La Formazione del Truciolo nelle Lavorazioni Meccaniche: Guida Completa e Implicazioni

Il punto cruciale di ogni lavorazione meccanica per l’asportazione di truciolo è dove il tagliente dell’utensile incontra il pezzo in lavorazione.

In questo punto avvengono dei fenomeni molto particolari che, se vengono gestiti in modo efficiente, permettono una lavorazione di qualità. In questo articolo andremo ad osservare quali sono i fattori che influenzano e permettono una corretta formazione del truciolo e come è possibile gestirli.

Come Avviene la Formazione del Truciolo?

La meccanica della formazione del truciolo è governata da una serie di fenomeni fisici, tra cui la deformazione plastica del materiale e lo strappamento della superficie. Quando l’utensile penetra nel pezzo, nella zona di taglio si sviluppano pressioni e temperature elevate.

Per capire meglio come avviene la formazione del truciolo conviene riferirsi al caso del taglio ortogonale, cioè quello in cui il tagliente è rettilineo, parallelo alla superficie in lavorazione ed orientato perpendicolarmente alla direzione di avanzamento. In questo caso lo spessore del truciolo è costante e non si ha deformazione in direzione della larghezza del taglio. Questo tipo di lavorazione però nella pratica risulta essere molto raro.

Il taglio obliquo è quello più frequente nelle lavorazioni meccaniche per asportazione di truciolo, ovvero con il tagliente dell’utensile non perpendicolare alla velocità di taglio. Sono due i taglienti dell’utensile, principale e secondario, e sono collegati da un raccordo circolare avente un certo raggio.

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Contesto delle Lavorazioni per Asportazione di Truciolo

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. La lavorazione è uno dei processi di produzione più utilizzati, che ha acquisito grande importanza nel settore della lavorazione dei metalli.

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.

Nell'industria metal-processed oggi, oltre alle macchine manuali convenzionali, strumenti CNC all'avanguardia con una vasta automazione dei processi di lavoro vengono utilizzati. 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.

Principali Processi di Lavorazione per Asportazione di Truciolo

Nel settore della lavorazione dei metalli, i tre processi di taglio sono ampiamente utilizzati: tornitura, perforazione e fresatura. Inoltre, ci sono un certo numero di altri metodi che vengono utilizzati nel post-elaborazione dei pezzi. Qui di seguito troverete una panoramica dei processi più importanti nella zona di lavorazione.

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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.

Foratura

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.

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.

Materiali Coinvolti nell'Asportazione di Truciolo

Spanning ha un certo numero di vantaggi decisivi e quindi gode di grande popolarità in diverse industrie. Il materiale più diffuso è l'acciaio. L'acciaio è caratterizzato da un tenore di carbonio inferiore al 2% e può essere combinato con vari elementi leganti per facilitare la lavorazione.

Inoltre, il chipping viene utilizzato 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.

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Gestione del Truciolo nella Fresatura

Ogni tagliente di una fresa, in direzione radiale, si innesta con il pezzo in modo intermittente.

Quando si utilizzano inserti in metallo duro, l'entrata nel taglio è la parte meno sensibile delle tre fasi di taglio. Cercare sempre di evitare la formazione di trucioli spessi durante la fresatura in uscita. Quando si utilizzano inserti in metallo duro, la formazione di trucioli spessi comporta spesso una drastica riduzione della durata utensile.

Quando la fresa è programmata per entrare direttamente nel pezzo, all'uscita si formeranno trucioli spessi fino a quando la fresa non sarà completamente impegnata. Ciò può ridurre drasticamente la durata utensile, specialmente nel caso di acciai più duri, titanio e leghe resistenti al calore.

Per ottimizzare la fresatura e la gestione del truciolo, si possono adottare le seguenti strategie:

1. Programmare una rullatura nel taglio in senso orario (il senso antiorario non risolverà il problema dello spessore del truciolo).
2. Posizionare la fresa in posizione decentrata - verso sinistra - per ottenere un truciolo più spesso all'entrata e uno sottile all'uscita (metodo di fresatura concorde).

I bruschi cambi di direzione in una passata generano trucioli spessi all'uscita.

Tipi di Truciolo e la Loro Importanza

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.

Truciolo Lungo

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.

Questa situazione può verificarsi quando la velocità di avanzamento è troppo bassa per la geometria della placchetta scelta. 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.

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.

Classificazione Dettagliata dei Trucioli

Quando avviene la formazione di truciolo nelle lavorazioni meccaniche di precisione, viene ad essere deformato plasticamente il materiale. La geometria del contatto tra quest’ultimo e l’utensile determina la fuoriuscita di truciolo, quindi del residuo del materiale che si sta asportando.

La fuoriuscita di questo materiale in eccesso può avvenire sostanzialmente in 3 modi:

1. Il truciolo si stacca autonomamente dal resto del grezzo.
2. Il truciolo si rompe contro l’utensile.
3. 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. 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.

Ad ogni modo, in base alla loro forma, è possibile distinguere 3 tipologie principali di truciolo:

1. 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.

2. 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.

3. 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.

A proposito di forma, essa varia anche in base alla lavorazione meccanica per asportazione truciolo che si va a realizzare. Ad esempio:

• 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.

Formazione del Truciolo in Base al Materiale

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.

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:

Gruppo ISO	Caratteristiche del Materiale	Tipo di Truciolo Tipico	Considerazioni
ISO P	Ampia varietà di metalli, duttilità abbastanza elevata	Truciolo piuttosto lungo	Necessita gestione per forma e lunghezza accettabili.
ISO K	Ghisa, bassa duttilità	Trucioli corti	Generalmente facili da gestire.
ISO H	Acciai duri, bassa duttilità	Trucioli corti	Generalmente facili da gestire.
ISO M	Acciaio inox, duttilità più bassa, lavorabilità più difficile, natura adesiva	Fenomeno del tagliente di riporto	Tendenza all'incollamento del truciolo.
ISO S	Superleghe, duttilità più bassa, lavorabilità più difficile, natura adesiva	Fenomeno del tagliente di riporto	Tendenza all'incollamento del truciolo.
ISO N	Metalli non ferrosi, duttilità più bassa, lavorabilità più difficile, natura adesiva	Fenomeno del tagliente di riporto	Tendenza all'incollamento del truciolo.

Tipi di Truciolo e Implicazioni sulla Qualità e la Durata

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. Meglio ancora se a spirale aperta.

Implicazioni del Truciolo Troppo Corto

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.

Implicazioni del Truciolo Troppo Lungo

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.

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.

Trucioli e 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).

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.

Applicazioni Settoriali

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.

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