione,
facilità di taglio e migliore finitura; ciclo di vita
dell’utensile maggiore
◊ Fluidi da taglio:
la loro introduzione → permette l’incremento delle velocità di lavorazione,
facilità di taglio e migliore finitura; ciclo di vita
dell’utensile maggiore e riduce le temperature di lavorazione
diminuendo la possibilità di alterare le caratteristiche del
materiale del pezzo
◊ Controllo:
Da manuale a controllo numerico → l’introduzione dell’elettronica e dell’informatica
permette maggiori velocità di lavorazioni,
incrementa la precisione, consente la gestione di
più utensili nell’ambito di una stessa lavorazione
Evoluzione
◊ Flessibilità:
Utilizzo attrezzature alternative → grazie all’impiego di lunetta, ghiere di
precisione, mandrini particolari è possibile
diminuire ulteriormente le tolleranze ed
effettuare lavorazioni particolari
Ghiera
Mandrino a cremagliera
Lunetta
Evoluzione
Evoluzione
Nello schema precedente è evidenziato il passaggio da un tornio
“semplice”, con controllo manuale e senza particolari evoluzioni, ad
un tornio con caratteristiche particolari.
1) Tornio “semplice” con alimentazione elettrica, potenza media,
controllo manuale, mandrino e contropunta “base”. Adatto per
lavorazioni semplici e per piccole produzioni;
2) Tornio elettrico multifunzione, con regolazione di velocità
manuale, con possibilità di effettuare fori, troncature e
smerigliature grazie a particolari attrezzature
Evoluzione
3) Tornio parallelo elettrico con controllo numerico CNC, con
lavorazione chiusa, percorso ad autoapprendimento del primo pezzo e
ripetizione in automatico, gli assi longitudinale e trasversale sono
comandati da motori in C.A. a mezzo di viti a circolazione di sfere, il
mandrino ha la variazione continua di velocità, lavorazioni con
interpolazioni lineari per torniture coniche , circolari per torniture
sferiche
4) Centro di lavoro, con 12 assi, 2 mandrini, 20 utensili utilizzabili di
cui 14 motorizzati, elevata potenza e velocità, elevata flessibilità,
assorbe vibrazioni grazie al solido basamento, per grandi produzioni.
Sicuro e di facile accesso per l’operatore e per la manutenzione.
Evoluzione
Queste caratteristiche sono sempre più frequenti nei torni
industriali. Queste innovazioni vengono impiegate anche nelle altre
macchine utensili, dalle fresatrici ai centri di lavoro, per ottenere
lavorazioni sempre più precise e veloci rendendo le produzioni sempre
più efficienti e il mercato sempre ricco di imprese competitive. Oltre
allo sviluppo della lavorazione è sempre importante il lavoro di
sviluppo riguardante i sistemi di sicurezza, per permettere agli
operatori di lavorare al meglio, senza rischi.
Domani?
Lo sviluppo di queste macchine continuerà in questa direzione:
la ricerca di qualità e prestazioni sempre migliori per rimanere
al passo con le richieste del mercato senza mai trascurare
sicurezza.