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Deformazione Plastica: Processi di Forgiatura, Estrusione, Trafilatura e Laminazione, Dispense di Ingegneria dei Materiali

Nel seguente corso sono state descritte le diverse lavorazioni con cui vengono realizzati i materiali

Tipologia: Dispense

2021/2022

Caricato il 10/08/2023

Alessandra22_
Alessandra22_ 🇮🇹

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DEFORMAZIONE PLASTICA NEW FORMAT
SLIDE 38
Le deformazioni plastiche sono permanenti (non scompaiono al cessare dell'applicazione del carico, come le
deformazioni elastiche) MODULO DI YOUNG: SIGMA = E * EPSILON
In campo elastico esiste una corrispondenza biunivoca tra tensioni e deformazioni. Non così in campo plastico poiché
al fine di valutare lo stato di deformazione non è più sufficiente conoscere il campo tensionale, ma è necessario
analizzare l'intera storia di carico che ha portato allo stato tensionale finale (deformation path) FUNZIONE NON
LINEARE.
SULLA CLASSIFICAZIONE DEL MATERIALE HA DETTO SOLO CHE è IMPORTANTE (SLIDE 40).
MENTRE SULLA FORGIATURA HA SEMPLICEMENTE SKIPPATO MOLTE SLIDES.
Quando ho una forgiatura su stampi chiusi e vado iniettando sempre più materiale alla fine dell’operazione avrò un
carico sempre maggiore.
SLIDE 69 - COSTI MATERIALI
Nella forgiatura abbiamo un costo iniziale che corrisponde al
costo degli stampi (significativo). Mentre nel DIE-CASTING
inizia a scendere il costo per numeri di pezzi, nella forgiatura
rimane più o meno costante, dovuto ad esempio ai costi per
ogni prova del riscaldamento del materiale. Inoltre la
forgiatura come tutte le formature a calda non produce
oggetti end-shape o near end-shape.
SLIDE 70 - RING TEST
Applicazione della forgiatura per determinare il parametro del coefficiente di attrito.
Si basa sull’osservazione della deformazione di anelli a simmetria assiale cui è imposta una riduzione in altezza.
Quello che posso fare è effettuare più step, definendo un indice i che corrisponde alla differenza tra il diametro
iniziale e finale interno per ogni step e faccio una serie di simulazione. Impostando un coefficiente di attrito sempre
diverso. Ciò che ottengo è tipo un abaco, una legenda di come cambiano le curve al variare del coeff. di attrito (a
caldo).
Vado successivamente a fare la mia prova sperimentale e cerco di comparare la curva ottenuta con una di quelle
dell’abaco.
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DEFORMAZIONE PLASTICA NEW FORMAT

SLIDE 38

Le deformazioni plastiche sono permanenti (non scompaiono al cessare dell'applicazione del carico, come le deformazioni elastiche)  MODULO DI YOUNG: SIGMA = E * EPSILON In campo elastico esiste una corrispondenza biunivoca tra tensioni e deformazioni. Non così in campo plastico poiché al fine di valutare lo stato di deformazione non è più sufficiente conoscere il campo tensionale, ma è necessario analizzare l'intera storia di carico che ha portato allo stato tensionale finale ( deformation path )  FUNZIONE NON LINEARE. SULLA CLASSIFICAZIONE DEL MATERIALE HA DETTO SOLO CHE è IMPORTANTE ( SLIDE 40 ). MENTRE SULLA FORGIATURA HA SEMPLICEMENTE SKIPPATO MOLTE SLIDES. Quando ho una forgiatura su stampi chiusi e vado iniettando sempre più materiale alla fine dell’operazione avrò un carico sempre maggiore.

SLIDE 69 - COSTI MATERIALI

Nella forgiatura abbiamo un costo iniziale che corrisponde al costo degli stampi (significativo). Mentre nel DIE-CASTING inizia a scendere il costo per numeri di pezzi, nella forgiatura rimane più o meno costante, dovuto ad esempio ai costi per ogni prova del riscaldamento del materiale. Inoltre la forgiatura come tutte le formature a calda non produce oggetti end-shape o near end-shape.

SLIDE 70 - RING TEST

Applicazione della forgiatura per determinare il parametro del coefficiente di attrito. Si basa sull’osservazione della deformazione di anelli a simmetria assiale cui è imposta una riduzione in altezza. Quello che posso fare è effettuare più step, definendo un indice i che corrisponde alla differenza tra il diametro iniziale e finale interno per ogni step e faccio una serie di simulazione. Impostando un coefficiente di attrito sempre diverso. Ciò che ottengo è tipo un abaco, una legenda di come cambiano le curve al variare del coeff. di attrito (a caldo). Vado successivamente a fare la mia prova sperimentale e cerco di comparare la curva ottenuta con una di quelle dell’abaco.

QUESTO TIPO DI TEST VALE PER PREVEDERE IL COEFF. DI ATTRITO IN PROCESSI PER GENERAZIONE BULK FORMING

(governata da tensioni di compressione), il comportamento delle lamiere non va bene in quanto è governata da tensioni di trazioni.

SLIDE 76 - ESTRUSIONE

Questo processo consiste nello spingere il materiale fuso tramite un pistone in una “guida” alla cui fine è progettata un restringimento. L’ESTRUSIONE PUÒ ESSERE CLASSIFICATA IN:

  1. Diretta  il pistone spinge il materiale fuso
  2. Inversa  spingo direttamente l’utensile, il movimento del materiale è opposta a quella dell’utensile
  3. Idrostatica  si sfrutta la pressione di un liquido Il processo di estrusione viene generalmente considerato come stazionario : il flusso del materiale avviene in condizioni di assoluta stazionarietà, con campi di tensione e di deformazione costanti nel tempo. Anche il carico richiesto per effettuare la lavorazione si mantiene sostanzialmente costante È UN PROCESSO CHE PUÒ ESSERE FATTO A CALDO ED A FREDDO, valgono sempre le solite considerazioni sulla migliore qualità del materiale ma con la necessità di un carico molto alto. CONCETTO DI ZONA MORTA: io posso fare l’estrusione anche senza la presenza di un invito conico, quindi con le pareti finali perfettamente dritte. ma quello che si verifica è che il materiale bloccato in tali zone non è soggetto in realtà a prove di estrusione, rimanendo fermo e non riuscendo a estrudersi (non c’è la tensione di taglio tau).

SLIDE 81 - SCELTA DELL’ANGOLO DI CONICITÀ

Ci sono due fenomeni contrastanti. La prima è l’energia di distorsione ottenuta sempre come l’integrale di sigma depsilon. L’energia di distorsione cresce al cresce dell’angolo di conicità (90° massima), infatti il materiale inizia a scorrere su sé stesso, causando un aumento di tau. Di contro però al crescere dell’angolo alfa, crescerà anche la lunghezza della matrice che impone un suo attrito, che disperderà energia (curva con verso opposto rispetto la precedente). Per trovare la pressione a cui è soggetto il materiale flusso sfruttiamo una pressione media: Ma la Pav non è facilmente calcolabile, in quanto la pressione è variabile e dipende dal tratto della matrice che stiamo considerando. Posso anche fare più step e trovare la corrispondente sigma average:

       ave n n n C n C n     (^)    (^1 2 ) 2 1 1 1 2 εtot =ln

A 0

Afinale )^

σ ave =

εtot

0 εtot

n

dε =

ε tot [^

n + 1

n + 1 ] 0

εtot

Cεtot

n

n + 1

pave = σave ( 0. 8 + 1. 2 ⋅ εtot )

Il rapporto delle due A è chiamato rapporto di trafilatura. n è l’incrudimento del materiale  più grande è questo valore, più posso spingermi oltre, la condizione limite diventa meno rigida. SOLIAMENTE CI SONO PIÙ FASI DI TRAFILATURA SUCCESSIVE PER RIDURRE SEMPRE DI PIÙ IL DIAMETRO. PER EVITARE ROTTURA È BENE AVERE DELLE FASI DI RICOTTURA.

SLIDE 100 - LAMINAZIONE

La laminazione è una lavorazione per deformazione plastica che riducono lo spessore di una piastra o di una lamiera mediante l'azione di due rulli i quali ruotano alla stessa velocità angolare ma con verso opposto. LAMINAZIONE SU TAVOLA PIANA (FLAT ROLLING). Ho due rulli i quali ruotano alla stessa velocità angolare ma con verso opposto, che nel loro movimento trascinano la lamiera. Le generatrici dei rulli sono praticamente rettilinee. La lavorazione viene condotta sia a caldo che a freddo indipendentemente che si tratti di un'operazione di sgrossatura o di una operazione di finitura. Se i rulli hanno profili non perfetti, il laminato avrà un profilo non perfetto. DOMANDA D’ESAME: PERCHÉ E IN QUALI CONDIZIONI POSSO TRASCURARE IL RITORNO (CHE IN TEORIA CI SONO) E PERCHÉ NELLE LAVORAZIONI BULK NON MI INTERSSANO? Nello sheet forming devo considerare il ritorno. Ci sono due motivi:

  1. il primo è che nel BULK FORMING la deformazione plastica impressa è enorme, 300, 400% e quindi il ritorno dello 0.2 lo posso trascurare facilmente.
  2. Inoltre nel BULK FORMING le deformazioni sono fatte a caldo e quindi le deformazioni sono ancora più considerevoli I PROCESSI IN CUI DEVO TENERE CONTO DEL RITORNO ELASTICO SONO QUELLI A FREDDO E POI NELLA LAMINAZIONE, DI SOLITO NEGLI ULTIMI STADI. FINE RISPOSTA.

SILDE 103 - FLAT ROLLING

Nel movimento della lamiera in contatto con i due rulli esso sarà soggetto a delle forze. Nel suo movimento ci sarà un punto detto neutro , nel quale la velocità del movimento è esattamente quella dei rulli.  Prima di questo punto la velocità è minore di quella dei punti e la forza di attrito trascina la lamiera.Dopo questo punto la velocità è maggiore di quello dei rulli, provocando un fenomeno di rifiuto. BISOGNA FARE IN MODO CHE LE AZIONI DI TRASCINAMENTO SIANO MAGGIORI DI QUELLE DI RIFIUTO. L’IMPORTANTE è CHE LA SEZIONE NEUTRA SIA CONTENUTA ENTRO L’ARCO DI ABBRACCIAMENTO. Se diminuisce l’attrito, per esempio per un lubrificante, la sezione neutra si sposta verso l’uscita. Viceversa, se aumenta la sezione neutra si sposta verso l’ingresso. CONDIZIONE DI LAVORO PREFERIBILE: Larghezza del laminato molto grande rispetto allo spessore (b/h è di norma molto maggiore di 10), IL CONCETTO è CHE IL LAMINATO DEVE ESSERE GIÀ LARGO. SEZIONE DI INGRESSO A-A: portata di materiale = Vibihi SEZIONE DI USCITA B-B: portata di materiale = Vubuhu. Con b/h>10 le forze di attrito agenti nella direzione della larghezza del laminato e la reazione della lamiera non ancora laminata si oppongono ad un allargamento in tale direzione. NON SI ALLARGA possibile ammettere bi=bu. LA CONDIZIONE SULL’AUMENTO DELLA VELOCITÀ LUNGO L’ARCO DI ABBRACCIAMENTO SI PUÒ VEDERE IN QUANTO: Vi * Hi = Vf *Hf  variando l’altezza, deve variare anche la velocità Hfinale < Hiniziale. CONDIZIONE DI TRASCINAMENTO: (^) tg α < μ