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”]