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.

 

 

 

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!

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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.