L'Asportazione di Truciolo nella Fresatura Obliqua: Principi, Utensili e Parametri

Nel vasto mondo delle lavorazioni meccaniche, un aspetto fondamentale che richiede estrema attenzione è l'asportazione del truciolo. Questa operazione non è un semplice scarto, ma un processo cruciale che influisce direttamente sulla qualità e l'efficienza della lavorazione. In particolare, quando si parla di fresatura, e nello specifico della fresatura obliqua, la gestione del truciolo assume un ruolo ancor più rilevante.

Cos'è l'Asportazione di Truciolo?

L'asportazione del truciolo si tratta dell'eliminazione di una sezione del materiale di base che permette di ottenere il risultato finale. In altre parole, il truciolo non è altro che il materiale di scarto prodotto durante la lavorazione meccanica dei materiali - come legno e ferro - attraverso processi di asportazione come la tornitura, la fresatura o la foratura. Il truciolo è il materiale che viene prodotto.

Il concetto alla base di questa operazione è che l'utensile non taglia il materiale in modo netto ma provoca una deformazione plastica del materiale davanti al tagliente. La lama avanza e comprime l'oggetto della lavorazione fino a creare un punto di rottura: si ha un piano inclinato dove il materiale si separa dal pezzo. E viene spinto verso l'alto dall'utensile. Quindi, possiamo dire che quest'operazione permette a chi si occupa del processo in esame di ottenere il risultato sperato.

I processi per la creazione dei particolari meccanici richiedono la rimozione del materiale in eccesso attraverso l’impiego di utensili di lavoro e la rotazione del componente. Il materiale in eccesso viene asportato sotto forma di residuo definito “truciolo”, che avrà caratteristiche differenti in base al tipo di lavorazione in atto.

Operazioni Meccaniche con Asportazione di Truciolo

Ci sono diverse operazioni tecniche che permettono di lavorare sull'asportazione del truciolo, un passaggio che - è giusto ricordarlo - determina il risultato desiderato. Quali sono le operazioni che sfruttano l'asportazione del materiale e la formazione del truciolo per raggiungere l'obiettivo?

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• La foratura, ovvero effettuare un foro cieco o passante nel materiale.
• La tornitura con relativa attività di sgrossatura, finitura, filettatura.
• La fresatura, utilizzata per effettuare zone piane, scanalature, cave, profili complessi, ingranaggi.
• La rettifica, per lavorazioni millimetriche.
• La brocciatura.
• L'alesatura.
• La filettatura.

Le macchine che lavorano il materiale tramite l’asportazione del truciolo possono essere suddivise in due categorie ben distinte. Abbiamo le macchine che procedono tramite movimento rettilineo, tra cui rettificatrici, piallatrici e stozzatrici; e le macchine che operano tramite movimento circolatorio, come torni, alesatrici e fresatrici.

La Formazione del Truciolo e i Suoi Parametri

I parametri che concorrono nella formazione di un truciolo sono differenti. Un angolo di spoglia dell'utensile più grande semplifica lo scorrimento e riduce la deformazione, ma un ruolo da protagonista nella formazione del truciolo ce l'ha la velocità di taglio. Questo parametro, infatti, influenza la temperatura nella zona di taglio e il comportamento del materiale.

In primo luogo, dalla forma del truciolo determiniamo la qualità della lavorazione. Ma questo elemento ci può aiutare a capire anche se l'utensile ormai è usurato e deve essere cambiato, così come può determinare la buona riuscita della lavorazione. Non a caso diversi utensili da taglio, come quelli saldobrasati per la tornitura, hanno delle forme che permettono di estrudere i trucioli in modo efficace: se si reintroducono nel processo di lavorazione possono graffiare la superficie lavorata o surriscaldare l'utensile.

L'Interpretazione delle Forme del Truciolo

Partiamo dal presupposto che non possiamo valutare il truciolo e la sua forma in termini assoluti perché tutto può cambiare in base al materiale. Però alcuni parametri possono essere un campanello d'allarme o sinonimo di efficienza lavorativa.

• Truciolo a nastro o spirale lunga: Nel primo caso, quando il truciolo assume una forma a nastro o spirale lunga, parliamo sempre di un materiale duttile, e la sintesi è che i parametri di taglio sono corretti e il tagliente versa in buone condizioni. Questa condizione può essere pericolosa perché il truciolo lungo e a spirale si avvolge intorno al pezzo o all'utensile. Quando il rompitruciolo funziona bene, hai spirali che si spezzano ogni 5-10 cm, e questo è un bene.
• Truciolo discontinuo o frammentato: Se il truciolo, invece, è discontinuo o frammentato, la velocità di taglio può essere troppo bassa o il tagliente ha una geometria inadeguata, oppure ancora c'è un eccesso di vibrazioni o di irregolarità nell'avanzamento.
• Truciolo che cambia forma: Ma se il truciolo prima ha una spirale lunga e omogenea e poi cambia, diventando frammentato, c'è qualcosa che non va. Stacca tutto e controlla perché vuol dire che i parametri sono sballati.

Le opzioni per risolvere queste problematiche sono diverse, ma c'è un vecchio trucco da meccanico che vogliamo condividere con te: conserva in officina dei campioni di trucioli che descrivono situazioni differenti - taglio ottimale, tagliente usurato, parametri inadeguati - così puoi confrontare rapidamente e capire se c'è qualcosa che non va o se tutto procede al meglio.

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La Fresatura: Un Processo Chiave nell'Asportazione di Truciolo

Nel mondo della meccanica e della produzione industriale, le lavorazioni per asportazione di truciolo sono uno dei metodi principali per la creazione di componenti e pezzi lavorati. La Fresatura è una lavorazione meccanica per asportazione di Truciolo. Nelle Fresatrici il Moto di Taglio è Rotatorio ed è posseduto dall’Utensile, mentre il Moto di Alimentazione (o Avanzamento) è generalmente posseduto dal pezzo.

La fresatura è un processo di lavorazione meccanica in cui un utensile rotante, detto “fresa”, asporta del materiale da un pezzo da lavorare, detto “semilavorato”. A differenza di altre tecniche di lavorazione, come la tornitura o la rettifica, la fresatura è particolarmente versatile e permette di eseguire operazioni su superfici piane, curve, fori, tasche e altre geometrie complesse. La Fresatura è adoperata per la lavorazione di superfici esterne, per ricavare delle scanalature e per la sagomatura (in quest’ultimo caso è possibile usare una “Fresa di Forma”).

Tipi di Fresatura: Dalla Frontale all'Obliqua

Esistono diversi tipi di fresatura, che si distinguono in base al movimento dell’utensile e del pezzo da lavorare, oltre che alla posizione dei taglienti sulla fresa stessa.

• Fresatura frontale: In questa tecnica, i taglienti della fresa sono disposti principalmente sulla parte terminale dell’utensile. Durante l’operazione, la fresa ruota attorno al proprio asse e avanza perpendicolarmente rispetto alla superficie del pezzo.
• Fresatura periferica: Nella fresatura periferica, i taglienti sono disposti lungo il bordo della fresa. La fresa avanza parallelamente alla superficie del pezzo, rimuovendo il materiale principalmente lungo il bordo.
• Fresatura inclinata: Questa è una variante della fresatura periferica in cui l’utensile è inclinato rispetto alla superficie del pezzo.
• Fresatura di profilo e stampi: È una tecnica in cui la fresa segue un percorso predeterminato per creare forme tridimensionali complesse, come cavità, modelli e stampi.
• Fresatura di spianatura: Utilizzata per ottenere superfici piane e regolari, questa tecnica prevede l’uso di frese larghe e taglienti distribuiti lungo tutta la superficie dell’utensile.

Utensili per la Fresatura: Le Frese

Gli utensili utilizzati nella fresatura, le frese, sono disponibili in una vasta gamma di forme, dimensioni e materiali. La scelta dell’utensile giusto dipende dal tipo di materiale da lavorare, dalla forma del pezzo e dalle tolleranze richieste. Qualunque processo di lavorazione meccanica che richiede l’asportazione del truciolo impiega utensili ad alta resistenza, tra cui le frese.

• Fresa cilindrica: è uno degli utensili più comuni e viene utilizzato principalmente per la fresatura periferica.
• Fresa a disco: caratterizzata da un corpo discoidale, è utilizzata per eseguire scanalature e tagli profondi nel materiale.
• Fresa a candela: questo utensile è molto versatile e viene impiegato sia per la fresatura frontale che per quella periferica.
• Fresa a inserti: le frese a inserti utilizzano taglienti intercambiabili, chiamati “inserti”. Questi inserti possono essere sostituiti una volta usurati, senza dover cambiare l’intero utensile.

Ogni applicazione ha le sue particolarità e ogni materiale lavorato richiede differenti proprietà dell’utensile impiegato. Offriamo inserti grezzi con sovrametallo da rettificare per le applicazioni di fresatura e tornitura. Grazie al nostro team dedicato alla progettazione ed esecuzione degli stampi siamo in grado di fornire tutte le principali tipologie di inserti a fissaggio meccanico richiesti dal mercato anche con esecuzioni di cross pressing e cross hole. Offriamo grezzi presagomati a disegno per la realizzazione di frese integrali in Metallo Duro di grandi dimensioni o con sagome speciali. Questo tipo di prodotto viene progettato e realizzato in completa collaborazione con il cliente, in modo da minimizzare le successive lavorazioni di affilatura.

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A seconda del materiale che si intende lavorare, cambiano le sollecitazioni e la resistenza a cui è soggetto l’utensile. Motivo per il quale, il modello degli strumenti impiegati per la lavorazione dev’essere scelto con la massima attenzione, tenendo in considerazione la durezza del materiale e le caratteristiche superficiali del componente meccanico finito.

La macrogeometria è stata sviluppata per lavorare in condizioni leggere, medie o pesanti. La macrogeometria influisce su molti parametri del processo di taglio. Un inserto con un tagliente robusto può lavorare a carichi più elevati, ma genera anche maggiori forze di taglio, consuma più potenza e genera più calore. Le geometrie ottimizzate dal punto di vista del materiale sono contrassegnate dalla lettera di classificazione ISO. Ad esempio, le geometrie per la ghisa: -KL, -KM e -KH.

L'angolo principale del tagliente (kr) della fresa è il fattore dominante, in quanto incide sulla direzione della forza di taglio e sullo spessore del truciolo. Il diametro della fresa (Dc) viene misurato sul punto (PK) in cui il tagliente principale incontra il tratto piano parallelo. Il diametro più importante da considerare è (Dcap) - il diametro di taglio effettivo alla profondità di taglio effettiva (ap) - utilizzato per il calcolo della velocità di taglio effettiva. Per un determinato diametro della fresa, è possibile scegliere tra diversi passi: largo (-L), normale (-M), extra stretto (-H). L'aggiunta di una X al codice indica una versione fresa il cui passo è leggermente più vicino rispetto al suo design di base. Inoltre, uno spazio disuguale tra i denti di una fresa è un modo molto efficace per ridurre al minimo la tendenza alle vibrazioni.

Parametri Fondamentali della Fresatura

Per ottenere una lavorazione ottimale, è essenziale regolare correttamente i parametri della fresatura. Questi parametri sono cruciali per controllare il processo di asportazione del truciolo e assicurare la qualità del pezzo finito.

Velocità di Taglio (vc)

La velocità di taglio è la velocità alla quale il tagliente della fresa attraversa il materiale del pezzo. È espressa in metri al minuto (m/min) ed è influenzata dal tipo di materiale della fresa e del pezzo da lavorare. Questa formula permette di calcolare la velocità con cui i taglienti dell’utensile attraversano il materiale da lavorare. Indica la velocità periferica a cui il tagliente lavora il pezzo. Indica la velocità superficiale al diametro effettivo (DCap). Questo valore è necessario per determinare i dati di taglio effettivi alla profondità di taglio effettiva (ap). Il numero di giri che la fresa compie ogni minuto sul mandrino. Si tratta di un valore orientato alla macchina, che viene calcolato in base al valore della velocità di taglio consigliato per un'operazione.

Avanzamento (f)

L’avanzamento è la velocità con cui la fresa avanza attraverso il pezzo da lavorare. È espresso in millimetri per giro (mm/giro) o millimetri al minuto (mm/min). L’avanzamento è la quantità di materiale che l’utensile rimuove ad ogni giro o ad ogni passaggio. Un valore per il calcolo dell'avanzamento tavola. Il valore di avanzamento per dente viene calcolato in base al valore massimo consigliato per lo spessore dei trucioli. Conosciuto anche come avanzamento tavola, avanzamento macchina o velocità di avanzamento. Si tratta dell'avanzamento dell'utensile in relazione al pezzo, in distanza per unità di tempo, legato all'avanzamento per dente e al numero di denti della fresa. Il numero di denti disponibili nell'utensile (zn) varia notevolmente e viene utilizzato per determinare l'avanzamento tavola mentre il numero effettivo di denti (zc) è il numero di denti effettivamente impegnato nel taglio. L'avanzamento per giro (fn) in mm/giro (pollici/giro) è il valore utilizzato specificamente per i calcoli dell'avanzamento e spesso per determinare la capacità di finitura di una fresa. Questo valore è il risultato dell'impegno della fresa in relazione a (fz), (ae) e (kr). Lo spessore del truciolo è un fattore importante da considerare quando si decide l'avanzamento per dente, al fine di garantire l'impiego dell'avanzamento tavola più produttivo. Un valore ausiliario che indica la distanza di movimento dell'utensile durante una rotazione completa. Viene utilizzato specificamente per i calcoli dell'avanzamento e spesso per determinare la capacità di finitura di una fresa.

Profondità di Taglio (ap e ae)

La profondità di taglio rappresenta lo spessore del materiale asportato in un singolo passaggio dell’utensile. Maggiore è la profondità di taglio, più materiale viene rimosso, ma aumenta anche lo sforzo sull’utensile e sulla macchina. Abbiamo due componenti principali:

• ae: rappresenta la profondità di taglio radiale, cioè la distanza misurata in direzione perpendicolare alla superficie lavorata. La larghezza radiale della fresa (ae) impegnata nel taglio è particolarmente critica per determinare l'avanzamento tavola (vf) e la produttività.
• ap: rappresenta la profondità di taglio assiale, cioè la distanza lungo la direzione di avanzamento dell’utensile. La profondità di taglio (ap) è la differenza tra la superficie non tagliata e quella di taglio in direzione assiale. ap è limitato principalmente dalla dimensione dell'inserto e dalla potenza della macchina. Un altro fattore critico nelle operazioni di sgrossatura è la coppia, mentre nelle operazioni di finitura sono le vibrazioni.

Per una panoramica più completa dei parametri chiave, consultiamo la seguente tabella:

Parametro	Definizione	Unità di Misura
Velocità di taglio (vc)	Velocità periferica del tagliente che lavora il pezzo. Velocità superficiale al diametro effettivo (Dcap).	m/min
Numero di giri (n)	Numero di giri che la fresa compie ogni minuto sul mandrino.	giri/min
Avanzamento (f)	Velocità con cui la fresa avanza attraverso il pezzo. Quantità di materiale rimossa ad ogni giro o passaggio.	mm/giro o mm/min
Avanzamento per dente (fz)	Valore per il calcolo dell'avanzamento tavola, basato sullo spessore massimo consigliato dei trucioli.	mm/dente
Avanzamento per giro (fn)	Distanza di movimento dell'utensile durante una rotazione completa. Determina la capacità di finitura.	mm/giro
Avanzamento tavola (vf)	Avanzamento dell'utensile in relazione al pezzo, in distanza per unità di tempo.	mm/min
Profondità di taglio assiale (ap)	Spessore del materiale asportato in direzione assiale.	mm
Profondità di taglio radiale (ae)	Larghezza radiale della fresa impegnata nel taglio. Distanza perpendicolare alla superficie lavorata.	mm
Volume di metallo rimosso	Volume di metallo rimosso per unità di tempo.	mm³/min

Un valore utile per determinare la forza di taglio specifica, utilizzato per il calcolo della potenza netta. I valori orientati alla macchina utensile aiutano a calcolare la potenza netta per garantire che la macchina sia in grado di gestire la fresa e l'operazione.

Strategie e Movimenti nella Fresatura

La fresatura può essere eseguita seguendo diverse strategie, a seconda della forma del pezzo e delle specifiche della lavorazione. I movimenti delle macchine utensili sono essenziali: il processo di asportazione del truciolo rappresenta una vera e propria criticità nell’ambito della creazione del componente meccanico. Durante la lavorazione, il componente viene mosso per facilitare la rimozione del residuo secondo metodologie ben precise.

• Moto di taglio: Si tratta di un movimento che può essere rettilineo o rotatorio. Il moto di taglio viene impiegato per una sola rimozione del truciolo e assicura una lavorazione precisa anche su componenti particolarmente duri.
• Moto di avanzamento: Si ricorre al moto di avanzamento per rimuovere ripetutamente il truciolo che si forma durante la lavorazione.

Tra le strategie di fresatura troviamo:

• Fresatura in passata unica: In questa tecnica, l’utensile rimuove tutto il materiale richiesto in un singolo passaggio.
• Fresatura in più passate: La fresatura in più passate prevede la rimozione del materiale in più passaggi consecutivi. Ogni passata rimuove una quantità ridotta di materiale, riducendo lo sforzo sull’utensile e sulla macchina.
• Fresatura a zig-zag: Questa tecnica prevede che l’utensile avanzi in entrambe le direzioni, creando un movimento “a zig-zag”.
• Fresatura trocoidale: Una tecnica avanzata in cui l’utensile esegue movimenti circolari, rimuovendo il materiale in modo più graduale.
• Movimenti complessi: Possono includere movimento rettilineo simultaneo in direzione di avanzamento assiale e radiale, un percorso utensile circolare su un livello z costante (interpolazione circolare), o un percorso utensile circolare per la lavorazione in rampa (interpolazione elicoidale).

Altre tecniche includono la fresatura su un livello z costante, o un taglio radiale poco profondo con inserti rotondi o frese a testa sferica in cui la zona di taglio viene spostata lontano dal centro dell'utensile. Una configurazione con creste si verifica quando si producono superfici scolpite.

Materiali Lavorabili con la Fresatura

L’asportazione del truciolo risulta più o meno difficoltosa a seconda della duttilità del materiale. La scelta del materiale del pezzo influisce significativamente sulla formazione del truciolo e sull'usura dell'utensile.

• Acciaio: è uno dei materiali più comuni nella lavorazione meccanica. È disponibile in diverse varianti, da acciai dolci a quelli legati e temprati.
• Alluminio: è un materiale leggero e relativamente facile da fresare. Tuttavia, tende a formare trucioli lunghi e gommosi, che possono accumularsi sull’utensile.
• Ghisa: è un materiale duro e fragile, che produce trucioli corti e tende a causare un’elevata usura degli utensili.
• Materiali plastici e compositi: possono essere lavorati con tecniche di fresatura, ma richiedono utensili specifici e velocità di avanzamento più elevate rispetto ai metalli.

A seconda del materiale che si intende lavorare, cambiano le sollecitazioni e la resistenza a cui è soggetto l’utensile. Motivo per il quale, il modello degli strumenti impiegati per la lavorazione dev’essere scelto con la massima attenzione, tenendo in considerazione la durezza del materiale e le caratteristiche superficiali del componente meccanico finito.

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