Introduzione alla Tornitura e ai Materiali da Taglio
Nel mondo della lavorazione dei metalli, la scelta del giusto materiale per gli utensili da taglio è fondamentale per ottenere prestazioni, efficienza ed economicità ottimali.
Nel processo di tornitura, come sappiamo, il pezzo da lavorare ruota, mentre l’utensile avanza in modo rettilineo: durante tale processo, l’inserto penetra nel materiale e asporta trucioli, riducendo il pezzo alla geometria e alle dimensioni richieste. Gli inserti sono utilizzati in tutte le lavorazioni meccaniche.
Durante il processo di tornitura il pezzo compie un moto rotatorio mentre l’utensile, avanza secondo un moto per lo più rettilineo. Esistono principalmente due tipi di tornitura: la tornitura interna, dove gli inserti lavorano internamente ad un pezzo cavo, e la tornitura esterna, dove agiscono esternamente ad un pezzo.
Nonostante il metallo duro esibisca di per sé ottime caratteristiche e proprietà meccaniche, gli inserti per tornitura sono sottoposti a tali sollecitazioni che è necessario sfruttare materiali dalle caratteristiche assolutamente uniche. Quando si parla di materiali per utensili da taglio, il confronto tra inserti in cermet, metallo duro, CBN e PCD è essenziale per qualsiasi macchinista o professionista della produzione. Ognuno di questi materiali offre vantaggi e limiti distinti, che li rendono adatti a diverse applicazioni e materiali dei pezzi.
Cosa Sono gli Inserti in Cermet?
Il termine “cermet” deriva dall’unione dei termini “ceramics“ e “metals“ e descrive un materiale composito costituito da un materiale ceramico in una matrice metallica. Gli inserti in cermet combinano la durezza dei materiali ceramici con la tenacità dei leganti metallici.
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L’obiettivo dello sviluppo era quello di combinare le proprietà della ceramica (resistenza all’ossidazione e al calore) con quelle dei metalli (tenacità e resistenza agli urti) per creare un materiale da taglio migliore.
Il primo cermet è stato inventato nel 1931 da Paul Schwarzkopf e J. Hirschl e fu brevettato dalla PLANSEE.
A differenza del classico metallo duro, il cermet si basa sul carburo di titanio piuttosto che sul carburo di tungsteno. Originariamente il cermet era un composto di TiC e nichel. Il Cermet combina l'elevata durezza della ceramica con la tenacità dei metalli, offrendo un'eccellente resistenza all'usura e stabilità termica.
Vantaggi Chiave degli Inserti in Cermet
Gli inserti in cermet vengono usati sempre più frequentemente come alternativa agli inserti in metallo duro per la finitura degli acciai. In determinate applicazioni i cermet presentano alcuni vantaggi rispetto al metallo duro, consentendo di raggiungere velocità di taglio molto elevate e una lunga durata. Ecco i principali vantaggi:
Resistenza al Calore e Velocità di Taglio Elevate: Dato che sono più resistenti al calore rispetto alle loro controparti in metallo duro, consentono dati di taglio più elevati e quindi processi più brevi.
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Durata e Precisione Dimensionale: È possibile fare affidamento su di loro anche in termini di durata e precisione dimensionale.
Finitura Superficiale Superiore: Si ottengono superfici di pezzi molto lisce con una lucentezza eccezionale, anche con elevate velocità di taglio.
Lavorazione a Secco: Quando i lubrificanti non sono adatti, il cermet mostra la sua forza, in quanto la lavorazione a secco non rappresenta un problema, anzi è consigliata.
Tolleranze Strette: Se sono richieste tolleranze particolarmente strette, sono sempre i cermet a costituire la soluzione ottimale.
Versatilità e Controllo Truciolo: Con un totale di quattro rompitruciolo, questa qualità cermet è polivalente e quindi adatta per lavorazioni medie e di finitura. Inoltre garantisce un controllo truciolo ottimale, anche con piccole profondità di taglio.
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Per gli inserti negativi della gamma è disponibile -CF20 come geometria per la finitura con tagliente vivo e controllo truciolo ideale. Abbiamo ampliato anche la nostra gamma di inserti positivi. In primo luogo la geometria di finitura rettificata -CF05 in periferia che garantisce un’elevata precisione dimensionale e di forma con forze di taglio molto ridotte.
Temprato CERMET
Rivestimenti per Inserti in Cermet: CVD e PVD
Per migliorare le prestazioni dell’inserto, il metallo duro viene rivestito da uno strato costituito da nitruri di carburi e ossidi. Siamo uno dei pochi produttori a offrire inserti cermet con rivestimento CVD.
Rivestimento CVD (Chemical Vapour Deposition)
La sigla CVD indica che il rivestimento è stato applicato per Deposizione Chimica mediante Vapore. Si tratta di rivestimenti cosiddetti ad alto spessore, che nel caso specifico significa fino ai 20 micron. Sebbene i rivestimenti CVD siano tecnicamente piuttosto complicati da produrre, offrono enormi vantaggi rispetto ai rivestimenti PVD per la finitura degli acciai, come ad esempio una maggiore resistenza al calore e una migliore resistenza all’usura. Dopo aver inserito le pile di inserti in una fornace, nella camera viene introdotta una combinazione di gas. La deposizione prosegue con una specifica serie di gas fino al completamento degli strati di rivestimento.
Rivestimento PVD (Physical Vapour Deposition)
A differenza della precedente, la sigla PVD indica una Deposizione Fisica mediante Vapore, e comporta un rivestimento a basso spessore, ossia compreso fra i 3 e i 6 micron complessivi, di Nitruri di Titanio e Alluminio. In questa procedura gli inserti vengono caricati nella camera di rivestimento in appositi vassoi. Sulle pareti della camera di reazione vengono sistemati dei target di metallo, di solito titanio. Questi vengono scaldati fino a raggiungere la temperatura di ionizzazione del metallo. Utilizzando un gas come vettore, gli ioni possono quindi essere trasportati dai target agli inserti e, dato che gli inserti sono più freddi, gli ioni si condensano sulla loro superficie fino a formare un rivestimento. Questo tipo di processo è di solito usato per la fresatura: lavorando con più taglienti in contemporanea aumenta infatti il tempo di raffreddamento ed è sufficiente quindi un rivestimento a basso spessore.
Il Rivestimento DRAGONSKIN
Sono state apportate una serie di ottimizzazioni nello sviluppo del nuovo rivestimento DRAGONSKIN per la qualità CTEP110-P. Grazie a uno speciale processo di finitura otteniamo una rugosità superficiale significativamente ridotta. Siamo riusciti a ridurre la dimensioni grana all’interno dei singoli sistemi di strati. Anche le sbrecciature degli strati appartengono ormai al passato, poiché gli strati di adesione del nostro nuovo rivestimento DRAGONSKIN contribuiscono ancora di più a prevenire questo fenomeno.
Quando Scegliere Inserti Non Rivestiti
Nonostante quanto detto sull’importanza e sui vantaggi dei rivestimenti, esiste una serie di lavorazioni per le quali si devono preferire inserti che non ne presentino. Si tratta delle lavorazioni che richiedono un’estrema affilatura del tagliente; qualsiasi rivestimento, infatti, inevitabilmente causa un microscopico arrotondamento del tagliente, andando a compromettere la perfezione del filo.
Cermet a Confronto con Altri Materiali per Utensili da Taglio
Questa guida esplora le principali differenze tra inserti in cermet, carburo, nitruro di boro cubico (CBN) e diamante policristallino (PCD). Nel confronto tra inserti in cermet, metallo duro, CBN e PCD, la durezza è un fattore cruciale, e il costo di questi materiali per utensili da taglio varia in modo significativo.
Inserti in Metallo Duro (Carburo)
I carburi di tungsteno, noti anche come carburo cementato, sono costituiti da particelle di carburo di tungsteno (WC) legate a una matrice di cobalto. Normalmente la miscela di polveri che viene utilizzata per realizzare gli inserti per tornitura contiene particelle dure di carburo di Tungsteno e altre di carburo di Titanio, Tantalio o Niobio; queste sono tenute insieme da un metallo legante, che normalmente è il Cobalto. Gli inserti in carburo offrono un equilibrio tra durezza e tenacità. Il carburo di tungsteno fornisce resistenza all'usura e durezza, mentre il legante di cobalto aumenta la tenacità e la resistenza agli urti.
Nitruro di Boro Cubico (CBN)
Il nitruro di boro cubico (CBN) è un materiale sintetico superduro, secondo solo al diamante per durezza. Il nitruro di boro cubico policristallino (PCBN) è una variante del CBN in cui le particelle di CBN sono sinterizzate con un legante ceramico o metallico. Il CBN offre eccezionale durezza, stabilità termica e inerzia chimica, in particolare nella lavorazione di materiali ferrosi. Gli inserti in CBN sono utilizzati principalmente per la lavorazione di acciai temprati (>45 HRC), ghise e altri materiali duri. Sì, il CBN è significativamente più duro del metallo duro. Il CBN è migliore per la lavorazione dell'acciaio grazie alla sua stabilità chimica alle alte temperature. Il PCD tende a reagire con il ferro ad alte temperature, causando una rapida usura dell'utensile.
Diamante Policristallino (PCD)
Il diamante policristallino (PCD) è costituito da particelle di diamante sinterizzate insieme a un legante metallico, in genere il cobalto. Offre una durezza e una resistenza all'usura senza pari, oltre a un'eccezionale conduttività termica. No, il CBN non è più duro del diamante. Il diamante (compreso il PCD) è il materiale naturale più duro conosciuto.
Analisi Comparativa delle Proprietà
La comprensione di queste composizioni dettagliate e delle caratteristiche fisico-chimiche è fondamentale per la scelta del materiale ottimale per utensili da taglio per applicazioni di lavorazione specifiche. La seguente tabella offre un riepilogo delle principali proprietà:
| Materiale | Composizione Principale | Caratteristiche Chiave | Applicazioni Tipiche |
|---|---|---|---|
| Cermet | Carburo di titanio (TiC) in matrice metallica (es. nichel) | Elevata durezza, resistenza all'usura e al calore, stabilità termica, tenacità moderata, eccellente finitura superficiale. | Finitura di acciai, ghise, lavorazione a secco, tolleranze strette. |
| Metallo Duro (Carburo) | Carburo di tungsteno (WC) con legante di cobalto | Buon equilibrio tra durezza, tenacità e resistenza all'usura. | Ampia gamma di lavorazioni e materiali, sgrossatura, semifinitura. |
| CBN | Nitruro di Boro Cubico sintetico, con legante ceramico o metallico (PCBN) | Durezza eccezionale (secondo solo al diamante), stabilità termica, inerzia chimica. | Lavorazione di acciai temprati (>45 HRC), ghise dure, superleghe. |
| PCD | Particelle di diamante sinterizzate con legante metallico (cobalto) | Durezza e resistenza all'usura ineguagliabili, elevata conduttività termica. | Lavorazione di materiali non ferrosi (alluminio, rame), compositi, materiali abrasivi. |