Esame di Maturità 1969 - Sessione unica
2^ Prova scritta - Tecnologia Meccanica
Specializzazione Industrie Metalmeccaniche
 

 
  Si vuole spianare, mediante fresa frontale a lame riportate in carburi metallici, una piastra di acciaio avente carico unitario di rottura a trazione di 500 N/mmq, larga 180 mm, lunga 400 mm, con sovrammetallo di 4 mm, da asportare in una sola passata di sgrossatura.
La fresatrice da impiegarsi ha 8 velocità angolari del mandrino secondo la serie di Renard R5 a partire da n1 = 25 giri/min e 8 velocità di avanzamento della tavola secondo la serie di Renard R10 a partire da Va (1) = 200 mm/min.

Il candidato, fissati gli eventuali elementi mancanti, determini:

1. i valori delle velocità angolari del mandrino e delle velocità di avanzamento della tavola;
2. le condizioni di lavoro più appropriate;
3. la potenza di taglio assorbita dall'utensile e il tempo di lavoro, supponendo un piazzamento della fresa centrato con l'asse longitudinale del pezzo.

Durata massima della prova: 6 ore.

 
     
  Soluzione:
Calcolo delle velocità angolari del mandrino.

Dalla tabella dei numeri normali (UNI 2016) o dal manuale del Perito Industriale (pag.121 ediz.1991) si ricavano direttamente le 8 velocità angolari del mandrino scalate secondo la serie di Renard R5:

25 - 40 -63 -100 -160 - 250 - 400 - 630 giri/min.

Calcolo delle velocità di avanzamento della tavola

In modo analogo si ricavano le 8 velocità di avanzamento della tavola scalate secondo la serie di Renard R10:

200 - 250 - 315 - 400 - 500 - 630 - 800 - 1000 mm/min

Calcolo del diametro della fresa

Dai dati riportati a pag. 430 si ricava che il diametro teorico della fresa deve risultare:

D = 5/3 L  = 5/3 x 180 = 300 mm

Da catalogo di una Casa costruttrice di frese (o dal manuale del perito Industriale a pag. 1369 - ediz. 1991) si rileva che si dovrà adottare il diametro D = 320 mm con Z = 16 e γ= 12°

Calcolo del numero di giri della fresa

Dalla tabella 9.5 si rileva che per frese a lame riportate di carburi metallici sinterizzati di qualità P 20 (adatta al materiale da lavorare) si può scegliere per la sgrossatura:

Vt = 100 m/min               az = 0,25 mm/dente

Di conseguenza si ha:

n =  1000 x Vt / π D =  1000 x 100 / 3.14 x 32  ~ 100 giri / min (disponibile)

Calcolo della velocità di alimentazione

Va = az x Zn = 0,25 x 16 x 100 = 400 mm/min (disponibile)

Si noti che avendo adottato per Va , n , az , Z dei valori presenti nei numeri normali di Renard anche l'avanzamento an in mm/giro è un numero di Renard e pertanto presente nella gamma dei valori raccomandati dalla UNI 4551 per gli avanzamenti delle macchine utensili.

Calcolo del numero di taglienti impegnati

Nel caso in esame, poiché il piazzamento della fresa è centrato rispetto all'asse longitudinale del pezzo, con riferimento alla figura 9.63 si ha:

 s =  (D - L)/2 =  (320-180)/2  = 70 mm

cos α = 1 -  s/R =  1 - 70/160 =  0,5625

da cui α =  55,77°

cos β  =  L/R  - cos α =  180/160   -  0,5625

da cui β  =  55,77°

γ= 180° - (α + β)  = 180°  - (55,77° + 55,77°)  =  68,46°

Z= γ x Z / 360°  =  68,46° x  16 / 360°  ~ 3

Calcolo dello sforzo di taglio

q =  p  x  a=  4  x 0,25  =  1  mmq/dente

P= Ks(1) qZi

dove:

Ks(1) = 2380 N/mmq (per interpolazione dalla tabella 4,8)

q=  10,803  = 1 (per lettura diretta dalla tabella 4.11);

Z= 3

Sostituendo si ha:

Pt = 2 380 x 1 x 3 = 7 140 N

Calcolo della potenza di taglio assorbita dall'utensile

Nt =  (Pt  x  Vt)/ 60.000  =  7140 x 100 / 60.000 ~ 12 kW

Calcolo del tempo di lavoro

Osservando la figura 9.63 si nota che:

            L1  +  ( D  -  D2   -  l 2 )                              400 + (  320  -  3202   - 1802 )
                        -----------------------                                           ------------------------------
                                    2                                                                           2
tl =  __________________________  =   ____________________________ =  1,07 min  =

                                  Va                                                                        400

Tempo di lavoro = 1 m  4 sec

Osservazioni:

Con i dati del problema e con quelli scelti si ha uno sfruttamento dell'utensile del 100%, ma ciò richiede l'impiego di una fresatrice avente una potenza disponibile molto elevata, difficilmente presente nella maggior parte delle officine.
Dallìaltra parte impostando la lavorazione con n = 63 giri/ min   e Vt = 63 m/min e rimanendo inalterati gli altri dati si ha che Va = 250  mm/min (valore minimo disponibile) e di conseguenza  Nt = 7,5 kW con uno sfruttamento dell'utensile pari al 63%, ma la potenza di taglio rimane ancora elevata per la maggior parte delle fresatrici usuali. Si conclude che nel caso della lavorazione in esame con fresatrice usuale avente una potenza disponibile di 3 ÷ 4 kW, l'impiego di una fresa frontale a lame di carburi metallici risulta senz'altro da scartare poiché, come al solito, bisogna tendere al contemporaneo sfruttamento dell macchina e dell'utensile.