La Fresatura dell'Alluminio per Hobbisti: Guida Completa alla Scelta e all'Utilizzo delle Frese

Nel mondo della lavorazione dei metalli, l'alluminio è diventato un materiale sempre più popolare grazie alle sue proprietà di leggerezza, resistenza alla corrosione e versatilità. Tuttavia, per lavorare l'alluminio in modo efficace sono necessari gli strumenti e le tecniche giuste. Di solito, quando si pensa alla fresatura CNC, vengono in mente materiali come la plastica e il legno. Come è lecito attendere, il taglio dell’alluminio presenta delle complessità rispetto a legno e plastica.

Il Pantografo CNC per la Fresatura dell'Alluminio

La stragrande maggioranza degli artigiani ed hobbisti evoluti esercitano la fresatura alluminio con il pantografo CNC. Avendo a disposizione la relativa fresa è infatti possibile eseguire tagli, scanalature, spianature, livellamenti ed incisioni. Questo è solo un assaggio delle fasi necessarie alla fresatura alluminio.

Programmazione CAD e CAM

Di conseguenza, dopo aver ragionato bene sul lavoro ed identificato le diverse frese necessarie, dovremo programmare il software del pantografo. Questo include:

• Programmare il CAD, andando a disegnare il pezzo finito con le esatte misure finali e definendo eventuali tecniche avanzate di fresatura.
• Programmare il CAM del pantografo, inserendo tutte le caratteristiche dimensionali delle frese ed i preziosi valori dei parametri di fresatura, quasi sempre sconosciuti ai rivenditori di utensili ma estremamente importanti per la fresatura alluminio.

Non è questa la sede per affrontare concetti come fresatura concorde o discorde, contro o lungo vena, passate parallele o concentriche ecc. La risposta non è affatto banale e necessiterebbe di un corso dedicato perché i fattori che influenzano la fresatura alluminio sono numerosissimi ed ognuno andrebbe affrontato singolarmente, a fondo.

La Scelta degli Utensili: Frese Specifiche per Alluminio

Tra gli utensili, le frese a candela svolgono un ruolo cruciale per ottenere risultati di precisione, efficienza e qualità. Ma adesso sai che devi lavorare con frese specifiche e non con le stesse che magari già utilizzi per il legno e derivati!

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Materiali delle Frese: MD, HSS e Diamante

In merito al tipo di utensile da usare utilizzerei frese in MD (metallo duro integrale...In inglese HM Hard Metal). Noi di Fraiser siamo fieri di aver sviluppato una linea specifica per la fresatura alluminio che abbiamo chiamato Carbider Poly. Detto ciò, vanno benissimo frese in MD (anche "nude") a 3/4 taglienti con affilatura per l'acciaio.

In alternativa vanno impiegati utensili con taglienti di diamante riportati. Ci sono pochissimi produttori al mondo in grado di produrre il diamante sinteticamente o di tagliare pietre per ricavare placchette da riportare e poi affilarle per renderle taglienti. I costi NON sono abbordabili! Nel senso che è vero che costano di più degli utensili in widia, ma se invece di chiedere ad un rivenditore vai direttamente dal produttore risparmi in media il 30%.

L'utilizzo delle frese HSS

Purtroppo ho solo frese HSS e l'idea era quella di arrangiarmi con quello che possiedo, magari facendo andare la macchina più lentamente o asportando pochissimo materiale alla volta... ma da quel che dici non è così semplice! Per quanto riguarda l'utilizzo di frese in HSS in effetti non esiste nessuna contro-indicazione ad impiegarle per la fresatura dell'alluminio. Anzi, il filo di un tagliente in acciaio è sempre più affilato/affilabile ed ha quindi miglior taglienza di un tagliente in MD. Io proverei ugualmente con le frese in hss, fai passate leggere e usa l'alcol non tanto per raffreddare, ma perché impedisce all'alluminio di incollarsi al tagliente. Ricordati solo che non servono giri alti anzi, bassi giri e avanzamento spedito se affondi poco.

Impatto delle Leghe di Alluminio sulla Selezione delle Frese

La lega di alluminio specifica con cui si lavora gioca un ruolo cruciale nel determinare la fresa più adatta. L’alluminio è infatti disponibile in commercio sotto forma di diverse leghe e magari i valori dei parametri suggeriti dal fornitore delle frese vanno leggermente adattati, perché capisci benissimo che è molto difficile sperimentarli su tutte le diverse leghe. Quando si sceglie una fresa, bisogna considerare le proprietà specifiche della lega di alluminio che si sta lavorando.

Ecco un riepilogo delle leghe più comuni e le loro implicazioni:

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1. Leghe di alluminio fuso (ad es. 319, A356): Spesso contengono silicio, che può essere abrasivo. Richiedono frese con taglienti affilati e angoli di spoglia positivi. Beneficiano di flauti lucidati per migliorare l'evacuazione dei trucioli. Per leghe più morbide e gommose, optate per utensili con angoli di spoglia più elevati e scanalature lucidate per evitare l'accumulo di bordi.
2. Leghe di alluminio battuto (ad es. 6061, 7075): Spesso hanno una struttura della grana più densa, che può aumentare le forze di taglio. Possono essere utili frese con taglienti rinforzati o rivestimenti speciali.
3. Leghe di alluminio ad alto tenore di silicio (ad es. 390, 413): Altamente abrasivo grazie all'elevato contenuto di silicio. Richiedono frese con rivestimenti resistenti all'usura come il diamante o l'AlTiN. Per le leghe più abrasive, è bene privilegiare rivestimenti resistenti all'usura e geometrie robuste degli utensili.
4. Leghe di alluminio per uso aerospaziale: Spesso richiedono un'elevata precisione e finitura superficiale. Approfittate di frese rivestite di qualità superiore con geometrie ottimizzate.

Geometria della Fresa: Scanalature e Angolo Elicoidale

Le scanalature delle frese sono profonde scanalature elicoidali che corrono lungo la lunghezza dell'utensile da taglio. Queste scanalature hanno due funzioni principali: creano bordi di taglio e forniscono canali per l'evacuazione dei trucioli.

• Numero di scanalature: Per l'alluminio, in genere si preferisce un numero minore di scanalature. Frese a 2 eliche o Frese a 3 eliche sono ideali per la maggior parte delle lavorazioni dell'alluminio. Il numero ridotto di scanalature consente di ottenere canali per i trucioli più grandi, il che è fondamentale quando si lavora l'alluminio. Le gole per trucioli più grandi delle frese a due o tre eliche offrono un ampio spazio per l'evacuazione dei trucioli, riducendo il rischio di ritaglio dei trucioli e migliorando l'efficienza complessiva della lavorazione. Tuttavia, è importante notare che in alcune operazioni di finitura o quando si lavora con parti in alluminio a parete sottile, un numero maggiore di flauti (ad esempio quattro o più) possono essere preferiti per ottenere una finitura superficiale più liscia. Per le operazioni di sgrossatura, può essere preferibile un design a 2 eliche, mentre per la finitura potrebbe essere utile una configurazione a 3 eliche.
• Angolo elicoidale: L'angolo elicoidale, noto anche come angolo dell'elica, si riferisce all'angolo tra la linea centrale della fresa e il bordo anteriore della scanalatura. Per la lavorazione dell'alluminio, in genere si raccomanda un angolo elicoidale elevato. Per l'alluminio vengono comunemente utilizzate frese con angoli elicoidali compresi tra 35° e 45°. Quando si sceglie una fresa per alluminio, bisogna considerare i requisiti specifici del progetto. Per la lavorazione generale dell'alluminio, un angolo elicoidale di 40° è un buon punto di partenza. Per le operazioni di sgrossatura o quando si lavora con leghe di alluminio più morbide, si può preferire un angolo leggermente inferiore (35-38°) per aumentare i tassi di rimozione del materiale.

Rivestimenti delle Frese

I rivestimenti svolgono un ruolo cruciale nel migliorare le prestazioni e la durata delle frese a candela nella lavorazione dell'alluminio, principalmente riducendo l'attrito. L'alluminio ha la tendenza ad aderire agli utensili da taglio, con conseguente formazione di bordi di accumulo (BUE). Per la maggior parte delle applicazioni, una fresa a candela quadra offre versatilità, mentre le frese a testa tonda o a sfera sono più adatte a compiti specifici di profilatura o contornatura 3D.

I rivestimenti più comuni includono:

• Diboruro di titanio (TiB2): Questo rivestimento offre un'eccellente resistenza all'adesione dell'alluminio e una buona resistenza all'usura.
• Carbonio simile al diamante (DLC): I rivestimenti DLC offrono un coefficiente di attrito molto basso, riducendo la probabilità di formazione di bordi. Il solo rivestimento DLC raddoppierebbe il costo di una fresetta cinese!
• Nitruro di zirconio (ZrN): Un altro rivestimento efficace per la lavorazione dell'alluminio.

Quando si sceglie tra frese rivestite e non rivestite per alluminio, bisogna considerare i requisiti specifici del progetto. Le frese rivestite offrono generalmente prestazioni migliori e una maggiore durata dell'utensile, soprattutto nelle lavorazioni ad alta velocità o ad alto volume. Considerate un rivestimento come il nitruro di zirconio (ZrN) o il diboruro di titanio (TiB2) per ridurre l'attrito e prolungare la durata dell'utensile, sebbene anche il metallo duro non rivestito possa dare buoni risultati.

Tipi di Frese a Candela

• Frese a candela quadrate (flat end mills): note anche come frese piane, sono caratterizzate da un profilo inferiore piatto e da taglienti diritti.
• Frese a toro (bull nose end mills): note anche come frese a raggio d'angolo, presentano un angolo arrotondato tra il tagliente finale e il tagliente laterale. Scegliete il raggio d'angolo appropriato in base alla vostra applicazione.
• Frese a sfere (ball nose end mills): caratterizzati dall'estremità di taglio emisferica, sono strumenti essenziali per la lavorazione di forme 3D complesse e superfici sagomate in alluminio.

Tecniche e Sfide nella Fresatura dell'Alluminio

La prima da tenere presente è che l’alluminio è un metallo che tende ad attaccarsi agli utensili. Almeno all’inizio, è necessario essere disposti a rallentare la rimozione del materiale. Il motivo? La velocità provoca errori e difetti di lavorazione. Non è necessario ridurre l’avanzamento. Nel taglio dell’alluminio, i margini per velocità e avanzamento sono molto più ristretti. È necessaria la massima precisione per calcolare questi parametri. Ieri sera ho fatto dei test su anticorodal, una tragedia.. Non riesco a togliere le "bave" facendo test su velocità, giri mandrino, profondità di asportazione.... La finitura migliore l'ho avuta a 19k,passata 0,1 F 1800 discorde.....

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Gestione dei Trucioli

Il taglio ripetuto dei trucioli è una delle cause principali di rottura delle punte. Quando si taglia l’alluminio, si creano grossi trucioli. È un problema inevitabile. Si può usare un sistema di aspirazione delle polveri. Tieni però presente che non sarà sufficiente a rimuovere tutti i trucioli. Quando si taglia in profondità e vicino a una scanalatura, la rimozione dei trucioli è più difficile. Puoi però usare una punta a tre taglienti o anche meno. In questo modo ci sarà più spazio tra i taglienti, e i trucioli di grandi dimensioni potranno essere aspirati più agevolmente. È quindi meglio avere un minor numero di taglienti. La fresa dovrebbe avere angoli di spoglia positivi e ampie gole per i trucioli per gestire efficacemente l'evacuazione dei trucioli.

Lubrificazione

Come ho già detto, l'alcool va bene se fai piccole asportazioni: bulini, frese Diam 4 (max) con passate leggere (Ap=0,5)...Comunque l'ideale è sempre usare olio da taglio, il tagliente dura di più e, soprattutto, la finitura è migliore. Se non sussistono queste 3 condizioni sarai costretto a lubrificare durante la lavorazione. L'olio da taglio per lavorare l'alluminio deve essere untuoso ma abbastanza fluido, va benissimo il gasolio o il cherosene tuttavia puzzano parecchio! Un altro prodotto indicato (e meno puzzolente) potrebbe essere l'olio da taglio emulsionabile in acqua (al 5-8%)... Questo prodotto è facilmente reperibile nelle utensilerie.

Quando ho cominciato a lavorare alluminio, provenivo dal legno, anche io avevo lo stesso problema della lubrificazione. Per le prime prove mi ero attrezzato (previo aver acquistato frese adatte all'alluminio) con una vasca in plastica (le bacinelle da massaia che trovi in qualunque Brico) o teglia da cucina in alluminio, alla quale avevo attaccato un tubo di gomma che scaricava in un'ulteriore vasca o bottiglione da 5 lt. Durante la lavorazione (soprattutto in sgrossatura) buttavo acqua usando una bottiglia di plastica alla quale avevo messo un tubicino sul tappo per dirigere il getto sulla fresa; contemporaneamente soffiavo aria.

Consigli Pratici per l'Hobbista

Assicurare il corretto fissaggio del pezzo per ridurre al minimo le vibrazioni e mantenere la precisione. Se ben ricordo la tua struttura era "ben rigida" pur essendo un ponte mobile. La padronanza dell'uso delle frese per la lavorazione dell'alluminio è una combinazione di comprensione della geometria degli utensili, selezione degli utensili giusti per ogni applicazione e implementazione di strategie di lavorazione efficaci. Ricordate che il campo della lavorazione è in continua evoluzione, con nuovi strumenti, rivestimenti e tecniche che vengono sviluppati regolarmente. Sperimentate diverse configurazioni di frese e parametri di lavorazione per trovare le soluzioni ottimali per i vostri progetti specifici di lavorazione dell'alluminio.

Riepilogo della Fresa Ideale per Alluminio

Per la lavorazione dell'alluminio, la fresa ideale è in genere un utensile in metallo duro con 2-3 scanalature, con un elevato angolo di elica (35-45°) e taglienti affilati. Le frese a candela quadrate sono versatili per lavori generici, mentre le frese a testa tonda offrono una migliore resistenza e finitura superficiale per la profilatura e le frese a sfera eccellono nella contornatura 3D. Una fresa a candela in metallo duro a 3 eliche con un angolo di elica di 40° è un'ottima scelta per la maggior parte delle applicazioni in alluminio. Considerate un rivestimento come il nitruro di zirconio (ZrN) o il diboruro di titanio (TiB2) per migliorare le prestazioni e la durata dell'utensile. La fresa dovrebbe avere angoli di spoglia positivi e ampie gole per i trucioli per gestire efficacemente l'evacuazione dei trucioli.

Le frese a candela progettate per l'alluminio possono essere utilizzate per il legno, ma non sempre è la scelta ideale. Le frese per alluminio possono tagliare efficacemente il legno, ma sono ottimizzate per le proprietà del metallo e potrebbero non fornire i risultati migliori per la lavorazione del legno. Gli angoli d'elica elevati e il minor numero di scanalature tipici delle frese per alluminio possono funzionare bene per il legno, dando potenzialmente luogo a tagli netti. Tuttavia, le frese specifiche per il legno hanno spesso geometrie diverse, come angoli di spoglia più elevati e design rompitruciolo, per gestire la natura fibrosa del legno e prevenire lo strappo. Le frese in alluminio possono anche usurarsi più rapidamente se utilizzate su legni abrasivi o prodotti in legno ingegnerizzato. Inoltre, le velocità di taglio e gli avanzamenti ottimali per l'alluminio sono in genere molto più elevati di quelli per il legno, e richiedono notevoli adattamenti.

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