L’asportazione del truciolo è il processo chiave delle lavorazioni meccaniche dal pieno. La lavorazione per asportazione di truciolo è una tecnica di fabbricazione che prevede la rimozione di materiale da un pezzo grezzo per ottenere la forma desiderata. Durante il taglio, il materiale viene continuamente rimosso da un vuoto attraverso un bordo di taglio strumento, per cui i chip nominati vengono prodotti come un prodotto di scarto. Moderni banchi di lavoro asportano il materiale in eccesso (truciolo) dal blocco in lavorazione, fino ad ottenere il componente desiderato. Questo processo viene eseguito utilizzando utensili da taglio che possono essere montati su macchine utensili come torni, fresatrici, trapani e rettificatrici.
Principi Fondamentali dell'Asportazione di Truciolo
In generale, nella lavorazione per asportazione di truciolo si distingue tra la lavorazione con utensili a tagliente geometricamente definito e indefinito. Mentre nella lavorazione a tagliente definito - come ad esempio nella fresatura o tornitura - la forma del tagliente è nota, nella lavorazione a tagliente indefinito - come nella rettifica - è possibile solo una descrizione statistica della geometria dell’utensile.
Il concetto fondamentale 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.
I Processi di Asportazione di Truciolo Tradizionali
Nel settore della lavorazione dei metalli, i tre processi di taglio sono ampiamente utilizzati: tornitura, perforazione e fresatura. Fanno parte di questa categoria operazioni come tornitura, fresatura, foratura, alesatura, filettatura. In questo articolo analizzeremo le diverse operazioni che si basano sul processo di asportazione del truciolo, vedremo in quali ambiti si utilizzano e le loro caratteristiche distintive. Ogni applicazione ha le sue particolarità e ogni materiale lavorato richiede differenti proprietà dell’utensile impiegato.
Tornitura
La tornitura è un metodo di taglio che viene utilizzato principalmente per la produzione di componenti simmetrici rotazionali. Durante la rotazione, il pezzo da lavorare è impostato in rotazione, per cui lo strumento sposta il contorno da produrre e quindi trasferisce materiale. La tornitura è un processo di lavorazione in cui il pezzo viene fatto ruotare mentre un utensile da taglio viene fatto avanzare lungo la superficie del pezzo. Questo processo è ideale per la produzione di parti cilindriche e coniche. Si ricorre a questo processo per realizzare componenti dalla forma cilindrica, o comunque assialsimmetrica, come alberi, assi, cuscinetti ecc… La tornitura è un processo di produzione industriale ottenuta per asportazione di truciolo.
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Fresatura
La fresatura viene utilizzata, ad esempio, per la produzione di scanalature, gradini, tasche, contorni o superfici. A differenza della tornitura, lo strumento e non il pezzo vengono spostati durante la fresatura. Questo processo impiega utensili rotanti con diversi bordi taglienti che permettono la realizzazione di componenti dalle geometrie complesse e non regolari. La fresatura impiega una logica inversa rispetto alla tornitura.
Foratura
La foratura è una delle operazioni più comuni nelle lavorazioni per asportazione di truciolo e rappresenta un processo essenziale nella produzione meccanica. Viene utilizzata per creare fori cilindrici, solitamente di sezione circolare, su materiali metallici, plastici o compositi. Durante la perforazione, lo strumento viene spostato in un movimento di taglio circolare ed esegue simultaneamente un movimento di alimentazione nella direzione dell'asse di rotazione. A seconda del profilo del foro desiderato, vengono utilizzati vari metodi di perforazione come la perforazione nel materiale completo, la perforazione, la sfregatura, la maschiatura e la rettifica del profilo. La foratura rientra tra le lavorazioni di taglio, dove l’asportazione del truciolo avviene tramite un utensile chiamato punta da trapano. La punta elicoidale è la più comune e utilizzata per la maggior parte delle applicazioni. La foratura genera molto calore, rendendo fondamentali il raffreddamento e la lubrificazione.
I parametri come la velocità di taglio (Vc), ovvero la velocità periferica della punta rispetto al pezzo, influenzano la durata dell’utensile, la qualità del foro e l’efficienza dell’operazione. Esiste anche la foratura profonda, utilizzata per fori molto lunghi rispetto al diametro. L’evoluzione delle macchine utensili ha portato allo sviluppo di tecnologie più avanzate per la foratura. Oggi, l’automazione e i controlli CNC permettono di ottenere fori di precisione con una ripetibilità elevata. La scelta del materiale dell’utensile è un aspetto critico per ottenere prestazioni ottimali. La foratura, sebbene possa sembrare un’operazione meccanica semplice, richiede una profonda conoscenza delle tecniche e delle attrezzature coinvolte. Un disegnatore meccanico deve essere consapevole di questi aspetti per creare progetti efficienti e funzionali.
Altri Processi Tradizionali
- Alesatura (Barenatura): Questo processo è del tutto simile alla tornitura, ma, invece delle superfici esterne del componente, lo si impiega per alterare e rifinire i fori. La barenatura si utilizza in componenti internamente assialsimmetrici. L’alesatura viene utilizzata per aumentare la dimensione del foro e ottenere una finitura superficiale molto elevata agendo sul diametro ad asse.
- Filettatura: Lavorazione molto comune e diffusa con la quale si realizza la filettatura interna od esterna del componente meccanico impiegando un utensile a punta.
- Rettifica: Nel caso in cui il componente realizzato non rispetti gli standard definiti in fase di progetto, si può ricorrere alla rettificatrice, una macchina in grado di rimuovere trucioli dalle dimensioni molto piccole, portando i componenti entro i limiti di tolleranza. La rettifica è un processo di finitura utilizzato per ottenere una superficie molto liscia e dimensioni precise attraverso l'abrasione con una mola.
- Smussatura: Al termine dei processi di fresatura e tornitura, il componente meccanico potrebbe presentare dei bordi frastagliati dovuti al fenomeno della deformazione plastica.
L'Importanza del Truciolo e la Sua Analisi
Quando ci si occupa di lavorazioni meccaniche, come ad esempio la foratura ma anche la tornitura e la fresatura CNC, c'è un aspetto che deve essere gestito con estrema attenzione: 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. Con questo termine intendiamo il risultato delle varie operazioni da taglio che rientrano nelle lavorazioni di precisione: nel momento in cui foriamo, quindi effettuiamo un buco su una superficie, ricaviamo una forma vuota. Il truciolo è il materiale che viene prodotto. Quest'operazione permette a chi si occupa del processo in esame di ottenere il risultato sperato.
Parametri e Forma del Truciolo
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.
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Dalla forma del truciolo determiniamo la qualità della lavorazione. Questo elemento ci può aiutare a capire anche se l'utensile ormai è usurato e deve essere cambiato, così come possono determinare la buona riuscita della lavorazione. Non a caso diversi utensili da taglio 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.
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.
| Forma del Truciolo | Indicazione | Conseguenze/Interventi |
|---|---|---|
| A nastro o spirale lunga | Parametri di taglio corretti, tagliente in buone condizioni (materiale duttile). | Condizione potenzialmente pericolosa (si avvolge intorno al pezzo o all'utensile). |
| Spirali che si spezzano ogni 5-10 cm | Rompittruciolo funziona bene (condizione ottimale). | Buon controllo dei trucioli. |
| Discontinuo o frammentato | Velocità di taglio troppo bassa, geometria del tagliente inadeguata, eccesso di vibrazioni, irregolarità nell'avanzamento. | Necessita di regolazione dei parametri o verifica utensile. |
| Cambio da spirale lunga a frammentato | Parametri sballati. | Interrompere la lavorazione e controllare i parametri. |
Un vecchio trucco da meccanico è conservare in officina dei campioni di trucioli che descrivono situazioni differenti - taglio ottimale, tagliente usurato, parametri inadeguati - così da poter confrontare rapidamente e capire se c'è qualcosa che non va o se tutto procede al meglio.
Processi di Lavorazione Non Convenzionali: L'Elettroerosione
I processi non convenzionali, nell'ambito delle macchine industriali, sono metodi di lavorazione che si differenziano dai processi tradizionali come taglio, fresatura o tornitura. Questi processi sono solitamente utilizzati per lavorare materiali duri o complessi che possono essere difficili da lavorare con i metodi convenzionali. Processi non convenzionali superano limitazioni dei metodi tradizionali, lavorando materiali duri e creando forme complesse. Offrono una precisione estrema, garantendo tolleranze strette e forme complesse. Pur richiedendo più tempo, processi non convenzionali riducono fasi di rifinitura, accelerando produzione e consegna.
L'Elettroerosione (EDM)
L’elettroerosione è una tecnologia di lavorazione che sfrutta l’erosione causata dalle scariche elettriche. È utilizzabile solo su ottimi conduttori, essenzialmente i metalli. L’elettroerosione è una tecnologia di lavorazione in corso di continua evoluzione basata sulla possibilità di modificare la materia mediante scariche elettriche. È limitata ai materiali conduttivi, come i metalli duri. L’elettroerosione si può dividere in sottotipi a seconda dell’applicazione.
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Elettroerosione a Filo EDM (Wire EDM)
L’elettroerosione a filo EDM è un metodo di lavorazione che prevede il taglio di un contorno programmato utilizzando un filo metallico avvolto su una bobina che funge da elettrodo. Durante il processo, il filo viene costantemente trascinato e sostituito per evitare la rottura causata dall’usura e dalla dilatazione dovuta alla corrente. Il filo può essere inclinato in diverse direzioni per creare profili diversi tra la parte superiore e quella inferiore del pezzo in lavorazione. Anche in questo caso, non vi è contatto tra l’elettrodo e il pezzo, che rimane immerso in un fluido dielettrico. Sebbene l’elettroerosione a filo EDM sia più lenta rispetto ad altre tecnologie, le macchine possono funzionare fino a 140 ore senza la necessità di un operatore.
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Elettroerosione a Tuffo EDM
L’elettroerosione EDM a tuffo è un processo che permette di lavorare il pezzo ottenendo una forma complementare all’elettrodo (solitamente in rame o grafite). Questo metodo è particolarmente adatto per la creazione di stampi e matrici con dettagli mirati, che possono essere utilizzati per produzioni in serie specifiche. Durante il processo di elettroerosione EDM a tuffo, l’elettrodo viene immerso in un fluido dielettrico, senza entrare in contatto diretto con il pezzo da lavorare. Grazie all’assenza di sforzi meccanici e contatto fisico, si riducono notevolmente i problemi di usura degli utensili e l’uso di complicati sistemi di bloccaggio.
Materiali, Applicazioni e Tecnologie Avanzate
Il materiale più diffuso nelle lavorazioni è l'acciaio, caratterizzato da un tenore di carbonio inferiore al 2% e che può essere combinato con vari elementi leganti per facilitare la lavorazione. Inoltre, l'asportazione di truciolo viene utilizzata anche per ulteriori materiali di ferro come ghisa e anche per metalli non ferrosi come alluminio, titanio, magnesio e rame. Oltre all'industria della lavorazione dei metalli, i processi di assemblaggio dei trucioli vengono utilizzati anche nella lavorazione del legno e della plastica.
Nell'industria metal-processed oggi, oltre alle macchine manuali convenzionali, vengono utilizzati strumenti CNC all'avanguardia con una vasta automazione dei processi di lavoro. Sempre più moderni centri di lavorazione CNC sono utilizzati oggi, soprattutto nel campo della produzione di serie. Gli utensili CNC sono dotati di un tavolo e sono in grado di lavorare il pezzo in modo indipendente e automatico. La precisione e la qualità superficiale ottenute tramite questi processi li rendono essenziali in molte industrie, tra cui l'automotive, l'aerospaziale e la manifatturiera.
Settori di Applicazione
Le lavorazioni per asportazione di truciolo trovano applicazione in molti settori, tra cui:
- Industria Automobilistica: Produzione di componenti motore, alberi, ingranaggi e strutture.
- Industria Aerospaziale: Lavorazione di parti strutturali, turbine e componenti di precisione.
- Manifattura Generale: Produzione di utensili, stampi, parti di macchine e attrezzature.
Le lavorazioni per asportazione di truciolo rappresentano una tecnologia essenziale per le aziende che desiderano produrre componenti di alta precisione e qualità. L'adozione di macchine utensili avanzate e tecniche di lavorazione innovative può migliorare significativamente l'efficienza produttiva, ridurre i tempi di ciclo e abbassare i costi operativi. La combinazione di tecnologie additive e ad asportazione di truciolo rappresenta la sintesi più avanzata nella produzione di componenti meccanici. Ciesse ha costantemente investito in innovazione tecnologica, introducendo le macchine utensili più performanti disponibili sul mercato nei dipartimenti di fresatura, tornitura ed elettroerosione. Ciesse è attiva da anni nel settore dell’aviazione commerciale con produzioni seriali ad asportazione di truciolo e con lavorazioni secondarie su componentistica prodotta attraverso Metal Injection Molding.
Formazione e Sviluppo delle Competenze
Lo scopo del Corso - Base - è quello di rafforzare le competenze e quindi la fiducia dei partecipanti nelle proprie capacità rispetto ai fondamenti dell’asportazione di truciolo. Permette di migliorare la conoscenza delle applicazioni nelle aree generali di tornitura, fresatura ed esecuzione fori. In questo corso verranno date le informazioni di base per poter partecipare agli altri corsi a calendario. Attraverso la teoria, le considerazioni sul processo e la corretta selezione e applicazione degli utensili, guideremo i partecipanti all’individuazione critica dei dati di taglio fondamentali, in relazione alle proprie lavorazioni. I partecipanti avranno modo di verificare le proprie conoscenze teoriche e pratiche, partecipando interattivamente alle prove sulle macchine utensili.
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