Tecnologia lavorazione dei materiali

Lavorazione dei  materiali
Le lavorazioni hanno lo scopo di cambiare la forma o le caratteristiche di un materiale, seguendo tutte le indicazioni prescritte da un disegno. Le lavorazioni con le quali si ottengono prodotti finiti si possono suddividere in tre grandi categorie:

• Lavorazioni manuali: Sono effettuate dall’uomo, in modo artigianale con l’ausilio di macchine e attrezzi che facilitano l’esecuzione di alcune fasi particolari.
• Lavorazioni a macchina: Sono effettuate con il fondamentale utilizzo di macchine operatrici e limitati interventi dell’uomo(montaggio dei pezzi, avvio delle macchine e controllo della lavorazione).
• Lavorazioni automatiche: Sono effettuate dalle macchine operatrici dotate di automatismi che provvedono al montaggio dei pezzi, al controllo della lavorazione e dell’intero processo. 

Le lavorazioni dei materiali metallici si possono distinguere in:

• Lavorazioni a caldo: Sono quelle effettuate senza asportazione di truciolo modellando il materiale dopo averlo riscaldato a una certa temperatura; quelle più frequenti sono:
• Fusione: il metallo viene portato allo stato liquido e colato in una forma che riproduce la geometria del pezzo da ottenere; la forma può essere ottenuta con una particolare terra da fonderia (fusione in terra) o in metallo (fusione in conchiglia);
• Fucinatura: il materiale viene riscaldato fino ad acquistare migliori caratteristiche di deformabilità plastica e quindi lavorato con maglio o pressa oppure con i processi di laminazione, trafilatura ed estrusione.
• Lavorazioni a freddo: Sono quelle effettuate a temperatura ambiente e si dividono in lavorazioni con asportazioni di truciolo e lavorazioni per deformazione plastica. Le principali lavorazioni a freddo, effettuate con asportazione di truciolo mediante opportuni utensili, sono:
• Lavorazioni al banco;
• Foratura, alesatura e filettatura a mano;
• Tornitura, fresatura e rettificatura;
• Saldatura
• Lavorazioni della lamiera.

Tra le lavorazioni a freddo eseguite per deformazione plastica le più significative sono lo stampaggio, la piegatura e la tranciatura delle lamiere.

Lavorazioni al banco
Si chiamano lavorazioni al banco tutte quelle operazioni effettuate con l’ausilio di un banco di lavoro per il fissaggio del pezzo (morsa) e l’appoggio di attrezzi e strumenti.
Caratteristici banchi di lavoro sono:

• Banco da falegname, per la lavorazione del legno; banco di aggiustaggio, con la morsa parallela, per la lavorazione dei materiali metallici.

Le lavorazioni al banco dei materiali metallici, sono dette comunemente lavorazioni di aggiustaggio,hanno particolare importanza nella preparazione, nel ritocco di finitura e nel montaggio di oggetti di ogni genere  in questo contesto le operazioni normalmente eseguite sono:

• Tracciatura;
• Limatura;
• Scalpellatura
• Taglio a mano col seghetto
• Foratura  al trapano (da banco)
• Alesatura
• Filettatura
• Sbavatura

Queste operazioni sono, in genere, affidate a personale specializzato, perché richiedono capacità d’interpretazione dei disegni.
Anche pezzi costruiti in serie con macchine utensili automatiche, che per loro natura dovrebbero essere prodotti finiti, possono richiedere interventi di aggiustaggio finale che per  motivi di convenienza o di precisione, vengono eseguiti a mano
Ciclo di lavorazione
Prima di procedere all’esecuzione delle lavorazioni necessarie per ottenere un oggetto è opportuno elaborare un ciclo di lavorazione. Si chiama ciclo di lavorazione la successione delle operazioni da compiere per ottenere un oggetto finito.
La stesura del ciclo di lavorazione va effettuata con la massima attenzione per individuare la giusta successione delle operazioni, che richieda il minor tempo e minor costo. In un ciclo di lavorazione i principali fattori da prendere in considerazione sono:

• Forma e dimensioni del pezzo
• Tipo di materiale da lavorare
• Finitura superficiale richiesta
• Macchine, attrezzature e utensili utilizzati
• Numero di oggetti da produrre

Foratura
La foratura è una lavorazione per asportazione di truciolo con la quale si ottengono i fori. Essa consiste nell’asportare il materiale sotto forma di truciolo mediante l’utilizzo di un utensile, denominato punta elicoidale, montato su una macchina chiamata trapano. 
I fori vengono definiti passanti quando attraversano tutto il pezzo oppure ciechi se sono effettuati per una profondità inferiore allo spessore dell’oggetto su cui sono eseguiti. Gli elementi che costituiscono una punta elicoidale sono:

• Il codolo (corpo conico o cilindrico posteriore)
• Corpo cilindrico nel quale sono ricavate due scalmanature opposte;
• Spigoli taglienti inclinati di 120° rispetto all’asse della punta e di 30° rispetto al piano di lavoro.

I principali tipi di punte elicoidali sono:

• Punte per fori da centri; sono punte molto corte di piccolo diametro utilizzate per iniziare la foratura senza la necessità  della marcatura del centro con il bulino.
• Punte elicoidale con codolo cilindrico; vengono montate su un mandrino autocentrante e utilizzate per fori normali. Richiedono, per l’inizio della lavorazione, un posizionamento preciso ottenuto mediante la marcatura del centro col bulino. Il diametro di foratura ottenibile con una passata non deve superare i 12 mm circa. Per fori più grandi occorre procedere a più forature successive con punte di diametro crescente.

Durante la lavorazione di foratura occorre raffreddare la punta elicoidale con acqua e olio emulsionato affinché non perda le sue caratteristiche di durezza. Questa operazione viene detta lubrificazione. Alcuni materiali però come la ghisa e il bronzo, hanno la proprietà di formare trucioli corti e segmentati che si impastano facilmente e bloccano la punta. In questi casi si evita il problema rallentando la lavorazione oppure, lubrificando con petrolio.
Il trapano
Il trapano è una macchina utensile ad asportazione di truciolo, utilizzata per l’esecuzione dei fori. Quest’operazione viene ottenuta quando l’utensile è dotato dei seguenti moti:
moto di taglio: è il moto di rotazione circolare uniforme trasmesso alla punta elicoidale dal motore del trapano;esso garantisce l’azione di asportazione del truciolo e varia in funzione del materiale da lavorare, e del diametro della punta.
Moto di avanzamento:è il moto di penetrazione nel materiale trasmesso dalla punta a mano dall’operatore; esso garantisce la continuità della formazione del truciolo e dipende dal materiale da lavorare, dal materiale della punta e dalla finitura superficiale della lavorazione.
Durante l’esecuzione di fori profondi su materiali teneri, che danno origine a trucioli continui, si effettua ogni tanto l’interruzione del moto di avanzamento per provocare la rottura del truciolo e la sua espulsione dal foro.
Trapani sensitivi
Sono trapani in cui il moto di avanzamento è ottenuto  solo manualmente dall’operatore che, agendo su una leva, determina l’avanzamento della punta elicoidale. Possono essere di tipo leggero (trapani da banco) o pesante (trapani a colonna). Le parti che compongono un trapano sensitivo sono:

• Testa motrice, per la trasmissione e la variazione del moto di rotazione della punta elicoidale.
• Cinghia per la trasmissione del moto;
• Leva di manovra per il moto di avanzamento della punta elicoidale.
• Canotto mandrino, portautensili;
• Punta elicoidale, fissata con codolo conico direttamente sul canotto o mediante mandrino autocentrante;
• Mensola, per l’appoggio del pezzo da forare,bloccato con staffe o con ausilio di una morsa, può muoversi verticalmente per regolare la distanza tra pezzo e punta;
• Colonna o montante di sostegno nella testa motrice e della mensola;
• Basamento, per l’appoggio e il sostegno dell’incastellatura;
• Motore.

Moto di lavoro
Il motore trasmette il suo moto al mandrino mediante una cinghia che collega il cono di pulegge posteriore solidale sull’albero motore al cono di pulegge di testa,solidale sull’albero mandrino.
Variando per mezzo della cinghia il collegamento tra i due coni di pulegge varia il numero di giri del mandrino che viene scelto in base al foro da eseguire e al materiale da lavorare.