utensili per tornio

Utensili per tornio

 

Gli utensili per tornio sono di fondamentale importanza nell’ambito delle lavorazioni meccaniche. Per scegliere un utensile per tornio si devono considerare essenzialmente due diverse caratteristiche:

  • la geometrie dei taglienti ed il sistema di supporto;
  • il materiale in cui sono costruiti i taglienti;

In seconda analisi entrano in gioco altri fattori come le caratteristiche del materiale da lavorare, la conformazione del pezzo da eseguire, la qualità e le tolleranza richieste ed infine i costi e la produttività . Un’altra caratteristiche che si da spesso per scontata è il tipo di macchina utilizzata.

Il nemico numero uno degli utensili per tornio è il calore generato dagli attriti in gioco che deforma ed usura i taglienti rendendoli  inutilizzabili dopo un certo numero di minuti. Per diminuire questo problema gli utensili per tornio vengono realizzati tenendo in considerazione alcuni fattori di fondamentale importanza quali:

  • la durezza che deve essere maggiore alle elevate temperature;
  • la tenacità per evitare la scheggiatura dovuta alle sollecitazioni ed alle vibrazioni;
  • la resistenza alle deformazioni e all’usura;
  • una certa stabilità chimica per evitare reazioni chimiche fra l’utensile ed il pezzo alle alte temperature;

Fatta questa premessa veniamo ai materiali con cui sono costruiti gli utensili per tornio. Si parte dagli acciai al carbonio e  dagli acciai super rapidi che però stanno diventando via via sempre più obsoleti in favore dei carburi metallici, ceramici,  nitruri e diamante.

 

 

Utensili per tornio in acciaio al carbonio

 

Questo tipo di materiale è come già detto in disuso principalmente perché durante la lavorazione il calore prodotto muta le caratteristiche meccaniche dell’utensile, specialmente quando le temperature superano i 200 – 250 gradi. Sotto tali temperature oltre le quali è consigliabile interrompere la lavorazione gli utensili per tornio hanno una durezza ed una resistenza meccanica medio elevata. Per cui per evitare i problemi dovuti al surriscaldamento è doveroso abbassare la velocità di taglio che incide inevitabilmente sulla produttività.

 

 

Utensili per tornio in acciaio rapido e super rapido

 

Per aumentare le caratteristiche meccaniche degli utensili con acciaio al carbonio quindi per incrementare la produttività con una maggiore velocità di taglio si è pensato di inserire percentuali maggiori di elementi di lega arrivando ad aumentare durezza e riducendo l’usura.  Con l’aggiunta di tungsteno, molibdeno, cromo e vanadio la durezza rimane stabile fino a temperature intorno ai 450 gradi. Grazie all’ottima tenacità di questi acciai ed alla possibilità di creare angoli di spoglia elevati, la produzione di calore per attrito diminuisce drasticamente in questa tipologia di materiale da taglio. Viene usato fino ai tempi recenti soprattutto su materiali teneri ed a truciolo lungo incluse le materie plastiche. Spesso utilizzato in forma di lama da troncatura con affilatura creata direttamente dagli operatori.

 

 

Utensili per tornio in carburi metallici

 

inserti per tornio in metallo duroComunemente detti inserti in metallo duro o widia. Mescolando polveri di carburi metallici con polveri metalliche come il Nichel o il Cobalto e compattandoli ad alta pressione in combinazione ad un’alta temperatura si ottengono gli inserti sinterizzati di diverse forme a seconda del tipo di lavorazione meccanica che si vuole effettuare. Grazie all’ottima resistenza alle alte temperature ed alla durezza elevata e molto stabile, questi materiali sono adatti a lavorare acciai con velocità di taglio decisamente molto elevate rispetto alle categorie descritte in precedenza.  A seconda delle dimensioni delle polveri, della composizione chimica e del grado di compattezza con le quali sono state pressate si avranno le seguenti variabili:

  • resistenza agli urti
  • resistenza alla corrosione
  • resistenza all’usura
  • resistenza alle variazioni termiche

Alcuni piccoli svantaggi di questa conformazione chimica sono ad esempio la perdita di tenacità rispetto agli acciai super rapidi ed il costo decisamente superiore anche se riassorbibile con un aumento netto della produttività.  A questo proposito sono state create le placchette (o inserti) che si montano meccanicamente sul corpo utensile in acciaio.  Le forme sono abbastanza semplici vista la difficoltà di pressare le polveri in geometrie più complesse: si passa dalla forma tonda a quella romboidale. La forma della placchetta è importante ed influenza la geometria della lavorazione da eseguire, il numero stesso dei taglienti e la resistenza alla rottura. Le forme tonde o con ampi raggi al vertice dei taglienti sono più resistenti di quelle romboidali ed appuntite.

 

 

Utensili per tornio in materiali rivestiti

 

inserti per tornio in metallo duroUn’altra tipologia di utensili per tornio è quella degli utensili in carburo rivestito. Il fine è sempre lo stesso e cioè aumentare la durezza e la resistenza all’usura senza compromettere la tenacità alle alte temperature che si sviluppano durante la lavorazione. Questo strato superficiale fra i 5 e i 20 micron viene applicato agli utensili in carburo ma anche agli utensili in acciaio super rapido. Grazie al basso coefficiente di attrito dello strato di rivestimento in combinazione con buoni lubrificanti questi utensili migliorano la velocità di taglio quindi la produttività  rispetto a quelli non rivestiti. Le più comuni  tipologie di rivestimento sono: nitruro di titanio (TiN), carburo di titanio (TiC), tri-ossido di alluminio (Al2O3) e carbonitruro di titanio (TiCN). Attualmente quasi tutti i materiali vengono lavorati con inserti rivestiti, tranne alcune le leghe di alluminio, ottone e leghe di rame.

 

 

Utensili per tornio in materiale ceramico

 

inserti per tornio ceramiciGli utensili per tornio ceramici a base di ossido di alluminio (Al2O3) si contraddistinguono principalmente in due sottocategorie: con ceramica bianca e con ceramica nera. Quelli a ceramica nera, oltre al componente principale cioè l’ossido di alluminio, contengono un’alta percentuale di carburi metallici per aumentarne la tenacità e lo stress agli shock termici. Purtroppo all’aumentare della durezza aumenta anche la fragilità per cui sono  adatti a lavorazioni a taglio continuo preferibilmente su macchine molto rigide. Questi inserti per tornio sono adatti a lavorare metalli molto duri come acciai induriti, ghise o super leghe  permettendo finiture di elevata qualità.

Gli utensili per tornio ceramici a base di nitruro di silicio (Si3N4) hanno un’elevatissima durezza anche alle alte temperature e sono più tenaci sopportando ancora meglio gli shock termici. Con questi utensili si lavorano egregiamente le leghe di titanio, le leghe al nichel e le ghise mentre sono da ritenersi poco adatti per gli acciai.

 

 

Utensili per tornio in nitruro di boro cubico

 

inserti per tornio in CBNDopo il diamante il nitruro di boro cubico (CBN) è il materiale più duro conosciuto e possiede una caratteristica molto importante: mantiene la durezza fino a temperature di 2000 gradi centigradi. La placchetta solitamente non è tutta in CBN a causa dell’elevato costo di questo materiale: viene riportata per saldo brasatura una lamina sottile di circa 1 mm che funge da tagliente. Anche questo “rivestimento” è adatto a lavorare acciai temprati e super leghe garantendo finiture elevate fino a Ra 0.3 micron.

 

 

Utensili per tornio in diamante policristallino

 

inserti per tornio in PCD

Conosciuto anche come PCD (oppure PKD) possiede una durezza molto simile a quella del diamante naturale. La produzione di queste placchette avviene tramite sinterizzazione ad elevate  pressioni in concomitanza con temperature molto alte: i carburi metallici vengono miscelati con particelle di diamante molto fini. Il materiale ottenuto viene “incollato” tramite brasatura su un inserto in carburo sinterizzato. I materiali che possono essere lavorati agevolmente sono il rame, l’ottone e le leghe di magnesio. Nell’industria automobilistica è di quotidiano impiego nella lavorazione dell’alluminio e delle sue leghe. E’ poco adatto per leghe al nickel e per leghe in titanio e per materiali ferrosi in genere a causa della sua elevata reattività con i componenti chimici che li contengono.

usura utensili da taglio

Usura degli utensili da taglio: come controllarla

Durante le lavorazioni meccaniche gli utensili da taglio subiscono un’usura dovuta allo sfregamento dello stesso con il pezzo in lavorazione. Riuscire a controllare questo fenomeno è molto importante per la vita dell’utensile perchè questo modifica le catratteristiche geometriche del tagliente fino a renderlo inutilizzabile per garantire la qualità richiesta durante la lavorazione.

Essendo un danneggiamento progressivo l’usura dell’utensile da taglio non viene considerata una rottura od una scheggiatura ma un semplice degrado che, se non tenuto sotto controllo, potrebbe anche portare alla distruzione della placchetta. Ovviamente l’usura degli utensili da taglio è strettamente correlata con la vita dell’utensile che dipende dal tipo di materiale, dal tipo di lavorazione, dai parametri di taglio ecc. ecc. ed impatta notevolmente anche sui costi di lavorazione.

 

Tipologie di usura utensili da taglio

Fra i tipi di usura piu diffusi troviamo l’usura abrasiva dovuta alle alte temperature che si sviluppano durante la lavorazione. Tale usura viene a formarsi sul dorso e sulla faccia dell’utensile percui la produzione di ossidi ad elevata durezza sulla faccia potrebbero creare il cosiddetto “tagliente di riporto” oppure aderire al truciolo facendo aumentare le pressioni in gioco e generando una vera e propria abrasione dovuta allo sfregamento eccessivo.

Un altra tipologia di usura viene chiamata usura adesiva che si verifica in prossimità del tagliente. Le alte temperature e le grandi pressioni in gioco causano una serie di micro saldature che successivamente si staccano e finiscono fra il tagliente ed il pezzo formando un effetto colla fra le due parti. Questo fenomeno avviene principalmente con materiali duttili.

L’usura per diffusione avviene quando si manifesta solubilità fra i materiali a contatto a causa di una certa affinità chimica che favorisce il transito di atomi da una parte all’altra fra pezzo in lavorazione e placchettta a contatto con il pezzo.

 

Effetti dell’usura degli utensili da taglio

Gli effetti di questo fenomeno cioè dell’usura degli utensili da taglio determina come già detto una modifica sostanziale della forma della placchetta ossia della sua geometria originale, riconducendo a due sostanziali gruppi di usura. Il primo detto anche labbro di usura è la distanza fra il profilo originale della faccia (ad inserto nuovo) ed il punto in cui inizia il cambio di direzione del profilo nel dorso come in figura.

 

cratere di usura

Il secondo effetto dell’usura di un inserto da taglio viene detto cratere di usura e viene determinato principalmente da due dei tre tipi di usura sopra descritti: l’usura per adesione e dall’usura per diffusione. Si trata di una vera e propria depressione o avvallamento sulla faccia dell’utensile che può anche essere misurata nella sua profondità.

Nel successivo grafico è possibile vedere come il labbro di usura si sviluppa per tutto l’intero arco di vita dell’utensile. Nella fase iniziale il parametro Vb aumenta molto velocemente percui l’utensile si usurerà molto rapidamente per poi subire un assestamento nella seconda fase in cui si usurerà in maniera minore per un arco di tempo maggiore quindi piu uniformemente. Nella terza ed ultima fase il parametro Vb aumenta velocemente e rischia di mettere fuori uso la placchetta portando a fine vita l’utensile.

 

Schema usura utensile

 

E’ quindi importante arrivare a stabilire una profondità massima del labbro di usura Vb prima che l’utensile si usuri troppo e causi effetti indesiderati durante la lavorazione. Questo valore varia in base al materiale della placchetta ed al tipo di lavorazione.

I valori massimi indicativi del labbro di usura per gli acciai rapidi variano da 1.5mm per la tornitura e la fresatura frontale a 0.4 mm per la foratura e 0.15 mm per l’alesatura. Per quanto riguarda i carburi sinterizzati questi valori sono sensibilmente minori: da 0.8 mm per la tornitura e fresatura di sgrossatura fino a 0.4 mm per la lavorazione di finitura.

Alcuni studi sperimentali hanno evidenziato che aumentando la velocità di taglio nella fase iniziale e finale (zona 1 e zona 3) non si avevano significative variazioni del parametro Vb mentre la fase intermedia è fortemente correlata alla velocità di taglio percui all’aumentare di Vt diminuisce il tempo t in modo considerevole.

E’ quindi ragionevole definire una velocità di taglio massima Vtmax oltre la quale la zona 2 praticamente scompare riducendo drasticamente la vita dell’utensile dal punto di vista dell’usura.

 

Usura dell’utensile da taglio: come prevenirla.

Per allungare la vita di un utensile si possono adottare comunque alcuni accorgimenti da tenere sempre in considerazione prima di una lavorazione con asportazione di truciolo. Fermo restando la durata dell’utensile, ad un aumento della Vt deve corrispondere una diminuzione dell’avanzamento o della profondità di passata.

Durante l’esecuzione di una finitura eseguita con parametri di avanzamento e profondità di passata bassi per garantire una qualità superficiale è possibile aumentare la velocità di taglio senza compromettere la durata dell utensile.

Le operazioni di sgrossatura richiedono un abbassamento della velocità di taglio poichè i due parametri (avanzamento e profondità di passata) rischiosi  per la durata dell’utensile hanno valori molto alti. Dato che l’avanzamento è il principale imputato per l’usura della placchetta quando si vuole aumentare la sezione del truciolo si dovrebbe intervenire sulla profondità di passata, aumentandola.

 

 

 

filettatura

Filettatura metrica ottimale: come eseguirla

Le principali funzioni di un filetto, che si stia parlando di filettatura metrica, filettatura gas, filettatura NPT eccetera, sono quelle di creare un accoppiamento meccanico fra due diversi elementi, trasmettere il movimento convertendolo da rotazione a lineare oppure ottenere un vantaggio meccanico in termini di forze in gioco.

Ci sono diversi modi per realizzare una filettatura fra cui lo stampaggio, la rullatura, oppure come nel nostro caso il taglio del metallo. Per quanto riguarda le lavorazioni meccaniche la filettatura metrica  viene eseguita attraverso la tornitura, la maschiatura, la fresatura di filetti, la rettifica oppure usando particolari utensili detti turbionatori.

Ma entriamo un po più nell’aspetto tecnico cioè nella terminologia per definire una filettatura. I parametri in gioco sono la velocità di taglio (Vc), la velocità del mandrino (n), la profondità totale del filetto (ap) ed il numero di passate (nap). Altri parametri molto importanti per definire una filettatura metrica sono il passo (p), l’angolo del filetto (beta), i diametri come indicato in figura.

parametri della filettatura metrica

Parametri della filettatura metrica

 

Altri parametri sensibili che definiscono una filettatura sono la superfice do fondo del filetto (1), il fianco della superficie filettata (2) e la cresta (3). L’angolo dell’elica dipende dal diametro e dal passo del filetto.

 

cresta filettatura metrica

Durante l’operazione di filettatura le forze di taglio maggiori, cioè quelle che possono determinare la rottura dell’utensile o del pezzo, si manifestano all’entrata ed all’uscita dell’utensile sul pezzo in lavorazione.

Per eseguire una corretta filettatura metrica ci sono un insieme di parametri da tenere in considerazione a partire dalle dimensioni e dalla qualità del filetto, il materiale del pezzo, il profilo del filetto e la quantità di filetti da eseguire, i parametri della macchina utensile, il tipo di utensile, i dati di taglio.

 

Scelta dell’utensile per eseguire una  filettatura metrica

 

Gli inserti per filettature possono classificarsi principalmente in inserti a punta multipla, inserti a profilo completo ed inserti con profilo a V.

Gli inserti a punta multipla a profilo completo detti “topping” si usano per aumentare la produttività in caso di grandi lotti perché riduce sensibilmente il numero di incrementi necessari. Ad esempio un inserto a punta multipla con due denti dimezza il numero di incrementi. Con questa tipologia di inserti la pressione dell’utensile aumenta in maniera proporzionale al numero di denti che possiede.

Gli inserti a profilo completo hanno il vantaggio di avere un maggiore controllo della geometria del filetto eliminando le bave di lavorazione. In questo caso l’utensile può eseguire una sola passata perché crea il profilo del filetto dal fondo alla cresta; le pressioni però sono più elevate andando a gravare sulla durata dell’utensile.

Gli inserti con profilo a V hanno una maggiore flessibilità poiché lo stesso utensile può essere utilizzato per diversi passi ma tendono a produrre bave che poi devono essere eliminate. Questo tipo di utensile è detto “non topping” cioè non genera la cresta del filetto che viene creata da una precedente operazione di tornitura.

La profondità di passata è un parametro molto importante ed influisce su fattori altrettanto importanti come il controllo del truciolo, l’usura dell’inserto, la qualità del filetto e la durata dell’utensile. Macchina CnC, materiale del pezzo da lavorare, geometria dell’inserto e passo del filetto determinano la scelta del metodo di incremento da adottare.
Durante la lavorazione della filettatura metrica possono insorgere alcuni problemi di durata dell’utensile, controllo del truciolo e scarsa qualità del filetto. In questo caso sono da considerare alcuni aspetti come l’ottimizzazione del metodo di incremento, della profondità di passata ed il numero di passate, l’inclinazione dell’inserto, la geometria dell’inserto, la qualità dell’inserto in funzione del tipo di materiale lavorato e della durezza, la correttezza dei dati di taglio in particolare della velocità di taglio e del numero di passate necessarie a definire il filetto.

 

 

Tipi di incremento durante la filettatura metrica

 

Quando si esegue una filettatura i tipi di incremento possono essere principalmente tre: incremento sul fianco modificato, incremento radiale ed incremento alternato.
Nel primo caso cioè l’incremento sul fianco modificato l’utensile lavora sul fianco del filetto e determina un buon controllo del truciolo riducendo sostanzialmente le vibrazioni. Praticamente tutte le macchine CnC più recenti posseggono questo tipo di feature.
L’incremento radiale viene utilizzato su tutte le macchine manuali e dalla maggior parte dei programmi CnC standard dove i materiali del pezzo sono tendenti all’incrudimento. Questo tipo di incremento determina un passo molto preciso.
In ultima analisi l’incremento alternato viene eseguito su passi molto grandi in cicli di filettatura molto lunghi. In queste particolari lavorazioni la durata dell’utensile deve corrispondere alla lunghezza del filetto.

 

Problemi dovuti alla filettatura metrica

 

Capita non di rado di avere dei problemi di deformazione plastica legati a questo tipo di lavorazione. Ciò avviene quando la temperatura nella zona di taglio è eccessiva a causa anche di un inadeguata refrigerazione. E’ molto frequente passare dalla deformazione plastica alla scheggiatura vera e propria dell’inserto quindi alla rottura dell’utensile.

Il tagliente di riporto è causato da una temperatura del tagliente troppo bassa e si verifica spesso con gli acciai inox e acciai a basso tenore di carbonio. Questo problema determina la scheggiatura e la rottura dell’inserto di filettatura a causa del materiale che si incolla alla placchetta e si successivamente si stacca con un pezzo di essa. Per ridurre questo rischio è doveroso aumentare la velocità di taglio ed avere un inserto rivestito in PVD.

La rottura secca dell’inserto di filettatura durante la lavorazione può essere causato dal diametro errato prima della filettatura, da una serie di incrementi continui, da un insufficiente controllo ed evaquazione del truciolo. Aumentare il numero di incrementi come regolare in altezza l’utensile rispetto all’asse del pezzo può essere di aiuto per diminuire questa problematica.

Anche la rapida usura sul fianco dell’inserto può essere un problema. Questo è determinato da velocità di taglio troppo elevate, materiale troppo abrasivo, profondità di incremento troppo ridotte, inserto posizionato troppo sopra l’asse del pezzo.

Anche le vibrazioni causano diversi problemi quali scheggiatura e rottura dell’inserto. Fra le cause più diffuse troviamo lo scorretto bloccaggio del pezzo oppure un errato posizionamento in altezza dell’utensile rispetto all’asse del pezzo.

Questo articolo è tratto dal manuale di formazione tecnica di Sandvik Coromant.

In questa pagina puoi trovare altra documentazione sulla filettatura metrica

Barenatura

Quali utensili utilizzare per la barenatura?

Come ottenere un buon risultato dalla barenatura?

La barenatura è una lavorazione meccanica che viene eseguita generalmente su centri di lavoro ed alesatrici orizzontali. L’utensile ruota mentre avanza in senso assiale attraverso il foro che nella maggior parte dei casi è passante. Gli utensili per la barenatura possono definirsi stazionari, rotanti o ad interpolazione elicoidale.

Gli utensili stazionari possono essere impiegati solo per particolari simmetrici in tornitura mentre la profilatura può essere fatta con barre di alesatura standard. Questo tipo di utensile vanta soluzioni di attrezzamento flessibili con testine da taglio che possono essere anche intercambiabili.

La barenatura eseguita con utensili rotanti su centri di lavoro serve per particolari asimmetrici e risulta abbastanza flessibile in quanto questi utensili hanno la possibilità di regolare il diametro. La qualità della finitura è molto elevata e per quanto riguarda le operazioni di sgrossatura questi utensili sono molto produttivi.

La fresatura con interpolazione elicoidale è anch’essa una soluzione flessibile poichè una fresa può essere impiegata per eseguire diversi diametri senza bisogno del cambio utensile. Si tratta di una soluzione ottimale quando il controllo del truciolo diventa un problema. Questa lavorazione ha elevati standard di finitura ma richiede elevati requisiti alla macchina utensile.

 

Come eseguire un foro con la barenatura?

La barenatura produttiva viene utilizzata per la sgrossatura con tolleranza del foro IT9 o superiori. L’utensile in questo tipo di sgrossatura dove la quantità di truciolo asportato è il fattore fondamentale possiede due o tre taglienti. In questo caso la velocità di avanzamento è ottenuta moltiplicando l’avanzamento di ogni inserto per il numero di inserti. Questo è il parametro di base per la maggior parte delle barenature per sgrossatura.

La barenatura a gradini viene impiegata quando sono necessarie grandi profondità di taglio radiale o per la lavorazione di materiali molto teneri che determinano un truciolo molto lungo. La velocità di avanzamento e la finitura superficiale sono simili a quelle che si otterrebbero con un solo inserto.

Quando il controllo del truciolo diventa difficile (nei materiali a truciolo lungo) oppure quando la potenza della macchina utensile è limitata vengono usati utensili ad un tagliente.

 

Scelta degli utensili per la barenatura

I due fattori importanti da tenere i considerazione quando si sceglie un utensile per barenare sono la rigidità alla flessione e la trasmissione del momento torcente. In questa particolare lavorazione lo stelo dell’utensile è soggetto a forze di taglio che ne determinano la flessione per cui è bene scegliere un portautensile il più robusto possibile puntando ad avere la minore sporgenza per evitare queste flessioni.

Sul mercato sono disponibili utensili e steli conici detti “antivibranti” per migliorare la qualità della superficie lavorata, in questo caso del foro. Gli inserti per barenare devono avere inoltre una buona evacuazione del truciolo specialmente se si eseguono fori con tolleranze ristrette. La velocità di taglio e quella di avanzamento sono altresì importanti per la qualità del foro.

 

Barenatura di sgrossatura

Anche questi utensili possono essere suddivisi per lavorazioni di sgrossatura e di finitura. Per allargare un foro già esistente si usano i bareni per sgrossatura per poi riprenderlo di finitura. In questo caso un adattatore antivibrante per smorzare le vibrazioni dovute alle forze di taglio consistenti è la scelta migliore. In genere si preferisce lavorare con utensili di grande diametro con due taglienti per fori grandi e profondità di passata di un certa importanza. Un utensile a tre taglienti aumenta la produttività ma a condizione di avere una macchina utensile con potenza medio-alta. Con macchine utensili meno performanti è consigliabile avere un utensile a due taglienti per la sgrossatura. Nella barenatura di sgrossatura sono maggiormente impiegati inserti positivi grazie alle forze di taglio minori. Per abbassare ulteriormente le forze di taglio può essere ridotto anche l’angolo di punta ed il raggio di punta dell’inserto.

 

Bareni di finitura

Per rifinire il foro si usano bareni di precisione per rispettare tolleranze ed avere una superficie notevolmente migliore. Per fori piccoli ma profondi è consigliato un utensile ad un tagliente con adattatore antivibrante. Per fori grandi con una profondità media normalmente si usano utensili ad un tagliente con adattatore modulare. Per fori molto piccoli si usano alesatori multi-tagliente mentre per fori piccoli e poco profondi vengono usate testine micro-registrabili. Anche in questo caso un angolo di registrazione più grande aumenta le forze assiali ma nella finitura è una situazione vantaggiosa. Per quanto riguarda l’angolo di punta della placchetta un angolo ampio aumenta la robustezza e l’affidabilità a scapito di generare qualche fastidiosa vibrazione. Sono preferibili in questo tipo di lavorazione inserti positivi con angoli di spoglia inferiore a 7 gradi. Le tolleranze foro variano da IT6 (utensili di barenatura di precisione ad un tagliente) ad IT9 (utensile per barenatura di sgrossatura a più taglienti.)

 

Velocita di taglio consigliate per la barenatura

I valori non adeguati di velocità di taglio ed avanzamento aumentano il rischio di prestazioni poco soddisfacenti con insufficiente evacuazione del truciolo che causa intasamenti, usura e rottura dell’utensile in special modo nei fori profondi. Basse velocità di taglio provocano una finitura superficiale assolutamente non soddisfacente per cui è bene tenere d’occhio questo importante parametro di lavorazione. Per questo motivo è d’obbligo consultare le tabelle delle case produttrici prima di cimentarsi in questa operazione. Anche la profondità di taglio e l’avanzamento sono parametri importanti poiché possono presentarsi vibrazioni od assorbimenti di potenza maggiori. Nel caso di profondità di taglio troppo piccole la placchetta tende a graffiare e rovinare la superficie da lavorare perché “scivola” invece di aggredire il materiale.

 

Come ridurre le vibrazioni durante la barenatura?

La tabella sotto ci da un’idea degli elementi che provocano l’aumento delle vibrazioni durante la barenatura. Questa tabella si legge da sinistra a destra per cui le vibrazioni aumentano man mano che ci spostiamo sulle soluzioni più a destra.

vibrazioni e barentura

Questi sono i punti fondamentali:

  • Ridurre la velocità di taglio se necessario
  • Applicare la barenatura a gradini
  • Usare un utensili a due taglienti per la sgrossatura
  • Scegliere un inserto con raggio di punta piccolo
  • Utilizzare inserti positivi
  • Verificare il bloccaggio del pezzo
  • Aumentare se necessario la profondità di taglio in caso di finitura
  • Diminuire la profondità di taglio in caso di sgrossatura
  • Impiegare utensili antivibranti per sporgenze più elevate
  • Provare con avanzamenti differenti
  • Usare un utensile con un più ampio diametro possibile
  • Cercare di ridurre la sporgenza dell’utensile

 

inserti di scanalatura

Scanalatura e troncatura: inserti e consigli utili

Inserti di scanalatura: guida pratica all’utilizzo

La troncatura e la scanalatura sono particolari tipi di tornitura che si effettuano con speciali inserti di scanalatura  . In queste lavorazioni l’evacuazione dei trucioli è un fattore critico che potrebbe compromettere il buon esito dell’operazione. Mentre l’utensile avanza in profondità non rimane tanto spazio per la rottura dei trucioli.

La scelta di una geometria dell’inserto di scanalatura non idonea non permette al truciolo di uscire in modo scorrevole per cui il pezzo o l’utensile potrebbero rompersi durante la lavorazione. A causa degli spazi molto ristretti che si creano durante questa lavorazione il controllo del truciolo è difficile e la forma tipica assomiglia ad una molla di orologio. La geometria dell’inserto di scanalatura determina la larghezza del truciolo.

Durante la troncatura, avvicinandosi al centro, la velocità di taglio diminuisce fino ad arrivare a zero per cui anche la velocità di avanzamento dovrà essere ridotta in funzione della distanza dal centro del pezzo per bilanciare le forze in gioco.

Prima di raggiungere l’asse del pezzo l’ inserto di scanalatura dovrà quindi diminuire la velocità di avanzamento fino ad arrivare a 0.05mm/giro a 2mm circa di distanza dal centro dell’asse. In questo modo vengono ridotte notevolmente anche le vibrazioni ed aumenta la durata dell’utensile oltre ad eliminare quasi completamente la presenza del piolo o “testimone”.

Come ridurre il piolo (testimone) in un’operazione di troncatura? utensile di scanalaturaL’angolo frontale dell’inserto di scanalatura è molto importante per la determinazione del piolo. Maggiore è l’angolo frontale e minore è la dimensione di bava e piolo (vedi figura).

l’angolo frontale è minore il controllo e la fuoriuscita del truciolo e la durata dell’utensile migliorano notevolmente. Prima di effettuare una troncatura o scanalatura è bene fare un’analisi di base per delineare quale finitura dovrà avere la scanalatura e su quale materiale dovrà essere eseguita; è molto importante sapere la durezza del materiale e di quali elementi leganti è composto per la scelta del giusto inserto di scanalatura.

 

Tipi di scanalature

Ci sono diversi modi per eseguire una scanalatura ed uno di questi è la scanalatura a passata multipla: questo è il metodo migliore per eseguire la sgrossatura, quando la profondità è superiore alla larghezza. Quando invece la larghezza della scanalatura è superiore alla profondità l’operazione viene definita scanalatura a tuffo. I materiali migliori da lavorare in questo caso sono gli acciai e gli acciai inossidabili perché il controllo del truciolo è ottimale.

La scanalatura su piani inclinati viene eseguita con inserti di scanalatura rotondi perché sono molto solidi e robusti, così da poter raddoppiare il numero di tagli e passate. Questa scelta è ottimale per superleghe resistenti al calore. Per la realizzazione di scanalature la passata singola è la più indicata sotto l’aspetto economico e produttivo.

Se la profondità della scanalatura è più grande della larghezza, il modo migliore per fare la sgrossatura è la passata multipla.La scanalatura assiale sulle facce dei pezzi inscanalatura frontale lavorazione richiede utensili specifici. In questo caso l’utensile avanza assialmente verso il pezzo.

In ogni caso per migliorare la fuoriuscita dei trucioli è bene usare un buon refrigerante durante la lavorazione. L’usura dell’inserto di scanalatura va sempre verificato ed in base al modello di usura potrebbero essere applicate significative modifiche sulla forma del tagliente per migliorarne ulteriormente la durata. Questi inserti di scanalatura vengono proposti con angolo frontale neutro e con il formatrucioli raccomandato dalle varie case costruttrici.

La scanalatura esterna viene utilizzata per la troncatura di barre e tubi, tornitura e lavorazione di recessi, esecuzione di scarichi, scanalatura frontale e profilatura. La scanalatura interna invece viene maggiormente utilizzata per operazioni di pre-troncatura, scanalatura frontale e profilatura.

Per la troncatura di barre piene è consigliabile utilizzare un inserto di scanalatura più stretto possibile per risparmiare materiale di scarto e per minimizzare le forze di taglio. La geometria degli inserti di scanalatura avrà un angolo di registrazione neutro per garantire una maggiore robustezza, un più veloce avanzamento, una migliore finitura superficiale ed un taglio più dritto.

Il raggio di punta piccolo garantisce un piolo più piccolo, un migliore controllo del truciolo ed una velocità di avanzamento più elevata. I vantaggi di un grande raggio di punta sono una maggiore velocità di taglio ed una maggiore durata del tagliente.

Ma quali sono i consigli generali per la scelta di un inserto di scanalaturaUtilizzare inserti neutri e con la minore larghezza possibile con un portautensili il più grande possibile. I punti chiave da considerare sempre sono la profondità di taglio, la larghezza dell’inserto, la scelta dell’angolo frontale ed il raggio di punta dell’inserto.

Usando una quantità abbondante di liquido refrigerante direttamente sul tagliente si riesce a favorire la formazione di trucioli prevenendo l’intasamento della gola lavorata ed aumentando la durata dell’utensile e di conseguenza la produttività.

tipi di truciolo

Tipi di truciolo in tornitura: cause e rimedi

Tipi di truciolo: truciolo corto e truciolo lungo

La forma del truciolo è di fondamentale importanza per capire se la tornitura sta procedendo con i giusti parametri. I tipi di truciolo dipendono da molti fattori fra i quali il tipo di materiale utilizzato, il tipo di utensile, i parametri macchina come l’avanzamento, il numero di giri, la profondità di passata.

Quando il truciolo è troppo lungo si aggroviglia intorno all’utensile complicando in molti casi la lavorazione e mettendo a rischio la vita stessa dell’utensile. Il truciolo troppo lungo può dare fastidio anche al pezzo in lavorazione perché il suo contatto potrebbe danneggiare la superficie ottenendo così una finitura mediocre.

Quando la velocità di avanzamento è troppo bassa per la geometria della placchetta scelta si può verificare questa situazione. In tal caso andrebbe aumentata la velocità di avanzamento oppure si dovrà valutare un’inserto con una forma diversa. Anche l’uso del refrigerante è molto importante ed aiuta a risolvere questo fastidioso problema.

truciolo lungo

Quando la profondità di taglio è troppo bassa in relazione alla geometria dell’inserto scelto potrebbe verificarsi un truciolo troppo lungo per cui una velocità minore ed una placchetta che aiuta la rottura del truciolo risolverebbero questa situazione. La forma e la lunghezza del truciolo dipendono anche dal raggio di punta dell’inserto: se il raggio di punta è troppo grande si deve utilizzare una placchetta più “spigolosa” per accorciarlo. Anche l’angolo di attacco dell’utensile sul pezzo determina il tipo di truciolo: se l’utensile permette un’ampio angolo di registrazione è bene provare a ruotarlo fino a raggiungere una lunghezza del truciolo accettabile, fermo restando tutti gli altri parametri. truciolo corto

Al contrario, quando i trucioli sono molto corti si incollano fra loro e difficilmente si staccano dal pezzo in lavorazione. Questa difficoltà di distacco riduce la durata degli utensili e spesso determina la rottura dell’inserto a causa delle forze elevate che si distribuiscono sul tagliente. Mantenere un avanzamento elevato contribuisce ed accentua questo “difetto” per cui questo parametro andrebbe ridotto. In questo caso un inserto monolaterale con geometria per avanzamenti elevati è consigliato. Anche in questo caso si deve ridurre l’angolo di punta dell’inserto. L’angolo di registrazione dovrà essere il più piccolo possibile quindi con un grande angolo di attacco.

 

Tipi di truciolo e la finitura superficiale

Quando i trucioli si rompono contro il pezzo in lavorazione lasciano segni sulla superficie finita per cui questa si presenta con un aspetto irregolare sia al tatto che alla vista e non risulta conforme alle tolleranze di rugosità richieste. In questo caso la scelta dell’utensile è di fondamentale importanza e si dovranno usare inserti positivi, ridurre la profondità di taglio e modificare l’angolo di registrazione dell’utensile.

Ma non è sempre il truciolo che rende la superficie irregolare: l’eccessiva usura del tagliente dell’utensile ed una velocità di taglio eccessiva provocano questo difetto.

Un avanzamento troppo alto abbinato ad un raggio di punta troppo piccolo genera inevitabilmente una superficie ruvida.

La superficie del pezzo potrebbe essere rovinata anche dalle bave. Queste si presentano in uscita del tagliente dal pezzo quando l’avanzamento è troppo basso od il tagliente stesso ha perso la giusta affilatura.

Per ridurre il rischio bave vengono utilizzati inserti rivestiti in PVD ed inserti con piccolo angolo di registrazione (grande angolo di attacco). Per eliminare le bave intervenendo sulla geometria del pezzo basterebbe terminare la passata con uno smusso o con un raggio nella fase di uscita dal pezzo.

tornitura interna ed esterna

Tornitura: utensili e materiali per una lavorazione ottimale

Tornitura: utensili e materiali per una lavorazione ottimale

La tornitura è una lavorazione meccanica che produce, attraverso un utensile, forme cilindriche e rotonde. L’utensile ed il pezzo lavorano a contatto ed il pezzo è in rotazione mentre l’utensile è in movimento. Il movimento dell’utensile avviene lungo l’asse del pezzo che ruota ed in questo modo il diametro del pezzo viene ridotto ad ogni passata dell’utensile.

Un altro movimento che l’utensile può eseguire è lo spostamento verso il centro del pezzo: questa operazione viene detta intestazione o spianatura. Tutti gli altri tipi di movimento sono la combinazione di questi due movimenti base quindi si possono ottenere superfici raggiate o addirittura coniche. La velocità di rotazione del pezzo o del mandrino si esprime in giri al minuto e la velocità di taglio è la velocità con cui si muove l’utensile lungo l’asse del pezzo e si esprime in metri al minuto. L’avanzamento di taglio è un altro parametro importantissimo che determina la qualità di finitura superficiale.

Questo valore incide anche sullo spessore del truciolo e sulla forma stessa del truciolo. E’ la distanza percorsa dall’utensile per ogni giro del pezzo. La profondità di taglio si esprime in millimetri ed è la profondità di passata dell’utensile. Un altro dato importante da tenere in considerazione è l’angolo di registrazione del tagliente (placchetta). Viene definito anche angolo di attacco e cambia a seconda dell’utensile utilizzato. Per cui la forma del truciolo varia al variare di questi parametri: profondità di taglio, angolo di attacco, avanzamento, tipo di materiale del pezzo, geometria dell’inserto utilizzato. Gli angoli di spoglia superiore e l’angolo di inclinazione sono altresì importanti nella tornitura.

L’angolo di spoglia superiore si chiama angolo gamma ed è la misura del tagliente rispetto al taglio. Solitamente questo angolo è positivo: in questo modo la spoglia inferiore determina una certa robustezza all’utensile ed una maggiore capacità di assorbire la potenza oltre ad aumentare la qualità della finitura superficiale.

Ma come si pianifica un processo di tornitura? In base al tipo di pezzo da lavorare, alle dimensioni ed alla forma, al materiale ed alla quantità di pezzi da eseguire viene scelta la macchina su cui produrre. Successivamente viene studiato il tipo di utensile in base all’operazione di tornitura da eseguire. Infine in base a tutte queste caratteristiche vengono stabilite la velocità di taglio ed i parametri operativi. I materiali che si possono tornire spaziano dagli acciai inox alla ghisa, dalle superleghe al titanio ai materiali non ferrosi.

 

Ma come si sceglie un’utensile per la tornitura?

Tornitura con inserti romboidali: questi inserti possono essere usati sia per tornitura che per sfaccettatura. Hanno ottime doti di sgrossatura ma possono provocare vibrazioni durante la lavorazione di pezzi sottili.

Tornitura con inserti raschianti: si usano per migliorare la finitura superficiale a parità di avanzamento permettendo di aumentare la produttività. Non vendono usati per la profilatura. La qualità dell’inserto, il materiale da lavorare, la geometria dell’inserto ed il percorso utensile sono fattori fondamentali per aumentare la produttività e ridurre il tempo-ciclo. Per cui in base al materiale da lavorare si sceglie la geometria dell’inserto e la qualità dell’inserto.

 

Come sono suddivisi i materiali che si possono tornire?

Secondo le norme ISO ed in base alle caratteristiche di durezza, analisi chimica ed altre variabili esistono sei gruppi di materiali:

  • Il gruppo ISO P sono quegli acciai legati o fortemente legati, compresi i getti di acciaio e gli acciai inossidabili ferritici e martensitici. In base alla durezza di questi materiali ed al tenore di Carbonio presente cambia la lavorabilità che è comunque sempre buona.
  • Il gruppo ISO M sono quegli acciai inox che contengono almeno il 12% di cromo come il nichel ed il molibdeno. Questi materiali a contatto con l’utensile producono molto calore ed usura.
  • nel gruppo ISO K fanno parte le ghise. Sono relativamente facili da lavorare le ghise grigie e le ghise malleabili mentre la ghisa nodulare e ghisa a grafite compatta sono più difficili.
  • I metalli non ferrosi come l’alluminio, il rame, l’ottone possono lavorare ad alte velocità di taglio perché sono più morbide quindi usurano meno l’utensile. Questi metalli fanno parte del gruppo ISO N
  • Le superleghe resistenti al calore che includono molti materiali fortemente legati a base di ferro, cobalto, titanio e nichel. Sono materiali che a causa dell’incollamento sono più difficili da tagliare con l’utensile per cui la lavorabilità non è delle migliori. Anche per quanto riguarda la durata questi materiali usurano molto la placchetta.
  • Fanno parte del gruppo ISO H tutti quegli acciai che hanno durezze HRc comprese fra i 45 e 65. Anche le ghise fuse in conchiglia con durezza intorno a 400-600 HB sono incluse in questo gruppo. Sono molto difficili da lavorare perché sviluppano tanto calore e sono abrasivi per l’utensile.

Nella tornitura la forza di taglio è la forza necessaria ad asportare una sezione specifica di truciolo con spessore medio di circa 1 millimetro. Le forze di taglio in gioco variano al variare del materiale da lavorare. Quanto più il materiale è duro tanto aumenteranno le forze di taglio. Di seguito una scaletta delle forze di taglio suddivise per materiale, dal più tenero al più difficile da lavorare.

  • Per l’alluminio la forza di taglio è compresa fra 350-1350 N/mm2
  • La ghisa richiede una forza di taglio che varia da 790-1350 N/mm2
  • Acciaio 1500-3100 N/mm2
  • Acciaio inox 1800-2850 N/mm2
  • Superleghe resistenti al calore 2400-3100 N/mm2
  • Acciaio temprato 2550-4870 N/mm2

 

Lavorazione al tornio: la forma del truciolo

Durante la tornitura il truciolo si può rompere in tre diversi modi:

  • Rottura spontanea. I trucioli si spezzano mentre si allontanano dall’inserto
  • Rottura contro l’utensile. Il truciolo si arriccia fino a quando non impatta contro l’angolo di spoglia inferiore dell’utensile, spezzandosi. In questo caso il truciolo potrebbe danneggiare l’utensile.
  • Rottura a contatto con il pezzo. Il truciolo si spezza a contatto con la superficie del pezzo in lavorazione e questo non è buono per la finitura superficiale.

 

La forma del truciolo varia con il variare della velocità di taglio, velocità di avanzamento, tipo di materiale e geometria dell’utensile. L’angolo di spoglia dell’inserto (detto angolo gamma) è molto importante per la forma del truciolo. Questo angolo può essere positivo o negativo. Da qui nascono gli inserti positivi e negativi. Alcuni esempi di impiego di angoli di spoglia positivi sono steli sottili e piccoli diametri di alesatura mentre per l’angolo negativo si usa in tutte quelle condizioni di taglio difficili.

 

Metodi di tornitura

I tre principali metodi di tornitura sono la sgrossatura, la lavorazione media e la finitura. Nella sgrossatura si ha il massimo volume di truciolo asportato e si lavora in condizioni di profondità di taglio e velocità di avanzamento piuttosto elevate per cui le forze di taglio sono molto elevate. La lavorazione media si usa per scopi generici e per la maggior parte delle applicazioni. Le profondità di taglio e l’avanzamento sono contenuti in un range molto ampio. La finitura, avendo basse forze di taglio, viene effettuata con basso avanzamento e ridotte profondità di taglio per garantire superfici ben levigate.

 

Come scegliere la forma di un inserto di tornitura?

La forma dell’inserto varia a seconda dell’angolo di punta che può essere molto ridotto (30-35 gradi) fino ad arrivare all’inserto rotondo cioè senza angoli. Fra questi due estremi sono presenti sul mercato molte geometrie fra cui quella quadrata, triangolare, trapezoidale. Maggiore è l’angolo del tagliente, che conferisce robustezza all’inserto, maggiori sono i parametri di taglio come la profondità di passata e l’avanzamento e maggiori sono le vibrazioni. Per cui sarà più facile ottenere una superficie meglio rifinita con inserti cosiddetti a “punta” cioè con piccoli angoli di punta.

 

Tornitura esterna

La tornitura esterna più comune è la tornitura longitudinale. Si utilizzano generalmente inserti a forma romboidale. Per la profilatura i fattori importanti sono la versatilità dell’utensile e l’accessibilità ed anche qui gli inserti romboidali con angolo fra i 35 ed i 55 gradi sono fra i più indicati. La sfacciatura o intestazione viene eseguita solitamente con inserti romboidali con angoli molto aperti, fra i 75 e 90 gradi. Per la tornitura a tuffo per l’esecuzione di tasche sono indicati inserti dalla forma rotonda che possono essere utilizzati per avanzamenti sia assiali che radiali.

 

Tornitura interna

Nella tornitura interna (barenatura) le dimensioni del foro e la lunghezza sono determinanti nella scelta dell’utensile. Per la tornitura longitudinale interna e barenatura (per allargare fori lavorando all’interno) vengono impiegati inserti triangolari. La sfacciatura interna viene eseguita con inserti romboidali con angoli molto aperti da 60 a 80 gradi. Nella profilatura interna l’inserto deve essere con angoli molto chiusi da 35 gradi a 55 gradi. L’evacuazione de truciolo è un fattore molto importante per la buona riuscita della barenatura infatti la forza centrifuga spinge i trucioli verso la parte interna del foro in certi casi danneggiandola anche. Usando un buon refrigerante si può aiutare ad allontanare il truciolo dalle superfici in lavorazione. Sono da preferire, in questo tipo di lavorazione, trucioli corti ed elicoidali perché sollecitano meno il tagliente dell’utensile ed hanno una più facile uscita dal foro.

 

Indica il materiale che devi lavorare: la  nostra esperienza ti sarà d’aiuto!

[contact-form-7 id=”5346″ title=”Form articolo tornitura”]

Utensili per alluminio

Utensili per la lavorazione dell’alluminio

Utensili per alluminio e sue leghe – Cenni metallurgici

Le leghe di alluminio sono caratterizzate da un’ottima attitudine alle lavorazioni di macchina per asportazione di truciolo. La loro resistenza al taglio degli utensili per alluminio è sensibilmente minore di quella opposta da altri materiali, quali ad esempio l’ottone o l’acciaio; inoltre, il basso punto di fusione e l’elevata conduttività termica permettono una temperatura di taglio relativamente contenuta. Le temperature che si generano anche ad elevate velocità sono infatti normalmente inferiori a quelle che potrebbero alterare le caratteristiche del pezzo o dell’utensile, e nel contempo sono sufficienti per ridurre la resistenza a deformazione e taglio del materiale in lavorazione. E’ per questo che gli sforzi di taglio sono decisamente bassi, anche per leghe a più elevata resistenza meccanica, pari indicativamente al 30% di quelli relativi alla lavorazione degli acciai. Comunque, per poter sfruttare al meglio queste caratteristiche, in termini di vantaggi economici, sono necessarie macchine veloci e utensili per alluminio speciali.

L’elevata velocità, oltre ad incidere sulla produttività, consente di ottenere buone qualità superficiali nelle fasi di finitura, e quindi è spesso una condizione obbligata. Va precisato che le diverse leghe a base di alluminio presentano comportamenti sensibilmente differenziati alle lavorazioni all’utensile. In ogni modo, con una corretta scelta di tutti i parametri operativi, è possibile ottimizzare gli aspetti qualitativi, tecnologici e, cosa molto importante, quelli economici, assicurando in tal modo al componente in lega di alluminio il miglior margine di competitività. In questa breve relazione si vogliono fornire chiarimenti sulle peculiarità della lavorazione meccanica dell’alluminio e sue leghe, integrando le nozioni teoriche con informazioni sulle condizioni pratiche operative. Si è ritenuto importante inserire anche alcune indicazioni relative a processi di lavorazione “chimico-fisici”, come la fresatura chimica e l’elettroerosione anche se non specificamente rientranti nel termine “lavorazioni meccaniche”.

Il concetto di lavorabilità include diversi aspetti, tutti rilevanti ai fini delle aspettative di qualità ed economia che governano i processi di lavorazione meccanica dei materiali. Tra i più importanti: la vita dell’utensili, le forze di taglio richieste, la forma del truciolo, la qualità delle superfici generate.La lavorabilità all’utensile dei materiali non è facilmente valutabile in termini teorici, dal momento che deriva da un insieme complesso di caratteristiche diverse, dipendenti sia dalle proprietà chimico-fisiche del materiale in lavorazione sia dalle procedure utilizzate.

 

Abrasività del materiale e vita dell’utensile per alluminio

Questo parametro è valutabile in base all’entità dell’usura del filo dell’utensile provocata dal materiale in lavorazione. Usando utensili con placchette di carburo si assume normalmente per la lavorazione dell’alluminio un’usura massima consentita tra 0,3 e 0,5 mm. L’abrasività dipende in qualche misura dalla durezza, ma è soprattutto da mettere in relazione con la struttura del materiale in particolare con l’eventuale presenza di particelle dure disperse nella matrice, che durante la lavorazione funzionano come veri e propri grani di smeriglio. Per questa ragione, l’usura dell’utensile è elevata nella lavorazione delle leghe da fonderia ipereutettiche, contenenti elevate quantità di cristalli di silicio primario mentre, all’opposto, le leghe da lavorazione plastica a basso consumo di silicio hanno i minimi valori di usura. L’usura dell’utensile per alluminio è minore durante la lavorazione di leghe di alluminio a bassa durezza; uno dei motivi di tale comportamento risiede nella facilità con cui le particelle dure, responsabili dell’usura, vengono scalzate via da matrici tenere. Tra i parametri operativi, è la velocità di taglio quella che influenza maggiormente la vita dell’utensile. Considerando altri parametri del processo di lavorazione, si nota come le interruzioni del taglio (anche generate da discontinuità del materiale, inclusa porosità) aumentano l’usura; questa risulta inoltre in correlazione diretta con l’area della sezione trasversale del truciolo (a sua volta funzione dei valori di avanzamento e profondità di taglio). Per le condizioni più critiche vengono suggerite modalità di lavorazione all’utensile specifiche e senz’altro il ricorso ad utensili con placchette di carburo sinterizzato o diamante. Infine si ricorda come l’usura del tagliente aumenti gli sforzi di taglio, per cui tali sollecitazioni normalmente aumentano man mano che procede il tempo di lavorazione.

 

Recidibilità e forma del truciolo

La recidibilità è la caratteristica di maggior peso per molte lavorazioni d’utensile. Può essere definita come l’attitudine di un materiale ad essere tagliato e comminuto da un utensile da taglio. E’ chiaro che, specialmente per operare sulle macchine automatiche, è importante avere un truciolo corto ed in ogni caso facilmente asportabile. In linea di massima, a parità di altre condizioni, quanto maggiore è lo stato di indurimento di una lega, tanto maggiore è la lavorabilità nei termini di cui sopra, quindi va meglio un materiale incrudito, od indurito con trattamento termico, piuttosto che ricotto. Ma la durezza del materiale non è l’elemento determinante la “recidibilità”, ben maggiore è l’influenza esercitata da determinati tipi di dispersoidi, a volte introdotti “ad hoc” con lo scopo specifico di causare la rottura del truciolo. Funzionano egregiamente a questo scopo i dispersoidi bassofondenti, come piombo e bismuto che, aggiunti in percentuali normalmente da 0,2 a 0 8% in peso, si distribuiscono nella matrice delle leghe come particelle globulari. Queste particelle fondono a seguito del calore nella lavorazione d’utensile, favorendo in tal modo un efficace spezzettamento del truciolo. Più recentemente sono state sviluppate altre famiglie di leghe utilizzanti stagno o stagno bismuto come bassofondenti, per far fronte alle problematiche ecologiche inerenti l’impiego di piombo. Quanto sopra vale particolarmente per le leghe da lavorazione plastica. Le leghe da fonderia sono caratterizzate da superiori livelli percentuali di elementi alliganti non in soluzione e quindi ad una diffusa presenza di dispersoidi duri. Per tale motivo, in genere, le leghe da fonderia presentano un truciolo finemente spezzettato tranne in alcune leghe, come ad esempio quella eutettica EN ACAlSi12, che mostrano un truciolo semicontinuo. In ogni modo, anche per le leghe da getti, esistono particolari composizioni che prevedono la presenza di piombo e bismuto. Relativamente al processo, uno dei parametri tecnologici della lavorazione che influenzano la forma del truciolo è la geometria dell’utensile; in particolare piccoli angoli di spoglia possono essere efficaci per accorciare la lunghezza del truciolo, aumentandone la deformazione durante il taglio.

 

Qualità della superficie

Una delle caratteristiche base che definiscono l’attitudine alla lavorazione di macchina, dal punto di vista della qualità ottenibile, è la levigabilità. Questa può essere definita come la capacità del singolo materiale di esibire, dopo lavorazione meccanica, una superficie liscia e con bassa rugosità. Questa caratteristica dipende principalmente dalle caratteristiche chimico-fisiche del materiale base, ed in minor misura dalla composizione chimica della lega. In linea di massima, quanto maggiore è lo stato di indurimento di una lega, tanto maggiore è la qualità superficiale ottenibile. Per le leghe da fonderia, c’è anche da considerare l’influenza della microstruttura, in particolare delle particelle dure incorporate nella matrice d’alluminio, che possono essere scalzate, col risultato di dar luogo ad una superficie più rugosa. Nonostante ciò, anche la qualità delle superfici ottenute nella lavorazione dei getti può essere classificata tra buona e molto buona. Nei casi in cui sia richiesta una superficie molto levigata, come ad esempio nel caso dei tamburi per macchine copiative (Rt maggiore di 0,1 micron), può diventare necessario l’uso di leghe speciali con uno stretto controllo delle impurezze e delle disomogeneità. La velocità di taglio è un parametro importante che influenza la qualità delle superfici lavorate; in generale, la rugosità è inversamente proporzionale alla velocità di taglio e, quando si scende al di sotto di una velocità di soglia, la rugosità aumenta drammaticamente a causa del fenomeno del tagliente di riporto. In pratica, il tagliente di riporto è un incollamento di materiale sulla superficie di taglio dell’utensile per alluminio che modifica il profilo del tagliente, influenzando negativamente la qualità della superficie del pezzo lavorato. La velocità di taglio non dovrebbe quindi, come regola, scendere mai al di sotto del valore di soglia consigliato quando si lavora l’alluminio e sue leghe. Anche ad alte velocità si potrebbero avere problemi analoghi, ma solo nel caso di raffreddamento insufficiente. Oltre a ciò, bisogna considerare che l’utilizzo di utensili con maggiori angoli di spoglia e la scelta di leghe di alluminio ad elevata durezza riducono la tendenza al tagliente di riporto.

 

Caratteristiche degli utensili per alluminio

Gli utensili adatti per la lavorazione dell’alluminio differiscono da quelli utilizzati per la lavorazione degli acciai sia per la geometria che per la scelta dei materiali. I normali acciai al carbonio a 65 Rockwell C possono essere impiegati solo per produzioni limitate o per modeste velocità di taglio; acciaio rapido (HSS), carburo sinterizzato (SC) o diamante sono i comuni materiali per gli utensili impiegati nella lavorazione a macchina dell’alluminio e sue leghe. Secondo alcuni operatori, gli utensili ceramici non sono raccomandati nella lavorazione dell’alluminio per l’affinità chimica della loro matrice con l’alluminio. Anche gli utensili rivestiti possono avere problemi a causa dell’affinità col titanio, quasi sempre presente nel rivestimento, che durante la lavorazione può diffondere riducendo l’efficienza dello stato duro. Pure gli utensili in nitruro di boro cubico (CBN) non sono adatti per la lavorazione tradizionale dell’alluminio, in quanto degradano rapidamente per fenomeni di usura ed erosione.

 

Utensili in acciaio rapido

Gli utensili per alluminio in acciaio rapido, pur essendo idonei a lavorare quasi tutte le leghe di alluminio, sono più indicati per quelle con durezze relativamente ridotte e con un basso contenuto di silicio. Per quanto riguarda la composizione, un contenuto di vanadio dal 2% al 4% garantisce una maggiore resistenza all’abrasione. La possibilità di ottenere con gli acciai rapidi grandi angoli di spoglia permette di operare in condizioni di taglio più favorevoli, riducendo la tendenza al tagliente di riporto e le forze di taglio. Le velocità di taglio ottenibili con questi utensili possono però essere limitate dall’insorgere di rapide usure alle alte velocità, quando non si riesca a contenere l’aumento della temperatura.

 

Utensili in carburo

Per la lavorazione delle leghe più dure o particolarmente abrasive, ad esempio quelle da fonderia ad elevato contenuto di silicio, è consigliabile ricorrere ad utensili in carburo siterizzato, caratterizzati da eccellente resistenza all’usura e quindi in grado di consentire, anche con leghe difficili, elevate velocità di lavorazione e di garantire, in normali condizioni di lavorazione, una vita lunga dell’utensile per alluminio. I taglienti ad alto contenuto di carburo di tungsteno (WC) hanno dimostrato un’attitudine alla lavorazione dell’alluminio, mentre sono da evitare quelli con carburo di titanio (TIC), per la già citata affinità del titanio con l’alluminio. L’utensile in carburo può essere superfluo su macchine che non riescono a raggiungere le velocità di taglio superiori a quelle indicate per l’acciaio rapido.

 

Utensili in diamante

Per il massimo livello di prestazioni si passa infine agli utensili in diamante, ai quali si può fare ricorso quando, indipendentemente da altre considerazioni, sia assolutamente necessario un particolare livello di finitura superficiale, anche su leghe caratterizzate da un truciolo lungo. Gli utensili in diamante presentano una lunga vita operativa anche se usati per le leghe ad alto contenuto di silicio. In ogni modo, per produrre buoni risultati nella lavorazione a macchina dell’alluminio, occorrono utensili con geometrie studiate specificatamente per questo materiale, dal momento che gli utensili per l’acciaio hanno in genere angoli di spoglia troppo piccoli e geometrie di scarico dello sfrido inadeguate. Da notare infine che grandi angoli di spoglia riducono anche la compressione sul truciolo e le forze di taglio generate durante la lavorazione. I taglienti devono essere affilati e le superfici particolarmente curate o persino lucidate. L’operazione di riaffilatura è più critica nelle lavorazioni dell’alluminio in quanto il deterioramento dei taglienti o delle geometrie può avere effetti più dannosi che nella lavorazione di altri metalli. Per tale motivo è meglio evitare la riaffilatura a mano.

 

Lubrificazione degli utensili

Molte operazioni di lavorazione a macchina, in particolare la sgrossatura, sono eseguite a secco. Normalmente la lavorazione senza lubrorefrigeranti delle leghe di alluminio è adottata quando si presentano le seguenti condizioni: leghe non particolarmente dure, utensili di buona qualità, condizioni di lavoro non esasperate (come la velocità di taglio e la profondità di passata). Comunque la lavorazione a secco è possibile anche in condizioni di alta velocità di taglio, abbinate a notevoli avanzamenti. L’uso di un fluido di taglio rimane consigliato nelle operazioni di finitura o nei casi in cui formazione e rimozione del truciolo siano difficili, come la foratura, il taglio con filo, etc. Le principali funzioni di un fluido da taglio sono quindi di raffreddare il pezzo e l’utensile e lavare via il truciolo. Ciò impatta positivamente sia sulla tendenza alla formazione di tagliente di riporto (e di conseguenza sulla finitura superficiale), sia sulla precisione dimensionale della lavorazione (va tenuto conto che l’alluminio e sue leghe hanno un elevato coefficiente di dilatazione termica).

Il lubrorefrigerante non ha un effetto univoco sulle forze di taglio, in quanto la componente refrigerante, riducendo la temperatura nelle zone di taglio, contribuisce ad aumentare gli sforzi, mentre la componente lubrificante li diminuisce. La tendenza nelle lavorazioni tradizionali è quella di abbondare con l’uso di lubrorefrigerante; tale propensione è confermata anche dalle norme come la ISO 8688, che stabilisce una portata minima di 0,1 l/min per ogni centimetro cubo asportato. Secondo altri operatori, all’aumento delle portate non si accompagna un proporzionale aumento dell’effetto di raffreddamento, in quanto il risultato è vanificato da un’inefficiente modalità di adduzione del lubrorefrigerante che presenta dei limiti nella capacità di asportazione del calore dalla piccola area di taglio. In base a queste considerazioni sono stati sviluppati nuovi sistemi di lubrorefrigerazione, caratterizzati da pressioni elevate ed appropriati ugelli, progettati in modo da generare un flusso di nanoparticelle che, migliorando il rapporto volume/ superficie, assorbono il calore in modo molto efficiente da piccole aree.

L’utilizzo di questa tecnica consentirebbe, con portate di lubrorefrigerante decisamente ridotte, di ridurre le temperature di taglio rispetto ai sistemi convenzionali ed inoltre di ottenere usure del tagliente contenute e graduali/ e quindi controllabili. Come lubrorefrigeranti possono essere utilizzati olii emulsionabili disponibili in commercio. Bisogna comunque considerare che soluzioni alcaline possono attaccare l’alluminio e sue leghe e quindi devono essere previsti degli inibitori di corrosione; per lo stesso problema non devono essere usati neppure fluidi da taglio contenenti cloruri. Prima di impiegare prodotti di cui non si conosca la compatibilità con alluminio è meglio verificarne il loro comportamento ai fini della corrosione.

Alesatore standard

Alesatore: utensile per fori di precisione

Gli alesatori sono utensili che servono a calibrare i fori portandoli alla precisione o alla finitura richiesta. Di solito vengono usati dopo gli allargatori. Si possono anche impiegare direttamente dopo la sola foratura, in lavorazioni non di precisione, ma in questo caso si usurano rapidamente. L’azione di taglio è compiuta dagli spigoli della zona di imbocco, mentre la restante parte scanalata ha funzioni di calibratura e di guida. I taglienti rettilinei sono di costruzione relativamente più agevole e permettono un facile scarico di trucioli, hanno però tendenza ad entrare in vibrazione compromettendo la finitura superficiale. Una divisione irregolare dei taglienti tende ad eliminare questo inconveniente. I taglienti elicoidali hanno un’azione più regolare e possono essere di due tipi:

alesatore con elica concorde al senso di taglio, detta positiva, che estrae bene i trucioli; l’utensile tende però ad autopenetrare col rischio di piantarsi nel foro se l’avanzamento non è controllato dalla macchina

alesatore con elica discorde col senso di taglio, detta negativa, che spinge i trucioli in avanti: l’utensile si dice che tende a “rifiutare” il foro ed esercita una buona azione di levigatura. Di solito i più usati sono questi, con angolo d’elica di 8 gradi. Gli alesatori finitori hanno angolo d’elica di 45 gradi e possono asportare notevoli sovrametalli, ma sono adatti solo per fori passanti.

Gli alesatori lavorano su sovrametalli molto ridotti e perciò nelle lavorazioni a macchina possono sopportare avanzamenti per giro notevolmente superiori a quelli di foratura. Le velocità di taglio sono invece assai più basse onde evitare attriti e riscaldamenti eccessivi che porterebbero ad una rapida perdita dell’affilatura e quindi alla perdita della tolleranza diametrale; con le riaffilature viene a mancare il grado di tolleranza prescritto.In tal caso gli alesatori riaffilati si possono passare ad un grado di tolleranza più largo oppure destinarli per un diverso diametro. In questo modo non vengono messi fuori uso ma preparati e previsti per altre lavorazioni.

Gli alesatori con taglienti in metallo duro sono sempre più impiegati per eliminare l’operazione di rettifica come nel caso di guida valvole, pompe ad iniezione, fori per cassette di distribuzione.Malgrado la crescente precisione delle macchine utensili è ancora difficile allineare perfettamente l’asse del porta-alesatore (contropunta del tornio parallelo, torretta del tornio semiautomatico, portautensile di un tornio multi mandrino, ecc.) con l’asse del foro da alesare. Ciò è essenzialmente dovuto a fenomeni incontrollabili di dilatazione originati dal surriscaldamento.

 

 

È dimostrato che i migliori risultati si ottengono quando l’alesatore può penetrare nel foro perfettamente allineato senza essere soggetto a sollecitazioni radiali. È nella soluzione di questo problema che si rivela il ruolo determinante del mandrino flottante. Un attacco ideale, sensibile e preciso, compensa automaticamente gli errori angolari e di allineamento e può essere regolato rapidamente mediante ghiere zigrinate.

I mandrini flottanti sono a correzione radiale e angolare regolabili o a sola correzione radiale; questi ultimi hanno un ingombro ridotto e sono impiegati principalmente nelle macchine transfer e nelle teste multi mandrino. Poiché alcuni alesatori sono forati longitudinalmente per il passaggio del liquido di raffreddamento, si hanno versioni speciali di mandrini flottanti.
L’uso di normali alesatori rigidi obbliga l’industria ad avere un apposito utensile per ogni diametro con la voluta tolleranza e questo può essere accettato quando trattasi di una lavorazione di grande serie. Inoltre il recupero di un alesatore logoro è possibile solo mediante il suo utilizzo su di un diametro inferiore; l’operazione non è sempre agevole e conveniente.

Per questo motivo le officine che si dedicano prevalentemente a lavorazioni varie sentono la necessità di possedere una serie limitata di alesatori regolabili, tale da coprire l’intera gamma di dimensioni e tolleranze. A seconda del criterio costruttivo gli alesatori espansibili si distinguono nei tipi di costruzione integrale e a lame scorrevoli. Gli alesatori cilindrici regolabili con piccola espansione ad intagli elastici vengono di norma realizzati dalle industrie costruttrici specializzate nelle serie che permettono di calibrare fori compresi fra il diametro minimo di 5 mm e massimo di 50 mm. Gli alesatori cilindrici regolabili a lame scorrevoli vengono realizzati nelle serie che permettono la calibratura di fori compresi fra un diametro minimo di 9 mm e massimo di 50 mm. Uno strumento di misura per verificare la precisione dei fori è l’alesametro

Ulteriori informazioni sugli alesatori su Wikipedia

Link di approfondimento: http://www.ilcalibro.it/alesatura_meccanica.htm

utensile in tornitura

Utensili e materiali: cenni storici

Utensili in acciaio

 

Possono essere acciai al solo carbonio temprati in acqua, o debolmente legati con Cr e W temprati in olio, ma in questi casi si devono impiegare velocità di taglio basse perché questi materiali non sopportano elevate temperature. Più impiegati sono quindi gli acciai rapidi e super rapidi: per caratteristiche e impieghi relativi si veda la tabella UNI 2955. Con utensili ottenuti con questi materiali si può lavorare ad alte velocità perché conservano buone caratteristiche di durezza anche a 450-600 gradi.

 

Utensili in leghe di cobalto, con alti tenori di cromo e tungsteno

 

Tra le più note si può ricordare la stellite. Mantengono la loro durezza anche oltre i 700 gradi e rispetto ai metalli duri hanno il vantaggio di una minore fragilità e di un costo inferiore. Sono utilizzate in barrette o applicate, sotto forma di placchette, su steli di utensili in acciaio. Sono usate specialmente per riporti a spessore su utensili da riparare o su pezzi soggetti a forte usura a caldo.

 

Metalli duri

 

Sono carburi metallici sintetizzati, specialmente di tungsteno ma anche di titanio e tantalio, i cui grani sono legati tra loro da una matrice di cobalto con eventualmente nichel e ferro. Mantengono una durezza elevata anche a 800 gradi e permettono quindi velocità di taglio molto elevate, anche per la loro alta capacità di disperdere il calore prodotto nella zona di taglio. Presentano problemi per la loro fragilità e scarsa resistenza a trazione, a fatica e agli sbalzi termici. Hanno costo elevato che però è compensato dalla forte produzione, realizzabile o con lunga durata del tagliente o con velocità di taglio molto alte. La varietà dei procedimenti con i quali i diversi fabbricanti producono i metalli duri ha fatto sì che la ISO abbia normalizzato solo tre gruppi principali P, M e K, ciascuno suddiviso in gruppi di applicazione, in funzione delle condizioni di lavoro nelle quali il carburo metallico è usato. Sulla base di questi gruppi i fabbricanti indicano poi il campo di applicazione delle loro gradazioni. Il metallo duro è usato sotto forma di placchette brasate su uno stelo d’acciaio oppure di inserti multi taglienti bloccati meccanicamente. Gli utensili con placchetta brasata vengono riaffilati, con mole a base di carburo di silicio o diamantate. Nella placchetta si hanno tensioni interne lasciate dalla saldobrasatura e durante il taglio altre nascono dalla diversa dilatazione termica delle due parti a contatto. Il fissaggio meccanico di inserti multi taglienti elimina questi inconvenienti e inoltre offre il vantaggio di poter sostituire un tagliente usuratosi, semplicemente ruotando l’inserto. Il costo utensile è ridotto fortemente, rispetto agli utensili a placchetta brasata, perché il prezzo d’acquisto per tagliente è minore, è eliminato il costo di riaffilatura ed è minimo il costo per il tempo di sostituzione del tagliente, Usando questi utensili con inserti multi-taglienti conviene aumentare la velocità di taglio: il tagliente dura meno e l’utensile costa di più ma in compenso il risparmio di tempo riduce fortemente il costo macchina e quindi alla fine si ha un minore costo totale di produzione.

 

Utensili in materiali ceramici e carboceramici

 

Costituiti fondamentalmente da Allumina contengono ossidi di cromo, silicio, magnesio, ecc. Hanno durezza vicina quella del diamante e la mantengono anche ad elevate temperature permettendo così di lavorare a velocità anche 10 volte superiori a quella dei metalli duri. Essendo fragili richiedono assenza di vibrazioni e taglio non interrotto. Sono specialmente indicati per lavorare leghe abrasive, ghisa, rame, ottoni, bronzi e acciai inox. Sono impiegati quasi sempre sotto forma di inserti fissati meccanicamente.