La Filettatura al Tornio: Tecniche e Applicazioni, con un Focus sul Legno

Eseguire una filettatura al tornio, specialmente su materiali come il legno, è un'operazione che può apparire complessa ma è più semplice di quanto si possa immaginare. L’importante è avere lo strumento giusto e comprendere le specificità del materiale. Questa tecnica è fondamentale per creare accoppiamenti precisi, come sulle superfici complementari di contatto fra coperchio e coppa di una zuccheriera o di un barattolo.

Filettatura al Tornio per Legno: Preparazione e Strumentazione

Solitamente il dispositivo per filettare al tornio entra in gioco quando il pezzo, ad esempio una coppa, è praticamente completato, ovvero è stato lavorato esternamente e svuotato internamente. Fondamentale è che sia rimasto alla sua base il sottosquadro per il fissaggio sul mandrino.

Funzionamento del Dispositivo di Filettatura

Entrando nello specifico del funzionamento del filettatore, il tornio viene "sfruttato" in questo modo: da un lato si utilizza il motore per la rotazione della fresa speciale per filettare, che deve girare a velocità elevata. Dato che questa è fissa in una posizione, per eseguire il filetto bisogna far ruotare il pezzo in lavorazione, tenendolo nella posizione giusta e facendolo avanzare costantemente di un certo passo.

Per effettuare la filettatura al tornio l’utilizzo di due mandrini è necessario perché sul lato motore va fatta girare la fresa che fa l’intaglio a V del filetto. Per montarla sulla testa è stato applicato il mandrino di precisione ER25, ma si può usare anche un buon mandrino a griffe autocentranti che abbia profondità di presa di almeno 25 mm. Il mandrino è montato sulla madrevite che ha passo 2,5 mm (è disponibile anche una seconda madrevite con passo 3,5 mm).

La forma della fresa permette senza alcuna difficoltà di realizzare anche filetti interni (femmina). Per il posizionamento corretto del dispositivo si agisce varie volte durante le operazioni di filettatura al tornio, ma sempre mantenendo l’allineamento dell’asse della madrevite con quello della fresa.

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La piastra asolata di riscontro serve per mantenere il parallelismo degli assi in gioco, quando si deve spostare lateralmente il dispositivo per far ricadere la fresa al punto di attacco del filetto (per esempio il bordo interno della ciotola). Il nonio lavora con una vite che riscontra lateralmente alla base del sostegno del dispositivo. Per i piccoli aggiustamenti di profondità del filetto è presente il nonio.

Processo di Realizzazione e Controllo

Adoperando una procedura analoga a quella utilizzata per il coperchio, si effettua anche la filettatura del vaso della zuccheriera. Per la filettatura esterna, la fresa sta lavorando per fare un filetto esterno, come quando si sta già maschiando il coperchio, mentre il filetto interno nella zuccheriera è già stato fatto. Nella foto si nota anche la distanza fra l’asse della fresa e quello della madrevite (il raggio del bordo esterno del coperchio): le manovre fatte nei punti precedenti hanno permesso di muovere liberamente il dispositivo lateralmente, per giungere alla misura di quel raggio, ma facendo in modo che gli assi risultassero sempre paralleli.

Il coperchio va avvitato sulla sua coppa prima di tutto per verificare la corretta filettatura al tornio, ma poi anche perché è possibile terminare la sua tornitura solo in questo modo (la presa con il mandrino a griffe sulla filettatura la rovinerebbe irreparabilmente). In pochi istanti si riduce la grossa parte terminale cilindrica dandole la forma che meglio si crede; data la necessità di avvitare e svitare il coperchio, conviene che resti una presa sufficientemente ampia.

Considerazioni Specifiche per il Legno

Il legno non è plastica e non è metallo e, poiché è un materiale "vivo", quello che vale per un pezzo e per un tipo di legno non vale per l'altro. È ovvio che si può filettare anche con il tornio, ma non certo con gli stessi parametri usati per i metalli. Il legno richiede ottime velocità di taglio e queste sono subordinate al tipo di legno.

Per iniziare a realizzare filettature (maschio e femmina) su materiale plastico e legno, è consigliabile effettuare delle prove. Bisogna individuare il legno giusto (meglio se un po' più duro), affilare per bene l'utensile e poi iniziare a fare delle filettature, aumentando/diminuendo la velocità affinché non si ottenga un buon rapporto tra filetto e "strappo" del legno. Per fare il maschio, se si pensa di non riuscire a fermarsi, si potrebbe mettere l'utensile capovolto, entrare nella gola e poi girare al contrario per uscire.

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Per la realizzazione di prototipi, come un pistone accoppiato ad un attuatore lineare, l'approccio manuale può essere vantaggioso. Si possono affilare due utensili in HSS (interno ed esterno) aiutandosi con una dima per filetti a 60°, impostare i giusti ingranaggi del tornio per il tipo di passo e una volta sistemato il tutto, far girare il mandrino a mano. Utilizzare il motore è un po' arduo, a meno che non si abbia un tornio che consenta di girare piano e soprattutto munito di frizione. In presenza di pochi filetti e un passo largo, è necessario andare molto lentamente per evitare di rovinare il pezzo.

Esistono delle apposite attrezzature per filettare il legno, sia filiere che maschi da adoperare con legno "incerato".

Finitura e Decorazione

Fra i motivi decorativi che possono essere applicati con l’uso del tornio, al termine della lavorazione, c’è anche quello della bruciatura mediante filo metallico. Per assicurarsi lo scorrimento del filo in posizioni precise, si esegue una sottile incisione con uno scalpello piatto a lama inclinata.

Principi Generali della Tornitura Meccanica dei Filetti

La filettatura al tornio è una delle operazioni più importanti nella lavorazione meccanica. Il successo dipende da una corretta impostazione della macchina, dalla scelta dell’utensile, da una velocità di rotazione adeguata e da un controllo costante delle dimensioni. La geometria dell’utensile deve corrispondere al profilo del filetto, ad esempio 60° per i filetti metrici. Nei torni convenzionali, la filettatura si esegue tramite la vite madre. Un metodo diffuso è impostare il carrello superiore con un’inclinazione di circa 29-30° rispetto all’asse. La filettatura al tornio richiede pazienza, impostazioni corrette e controllo costante di passo, velocità e utensile. Con una macchina stabile e utensili di qualità è possibile ottenere risultati precisi sia su singoli pezzi che in produzione.

Controllo del Truciolo e Durata Utensile

Un problema comune nelle operazioni di tornitura dei filetti è che i trucioli si avvolgono attorno a robot, mandrini, utensili e componenti. I trucioli possono anche rimanere incastrati nei convogliatori, causando danni e perdita di tempo di lavorazione produttiva. Un efficace controllo del truciolo è la chiave per una buona qualità del componente nella tornitura dei filetti.

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Questo metodo consente di eseguire movimenti di oscillazione dell'utensile, determinando tagli interrotti su tutte le passate tranne l'ultima. Per le applicazioni convenzionali di tornitura dei filetti, è consigliabile utilizzare l'incremento sul fianco modificato per il miglior controllo del truciolo. L'incremento sul fianco modificato consente di trattare la filettatura in modo più simile a una normale operazione di tornitura. Con l'incremento sul fianco opposto, l'inserto può tagliare utilizzando il fianco posteriore (fianco opposto), il che significa che il truciolo può essere indirizzato nella direzione corretta. Questo è importante per le operazioni di tornitura interna dei filetti, soprattutto quando si lavorano fori ciechi.

Per un controllo ottimizzato del truciolo e una sua efficace evacuazione, si raccomandano fluidi da taglio e utensili con refrigerante di precisione. Con il refrigerante interno, il getto di refrigerante raggiunge il tagliente anche nei filetti profondi. Una temperatura più bassa può ridurre l'usura dell'inserto, ad esempio l'usura sul fianco e la deformazione plastica, e quindi prolungare la durata utensile.

I due principali parametri di lavorazione, ciascuno dei quali influisce sulla durata utensile, sono l'incremento e la velocità. L'aumento di uno di questi parametri riduce il tempo di taglio per componente, ma aumenta anche la temperatura. Per ottenere una durata utensile ottimale, è più vantaggioso ottimizzare dapprima l'incremento/spessore del truciolo. Quando si aumenta l'incremento/spessore del truciolo, l'aumento di temperatura è inferiore rispetto a quando si aumenta la velocità di taglio. È consigliabile utilizzare il refrigerante per ridurre la temperatura.

Sbavatura e Filetti a Più Principi

Gli inserti con profilo filettato NPT e NPTF hanno i raggi di punta più piccoli nella gamma standard. Quando si lavorano filetti con radici e creste di piccolo raggio, una prelavorazione simile può essere applicata anche mediante filettatura di sgrossatura, utilizzando un inserto con lo stesso angolo ma con un raggio di punta maggiore. Se compaiono bave, tendono a formarsi all'inizio del filetto prima che l'inserto crei il profilo completo. Queste bave possono causare problemi e devono essere rimosse, soprattutto nell'idraulica e nell'industria alimentare, dove i requisiti di tolleranza e qualità sono elevati. Le bave sono più comuni negli acciai inossidabili difficili e nei materiali duplex.

La sbavatura dei filetti si esegue con utensili di tornitura standard. È importante considerare il corretto posizionamento dell'inserto di sbavatura rispetto al filetto, al passo e al ciclo di filettatura. Si utilizza un ciclo di filettatura standard con i dati di incremento consigliati, con la stessa velocità di taglio e un inserto per troncatura e scanalatura a metà del numero di passate. Quando si esegue la tornitura di un filetto con un inserto con profilo a V, spesso si forma una bava sulla cresta del filetto; per ottenere un filetto di alta qualità, questa bava deve essere rimossa.

I filetti con due o più gole filettate parallele richiedono due o più principi. La conduttura di questo tipo di filetto sarà quindi il doppio di quella di una vite a principio singolo. Per realizzare un filetto a più principi, si esegue una singola gola filettata con un numero di passate, seguita dalla seconda gola filettata con un numero di passate, quindi dalla terza gola filettata con un numero di passate. È importante selezionare il supporto corretto. Si utilizza il valore di conduttura per calcolare il corretto angolo di inclinazione (angolo d'elica) e selezionare il supporto di conseguenza. Con un passo due, tre volte e così via maggiore, si verifica un cambiamento drastico dell'angolo di inclinazione che, in casi estremi, non rientra nell'intervallo dei supporti. In questi casi estremi, il supporto esterno può essere fresato/rettificato nella direzione dell'angolo di inclinazione, ma è importante non rettificare i supporti stessi.

Altri Metodi di Lavorazione delle Filettature

Rullatura dei Filetti

La rullatura dei filetti è un metodo di lavorazione che consiste nel deformare plasticamente il pezzo con una matrice di rullatura per ottenere una filettatura. Viene generalmente eseguita su una macchina rullatrice o su un tornio automatico con testa di rullatura ad apertura e chiusura automatica, per la produzione in serie di elementi di fissaggio standard e altri accoppiamenti filettati. Il diametro esterno del filetto rullato non è superiore a 25 mm, la lunghezza non è superiore a 100 mm, la precisione del filetto può raggiungere il livello 2 (GB197-63) e il diametro del pezzo grezzo utilizzato è approssimativamente uguale al diametro primitivo del filetto lavorato.

La filettatura a freddo generalmente non può elaborare filettature interne, ma per pezzi con materiali più morbidi, è possibile utilizzare un maschio per estrusione senza scanalature per estrudere a freddo filettature interne (il diametro massimo può raggiungere circa 30 mm). Il principio di funzionamento è simile a quello della maschiatura. La coppia richiesta per l'estrusione a freddo di filettature interne è circa 1 volta maggiore di quella della maschiatura e la precisione di lavorazione e la qualità superficiale sono leggermente superiori a quelle della maschiatura.

Vantaggi della rullatura dei filetti:

1. La rugosità superficiale è inferiore a quella della tornitura, della fresatura e della rettifica.
2. La superficie del filo dopo la filettatura può migliorare la resistenza e la durezza grazie all'indurimento a freddo.
3. Il tasso di utilizzo del materiale è elevato.
4. La produttività è raddoppiata rispetto al taglio ed è facile realizzare l'automazione.
5. La durata della matrice rullatrice è molto lunga.

Tuttavia, la filettatura rullatrice richiede che la durezza del materiale del pezzo non superi HRC40; la precisione dimensionale del pezzo grezzo è elevata; anche la precisione e la durezza della matrice rullatrice sono elevate, ma la matrice è difficile da realizzare; non è adatta per filettature rullatrici con forma dei denti asimmetrica.

A seconda delle diverse matrici di laminazione, la filettatura può essere divisa in due tipi: rullatura della filettatura e filettatura filettata (quest'ultima spesso riferita a sistemi con matrici piane). Esistono tre tipi di rullatura del filetto: radiale, tangenziale e a testa rullante.

• Rullatura Radiale: 2 (o 3) ruote rullatrici con profili filettati sono installate su alberi paralleli; il pezzo viene posizionato sul supporto tra le due ruote e le due ruote ruotano nella stessa direzione e alla stessa velocità. Una delle ruote esegue anche un movimento di avanzamento radiale. La ruota rullatrice fa ruotare il pezzo e la superficie viene estrusa radialmente per formare le filettature. Per alcune viti madri che non richiedono elevata precisione, un metodo simile può essere utilizzato anche per la profilatura a rulli.
• Rullatura Tangenziale (o planetaria): L'utensile di rullatura è costituito da una ruota centrale rotante e da tre piastre filettate fisse a forma di arco. Il pezzo può essere alimentato in modo continuo durante la filettatura, quindi la produttività è superiore a quella della rullatura convenzionale e della rullatura radiale.
• Rullatura Ripassata: Viene eseguita su un tornio automatico e viene generalmente utilizzata per eseguire filettature corte sul pezzo. Sono presenti da 3 a 4 rulli di rullatura distribuiti uniformemente sul perimetro esterno del pezzo nella testa di rullatura. Durante la rullatura, il pezzo ruota e la testa di rullatura avanza assialmente per far uscire il pezzo dalla filettatura.

Filettatura EDM (Elettroerosione)

L'elettroerosione (EDM) rappresenta un'alternativa avanzata quando i metodi di filettatura convenzionali risultano impraticabili. Questo processo senza contatto utilizza scintille elettriche controllate per erodere il materiale e formare filettature, rendendolo particolarmente prezioso per materiali temprati e geometrie complesse che resistono alle lavorazioni tradizionali. La filettatura EDM richiede un'attenta progettazione dell'elettrodo e parametri di controllo precisi, ma offre una finitura superficiale eccezionale e una precisione dimensionale senza distorsioni termiche.

Il processo inizia con la foratura del foro inferiore secondo le dimensioni specificate, seguita dalla creazione di un elettrodo filettato personalizzato. Durante la lavorazione, l'elettrodo ruota mentre si alimenta nel pezzo, consentendo allo spinterometro di formare gradualmente il profilo della filettatura. Rispetto al metodo di lavorazione meccanica, il processo EDM segue lo stesso ordine: il foro inferiore deve essere forato per primo e il diametro del foro inferiore deve essere determinato in base alle condizioni di lavoro. L'elettrodo deve essere lavorato in modo da ottenere una filettatura e deve poter ruotare durante il processo di lavorazione.

Maschiatura

La lavorazione delle filettature ordinarie generalmente utilizza centri di lavoro o macchine e utensili per la maschiatura; talvolta è possibile anche la maschiatura manuale. Tuttavia, in alcuni casi eccezionali, il metodo sopra descritto non consente di ottenere buoni risultati di lavorazione, ad esempio quando è necessario eseguire la filettatura dopo il trattamento termico dei pezzi per negligenza o per vincoli di materiale, come la necessità di maschiare direttamente su pezzi in metallo duro. In questo caso, è necessario prendere in considerazione il metodo di lavorazione elettroerosione a tuffo (PEDM).

Criteri di Selezione e Considerazioni Avanzate

La scelta del metodo di lavorazione della filettatura dipende da molteplici fattori, tra cui le proprietà del materiale, il volume di produzione, la precisione richiesta e la geometria del pezzo. Per le filettature di collegamento utilizzate negli elementi di fissaggio, la maschiatura e la tornitura rimangono le scelte più economiche per la produzione in lotti di piccole e medie dimensioni. La rullatura dei filetti emerge come il metodo preferito per la produzione in serie di elementi di fissaggio standard, offrendo una qualità superficiale superiore e una maggiore resistenza alla fatica grazie all'incrudimento a freddo. Durante la produzione di parti estruse in alluminio, i produttori spesso impiegano la fresatura di filettature per la sua adattabilità a profili complessi e per le eccellenti caratteristiche di rugosità superficiale.

Precisione e Qualità della Superficie

Diversi metodi di lavorazione delle filettature consentono di raggiungere diversi livelli di precisione e qualità superficiale. La tornitura delle filettature su torni specializzati può raggiungere una precisione del passo di 8-9 gradi, adatta per applicazioni industriali generiche. La fresatura delle filettature offre una precisione comparabile, riducendo significativamente i tempi di ciclo grazie al design multilama. Per applicazioni che richiedono un'altissima precisione, la rettifica delle filettature offre una precisione del passo di 5-6 gradi con una rugosità superficiale fino a 0,08 micron, rendendola ideale per applicazioni critiche, inclusi calibri filettati e strumenti di misura di precisione. I processi di rullatura delle filettature producono la migliore finitura superficiale tra tutti i metodi grazie alla deformazione plastica senza asportazione di materiale, con conseguente resistenza alla corrosione e alla fatica superiori.

Tabella Comparativa Metodi di Filettatura

Metodo di Filettatura	Materiali Tipici	Precisione (Gradi)	Qualità Superficiale	Produttività	Note
Tornitura (Metallo)	Vari, anche duri	8-9	Buona	Media	Flessibile per piccoli lotti
Tornitura (Legno/Plastica)	Legno, plastica	Dipende dall'abilità	Buona con parametri corretti	Bassa (spesso manuale)	Richiede utensili dedicati, attenzione al materiale
Rullatura	Metalli teneri, leghe	Molto alta (formazione plastica)	Eccellente, resistenza fatica	Alta (produzione di massa)	Non per filetti interni complessi
Fresatura	Alluminio, leghe, acciai	Comparabile alla tornitura	Ottima	Alta	Adattabile a profili complessi
Rettifica	Acciai temprati	5-6	Altissima (fino a 0.08 µm)	Media	Per applicazioni critiche
Elettroerosione (EDM)	Materiali temprati, complessi	Eccezionale	Ottima, senza distorsioni	Bassa	Per geometrie complesse e materiali difficili

Compatibilità dei Materiali e Automazione

La scelta del materiale influenza significativamente il metodo di filettatura più efficace. I metalli teneri e le leghe rispondono bene ai processi di rullatura e di estrusione a freddo, ottenendo risultati eccellenti con un'usura minima dell'utensile. Gli acciai temprati e i pezzi in ghisa richiedono processi di rettifica o elettroerosione per prevenire danni all'utensile e distorsioni del materiale. Per prodotti come componenti torniti CNC di precisione realizzati in leghe di alluminio, fresatura di filettature e tornitura uniscono l'efficienza alla qualità superficiale necessaria per applicazioni aerospaziali e mediche.

La produzione moderna integra sempre più spesso operazioni di filettatura automatizzate. Le rullatrici per filettature con teste di apertura e chiusura automatiche consentono cicli di produzione non presidiati, migliorando notevolmente la produttività degli elementi di fissaggio standard. I sistemi di fresatura per filettature a controllo numerico si adattano rapidamente alle modifiche di progettazione, rendendoli ideali per componenti personalizzati e lavorazioni in piccoli lotti. Per parti in alluminio che richiedono elevata precisione e ripetibilità, i centri di maschiatura e filettatura automatizzati garantiscono risultati costanti riducendo al contempo i costi di manodopera.

Sviluppi Futuri

Le tecnologie emergenti continuano a migliorare le capacità di lavorazione delle filettature. Gli approcci ibridi che combinano più metodi ottimizzano sia la precisione che la produttività. I rivestimenti avanzati sugli utensili da taglio prolungano la durata utile e migliorano la qualità della finitura superficiale in tutti i metodi di taglio. Poiché le industrie richiedono tolleranze più strette e prestazioni più elevate, l'integrazione di sistemi di ottimizzazione dei processi basati sull'intelligenza artificiale e di monitoraggio in tempo reale promette ulteriori miglioramenti nell'efficienza e nella qualità della produzione di filettature.

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