Quando ti occupi 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. Stiamo parlando dell'asportazione del truciolo. Ovvero? 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 nella 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. Quindi, possiamo dire che quest'operazione permette a chi si occupa del processo in esame di ottenere il risultato sperato.
Questi residui possono essere raccolti e poi successivamente rimpiegati. Ad esempio i trucioli metallici vengono spesso rifusi mentre quelli di legno possono essere usati come combustibile, per la fabbricazione della cellulosa o per la realizzazione di tavole truciolari.
Come Avviene la Formazione del Truciolo
Quando avviene la formazione di truciolo nelle lavorazioni meccaniche di precisione, viene ad essere deformato plasticamente il materiale. Il concetto: 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.
La geometria del contatto tra quest’ultimo e l’utensile determina la fuoriuscita di truciolo, quindi del residuo del materiale che si sta asportando.
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La fuoriuscita di questo materiale in eccesso può avvenire sostanzialmente in 3 modi:
- Il truciolo si stacca autonomamente dal resto del grezzo.
- Il truciolo si rompe contro l’utensile.
- Il truciolo si rompe contro il materiale.
Il tipo di processo, tra questi, dipende da alcuni fattori come il materiale in questione, la temperatura ecc.
Tipologie Principali di Truciolo
Ad ogni modo, in base alla loro forma, è possibile distinguere 3 tipologie principali di truciolo:
- Truciolo continuo. Questo tipo, quando si distacca dal materiale, assume una forma come a molla. La misura dello spessore è molto simile a quella della lunghezza. Il truciolo continuo viene a formarsi generalmente in condizioni come: durante la lavorazione si impiega un’alta velocità di taglio e una bassa profondità di taglio. Inoltre spesso vi sono grandi angoli di spoglia e viene utilizzato il lubrorefrigerante.
- Truciolo segmentato. Questo tipo si presenta appunto come segmentato in quanto la frammentazione e il distacco hanno una modalità intermittente. Generalmente viene a formarsi quando: si impiega una bassa velocità di taglio e un’elevata profondità di taglio. Inoltre spesso gli angoli di spoglia sono piccoli e l’uso del lubrorefrigerante abbondante.
- Truciolo continuo con formazione del tagliente di riporto. Questo tipo si caratterizza per il materiale asportato che tende ad accumularsi e a saldarsi contro la superficie dell’utensile. Il tagliente di riporto prevede un percorso ciclico: formazione, saldatura e rottura. Questo fenomeno si presenta spesso in condizioni come: temperatura e pressione elevate, impiego di poco lubrorefrigerante. Il tagliente di riporto impatta negativamente sulla qualità della superficie del componente meccanico.
Forma del Truciolo in Base alla Lavorazione Meccanica
Inoltre, a proposito di forma, essa varia anche in base alla lavorazione meccanica per asportazione truciolo che si va a realizzare.
- Nella tornitura, il truciolo assume un caratteristico aspetto a ricciolo.
- Nella foratura la forma è più elicoidale.
- Nell’asportazione discontinua come la piallatura, il truciolo assume forme ancora diverse.
Quali sono le operazioni che sfruttano l'asportazione del materiale e la formazione del truciolo per raggiungere l'obiettivo? iniziamo dalla più comune: la foratura, ovvero effettuare un foro cieco o passante nel materiale. Poi abbiamo la tornitura con relativa attività di sgrossatura, finitura, filettatura e la fresatura utilizzata per effettuare zone piane, scanalature, cave, profili complessi, ingranaggi. Da non dimenticare la rettifica per lavorazioni millimetriche e la brocciatura.
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Formazione del Truciolo in Base al Materiale e ai Parametri di Taglio
La formazione del truciolo ed il modo in cui esso si presenta varia molto in base al materiale del componente in lavorazione. Infatti le sue proprietà plastiche ed elastiche impattano notevolmente: alcuni materiali producono trucioli più lunghi, altri trucioli lunghi e pastosi, altri ancora tendono a generare trucioli più corti.
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.
Classificazione ISO dei Materiali e Tipi di Truciolo
In particolare, è possibile operare una classificazione: infatti ogni gruppo ISO (P, M, K, N, S e H) produce trucioli caratteristici. Nella scelta degli utensili e delle condizioni di taglio, è utile considerare queste differenze specifiche per ottenere i migliori risultati. Vediamo appunto quali sono le principali differenze:
Di seguito, una tabella riassuntiva che illustra le caratteristiche dei trucioli per i vari gruppi di materiali ISO:
| Gruppo ISO | Caratteristiche Materiale | Tipo di Truciolo Tipico | Implicazioni |
|---|---|---|---|
| P | Metalli (ampia varietà, duttilità elevata) | Piuttosto lungo | Necessità di assicurare forma e lunghezza accettabili |
| K | Ghisa (bassa duttilità) | Corto | Generalmente non difficilmente gestibile |
| H | Acciai duri (bassa duttilità) | Corto | Generalmente non difficilmente gestibile |
| M | Acciaio inox (bassa duttilità, natura adesiva) | Tagliente di riporto | Lavorabilità più difficile, incollamento del truciolo |
| S | Superleghe (bassa duttilità, natura adesiva) | Tagliente di riporto | Lavorabilità più difficile, incollamento del truciolo |
| N | Metalli non ferrosi (bassa duttilità, natura adesiva) | Tagliente di riporto | Lavorabilità più difficile, incollamento del truciolo |
- Il gruppo di materiali ISO P (ovvero l’ampia varietà di metalli) si caratterizza per una duttilità abbastanza elevata, che va a tradursi in una generazione di truciolo piuttosto lungo. In tali casi bisogna assicurarsi che esso rimanga di forma e lunghezza accettabili.
- I gruppi di materiali ISO K (ghisa) e H (acciai duri) si caratterizzano invece per una bassa duttilità. Questa proprietà facilita la formazione di trucioli corti, generalmente non difficilmente gestibili.
- I gruppi di materiali ISO M (acciaio inox), S (superleghe) e N (metalli non ferrosi) sono quelli che si caratterizzano per una duttilità più bassa e per una lavorabilità più difficile, ma anche per la natura adesiva piuttosto evidente. I trucioli che si formano in questi materiali spesso originano il cosiddetto fenomeno del tagliente di riporto (incollamento del truciolo).
Implicazioni dei Diversi Tipi di Truciolo
Diversi tipi di truciolo hanno diverse implicazioni. Questi residui di materiale, come visto, possono avere diverse forme e dimensioni. Vanno infatti da quelli molto corti a quelli molto lunghi. In linea di massima, un truciolo ideale dovrebbe essere non troppo corto né troppo lungo. Complessivamente, i trucioli ideali sono quelli di dimensione intermedia. Meglio ancora se a spirale aperta.
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La forma del truciolo è di fondamentale importanza per capire se la tornitura sta procedendo con i giusti parametri. 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 Troppo Corto: Problematiche e Soluzioni
Un truciolo troppo corto implica una natura intermittente del processo di lavorazione meccanica. Ciò si traduce spesso nel danneggiamento del tagliente, che sarà più propenso a micro-rotture e scheggiature precoci. La conseguenza diretta è una significativa riduzione della durata utensile e della qualità superficiale del pezzo, viste le micro-vibrazioni.
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.
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 Troppo Lungo: Problematiche e Soluzioni
Un truciolo troppo lungo invece può essere meno vantaggioso per il processo di taglio in sé. Infatti potrebbe portare ad arresti di produzione dovuti a problematiche di rimozione truciolo tramite pinze o rampini. Inoltre, talvolta può danneggiare la macchina utensile, il pezzo in lavorazione o l'utensile e costituire un rischio per la sicurezza dell’operatore.
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.
Se lavori materiali che generano trucioli lunghi, chissà quante volte ti è capitato di fermare le tue macchine utensili e svuotarle, ripulirle dalle matasse di trucioli che si formano dentro l’area di lavoro.
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.
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.
Nel primo caso, quando il truciolo assume una forma a nastro o spirale lunga, parliamo sempre di un materiale duttile ma 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. D’altro canto però, il truciolo lungo e ben formato è migliore sotto altri aspetti: implica una riduzione delle micro-vibrazioni durante il processo. Ciò si traduce in una migliore qualità superficiale del pezzo in lavorazione. Un altro aspetto in cui risulta più vantaggioso è la durata dell’utensile.
Quando il rompitruciolo funziona bene hai spirali che si spezzano ogni 5-10 cm, e questo è un bene.
Strategie per la Gestione e la Rottura del Truciolo
Il segreto è far piegare il truciolo in modo che uno di questi 3 modi accada, grazie alla geometria dell’inserto. In commercio si trovano diversi tipi di inserti con geometrie diverse in base al materiale e all’avanzamento che si vuole applicare. Se l’avanzamento è basso, il truciolo che viene generato è troppo fine e non riesce a toccare il rompi truciolo per cui genera un truciolo lungo, non riesce a curvarsi su se stesso per potersi rompere in uno dei tre modi visti prima.
Nella scelta degli utensili e delle condizioni di taglio, è utile considerare queste differenze specifiche per ottenere i migliori risultati. Non a caso diversi utensili da taglio, come quelli saldobrasati per la tornitura di Krino, 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.
Il Ruolo della Macchina Utensile
Come fin qui detto, il tipo di utensile e i suoi parametri di taglio aiutano a risolvere in parte il problema, ma, da solo, questo elemento non basta, infatti l’altro argomento importante è la macchina utensile stessa.
La macchina utensile deve essere studiata per facilitare al massimo l’uscita del truciolo prodotto. Come ricordato prima, il calore generato dal taglio del materiale va per l’80% nel truciolo, per un 10% nell’inserto e per l’altro 10% nel pezzo. É chiaro il perché, una volta generato il truciolo, sia necessario portarlo via nel più breve tempo possibile e non lasciarlo accumulare nell’area di lavoro.
Per questa ragione, è importante che chi progetti la macchina tenga in considerazione:
- CARTERATURA CHE FACILITI LO SCORRIMENTO DEL TRUCIOLO
- AREA DI LAVORO CON MENO APPIGLI POSSIBILI DOVE IL TRUCIOLO SI POSSA AGGRAPPARE
- GRANDE VOLUME DI REFRIGERANTE CHE AIUTI LO SCORRIMENTO
- UTILIZZO DI ALTA PRESSIONE ATTRAVERSO L’UTENSILE
Queste caratteristiche sono state infatti tenute presenti durante la progettazione della nostra macchina flessibile: il MULTICENTER. Essendo una macchina flessibile di alta produzione si genera parecchio truciolo e bisogna quindi evacuarlo in modo corretto e non essere forzati a fermi macchina per togliere trucioli dall’area lavoro.
Soluzioni Avanzate: Il Rompitruciolo
In casi più estremi di applicazione come l’alluminio o il rame, dove pur lavorando su inserti e parametri di taglio il risultato non è ottimale, la soluzione che offriamo sulle nostre macchine è adottare un optional chiamato rompitruciolo. Questo optional, che consiste in un macinatore di trucioli posizionato tra la macchina e il trasportatore trucioli, ha il compito di tritare e spezzettare il truciolo durante la fase di passaggio tra macchina e trasportatore.
Tipi di Truciolo e la Finitura Superficiale
Tipi di truciolo e la finitura superficiale sono strettamente correlati. 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.
Altri Fattori che Influenzano la Qualità Superficiale
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). Questo però, purtroppo, non accade sempre: sia per problemi di esperienza di alcuni progettisti, sia per esigenze tecniche del prodotto ed allora...Bhè son problemi! Come risolvere: una bella domanda! Come è già stato evidenziato la gestione del truciolo parte dalla scelta del giusto utensile e dei giusti parametri di taglio abbinato a qualche "trucchetto".
Consigli e "Trucchetti" per Ottimizzare la Formazione del Truciolo
Ma se il truciolo prima ha una spirale lunga e omogenea e poi cambia, cambia diventando frammentato, c'è qualcosa che non va. Stacca tutto e controlla perché vuol dire che i parametri sono sballati. Le opzioni 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.
Come risolvere: una bella domanda! I trucchi più noti sono quelli di interrompere l'avanzamento (sia in foratura che in tornitura) oppure la rotazione inversa delle punte a fine foratura, ma quelli "veri" sono sulla scelta e l'uso degli utensili. Spesso chi ha le fantine mobili, è attrezzato con affilatrici per crearsi gli utensili stessi. Lì si "nascondono" i veri trucchi!...Sulle affilature e i parametri di taglio. Va poi tenuto conto che esistono aziende specializzate negli utensili per la tornitura a fantina mobile. Insomma, la tornitura automatica è un mondo a parte che richiede molta esperienza "sul campo" ed è in questa esperienza che ogni operatore si crea il suo bagaglio di "trucchetti"...