Per qualsiasi taglio di precisione, è essenziale lo strumento giusto, adeguato al tipo di lavorazione che si andrà a fare. Questo strumento è l'inserto e il portainserto. La selezione dell’inserto da tornitura rappresenta una delle decisioni più critiche nel processo di asportazione truciolo. Un inserto correttamente scelto garantisce produttività elevata, finiture superficiali conformi alle specifiche, vita utensile ottimale e costi per pezzo contenuti. Al contrario, una scelta errata si traduce in usura prematura, vibrazioni, finiture scadenti e, nei casi peggiori, rotture che compromettono il pezzo e la sicurezza dell’operatore. Vediamo quindi cosa sono, come funzionano e come scegliere l’inserto per tornitura corretto.
Tornitura Interna ed Esterna: Le Basi
Innanzitutto, parlando di inserti per tornitura, bisogna tener conto che quest’ultima può essere interna o esterna.
- Tornitura interna: prevede inserti che lavorano all’interno di un pezzo cavo. Negli appositi utensili, chiamati più propriamente barre di tornitura o di barenatura, è sempre indicato il diametro minimo di lavoro, ossia il foro minimo di accesso. Questi utensili sono più lunghi e rastremati rispetto a quelli per tornitura esterna, in modo da consentire l’inserimento nei fori.
- Tornitura esterna: prevede invece inserti che lavorano sulla superficie esterna del pezzo. Generalmente gli appositi utensili sono più corti e non ridotti verso l’inserto.
Dunque, una prima valutazione da fare nella selezione dei giusti inserti riguarda la specifica lavorazione a cui sono destinati.
Geometria dell’Inserto di Tornitura
Anche la geometria dell’inserto di tornitura dev’essere scelta in base all’operazione da effettuare. L’area di lavoro di ogni geometria è determinata in base alla truciolabilità accettabile in rapporto ad avanzamento e profondità di taglio. I tre principali tipi di operazione sono:
- Sgrossatura: in essa emergono combinazioni di profondità di taglio e avanzamento elevate. Per questo tipo di operazione il fattore fondamentale è la massima sicurezza del tagliente. La robustezza del tagliente e il raggio di punta grande consentono profondità di taglio e avanzamenti elevati. Il tipo di lavorazione influisce anche sulla grandezza dell’inserto.
- Lavorazione media: le operazioni di sgrossatura medio-leggera prevedono un’ampia gamma di combinazioni di profondità di taglio e avanzamento.
- Finitura: si tratta di operazioni con profondità di taglio ridotte e basse velocità di avanzamento. Stavolta sono necessarie basse forze di taglio.
Dunque, anche la geometria del tagliente è determinata dalla specifica operazione da eseguire e dalle sue esigenze.
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Inserti di Tornitura Positivi o Negativi
Gli inserti di tornitura possono essere di due tipi: positivi o negativi. Dunque, come visto, i due tipi di inserti sono molto differenti e quindi idonei a diverse lavorazioni. Per la buona riuscita di queste ultime è opportuno scegliere il corretto inserto: positivo o negativo.
- Inserti positivi: hanno un angolo inferiore a 90°, con un angolo di spoglia intorno ai 7°. Questi inserti si caratterizzano per un tagliente più affilato e sono idonei per lavorazioni interne ed esterne, con impegni leggeri. In particolare, sono consigliabili per lavorazioni di finitura, taglio continuo, basse asportazioni, finiture molto accurate di acciai dolci, leghe leggere e plastiche. Gli inserti da tornitura positivi più diffusi sono CCMT, DCMT, SCMT, TCMT, VBMT, WCMT.
- Inserti negativi: hanno un angolo di 90°, con un angolo di spoglia inferiore a 0°. Questi inserti si caratterizzano per un tagliente meno affilato e per essere molto robusti, fattore che li rende idonei a condizioni di taglio gravose. Sono consigliabili per lavorazioni in esterno, sgrossatura, taglio interrotto (es. tornitura di saldature) e finiture meno accurate. Quelli più diffusi sono CNMG, DNMG, KNUX, SNMG, TNMG, VNMG, WNMG.
Angolo di Registrazione
Un altro fattore importante da considerare nella scelta dell’inserto da tornitura è l’angolo di registrazione o attacco. Questo rappresenta l’angolo compreso tra il tagliente e la direzione di avanzamento. La sua rilevanza è data dal fatto che esso influisce su:
- Formazione di trucioli.
- Lunghezza del tagliente in taglio.
- Direzione delle forze di taglio.
Dunque si capisce bene la sua importanza nella riuscita di una lavorazione di tornitura. L’angolo di registrazione può essere:
- Più piccolo: in tal caso le forze sono direzionate verso il mandrino e la tendenza alle vibrazioni è minore. Le forze di taglio risultano elevate, in particolare in entrata e in uscita dal pezzo. Inoltre, quando si tratta di componenti HRSA e temprati, emerge una tendenza all’usura ad intaglio.
- Più grande: in tal caso la tendenza alle vibrazioni è maggiore ma, d’altro canto, si riduce la tendenza all’usura ad intaglio. Inoltre, trucioli più piccoli implicano maggiori velocità d’avanzamento e, infine, vi è una riduzione del carico sul tagliente. Lo spessore del truciolo è direttamente proporzionale all’angolo di attacco: se aumenta l’angolo di attacco, aumenta di conseguenza lo spessore e la larghezza diminuisce.
Raggio di Punta
Anche il raggio di punta, con le sue diverse misure, ha profondo impatto sulle lavorazioni di tornitura. Un altro fattore importante da valutare, spesso poco considerato, è il raggio di punta del tagliente. La scelta dipende da profondità di taglio e avanzamento e incide su:
- Truciolabilità.
- Finitura superficiale.
Gli inserti sono fornibili in diversi raggi di contatto e quelli più diffusi sono 0.4-0.8-1.2. Maggiore sarà il valore del raggio e più l’inserto sarà robusto, ma richiederà più potenza per lavorare al vostro tornio con possibile aumento anche delle vibrazioni innescate. Al contrario, minore sarà il raggio e maggiore il rischio di rottura perché la parte a contatto è minore; in questo caso però le vibrazioni saranno chiaramente minori.
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Il Sistema di Codifica ISO per Inserti da Tornitura
Il sistema di codifica ISO per inserti da tornitura costituisce il linguaggio universale attraverso cui produttori e utilizzatori comunicano le caratteristiche geometriche e dimensionali di questi componenti. Comprendere questo sistema non è un esercizio accademico, ma una competenza operativa essenziale per ogni tornitore, attrezzista e responsabile di produzione che desideri ottimizzare i propri processi di lavorazione. Questa guida tecnica analizza in profondità la struttura del codice ISO, il significato di ogni posizione, i criteri di selezione in funzione del materiale e dell’operazione, e le considerazioni pratiche che guidano la scelta dell’inserto più adatto a ogni applicazione specifica.
Il sistema di designazione ISO per inserti intercambiabili è definito dalla norma ISO 1832, che stabilisce un codice alfanumerico standardizzato per identificare univocamente ogni tipologia di inserto. Questo sistema permette di specificare forma, dimensioni, tolleranze, caratteristiche costruttive e geometria del tagliente attraverso una sequenza di lettere e numeri disposti in posizioni predefinite.
Un codice ISO completo per un inserto da tornitura si presenta tipicamente nella forma: CNMG 120408-PM. Ogni carattere o gruppo di caratteri occupa una posizione specifica e trasmette un’informazione precisa. La comprensione di questo sistema consente di “leggere” le caratteristiche dell’inserto senza necessità di consultare cataloghi o schede tecniche, accelerando il processo di selezione e riducendo il rischio di errori.
Il codice si compone di una parte obbligatoria (le prime 7-10 posizioni che definiscono forma, angoli, tolleranze e dimensioni) e di una parte opzionale (suffissi che identificano il rompitruciolo, la preparazione del tagliente e altre caratteristiche specifiche del produttore). Mentre la parte obbligatoria è standardizzata a livello internazionale, i suffissi possono variare tra i diversi costruttori.
Decodifica Completa del Codice ISO: Posizione per Posizione
L’analisi sistematica di ogni posizione del codice ISO permette di comprendere appieno le caratteristiche dell’inserto e di verificare la sua idoneità per l’applicazione prevista.
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| Posizione | Descrizione | Esempio (CNMG 120408-PM) | Significato |
|---|---|---|---|
| 1° | Forma dell’Inserto | C | Forma rombo 80°. Determina il numero di taglienti utilizzabili, la robustezza della punta e l’accessibilità. |
| 2° | Angolo di Spoglia Inferiore (Clearance Angle) | N | Angolo di spoglia 0° (neutro). Influisce sulla robustezza del tagliente e la compatibilità con i portautensili. |
| 3° | Classe di Tolleranza | M | Tolleranza media (±0,08-0,18 mm). Determina la precisione di posizionamento del tagliente. |
| 4° | Caratteristiche Costruttive | G | Con foro, rompitruciolo su entrambe le facce. La presenza del rompitruciolo è essenziale per il controllo del truciolo. |
| 5° e 6° | Dimensioni dell’Inserto (Lato/Diametro) | 12 | Lato 12,7 mm (per inserti non tondi). Determina robustezza strutturale e stabilità. |
| 7° e 8° | Spessore dell’Inserto | 04 | Spessore 4,76 mm. Influisce sulla rigidità e sulla capacità di resistere alle sollecitazioni. |
| 9° e 10° | Raggio di Punta | 08 | Raggio 0,8 mm. Influisce su finitura superficiale, robustezza del tagliente e avanzamento massimo. |
| Suffisso | Geometria Rompitruciolo (specifica produttore) | PM | Geometria rompitruciolo (es. semi-finitura). |
Questo inserto risulta adatto per tornitura generale di acciai, con buona versatilità operativa garantita dalla forma a rombo 80°, quattro taglienti utilizzabili (due per faccia) grazie al rompitruciolo bilaterale, e raggio di punta 0,8 mm che bilancia finitura e robustezza.
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Criteri di Selezione in Base al Materiale da Lavorare
La scelta dell’inserto non può prescindere dal gruppo ISO del materiale da lavorare. Ogni famiglia di materiali presenta caratteristiche specifiche che richiedono geometrie, substrati e rivestimenti differenti. I gruppi ISO identificano sei categorie principali:
- Gruppo P (blu) - Acciai: comprende acciai al carbonio, acciai legati, acciai da utensili e acciai inossidabili ferritici. Questi materiali generano trucioli lunghi e continui, richiedendo inserti con rompitruciolo efficace e geometrie che favoriscano il controllo del truciolo.
- Gruppo M (giallo) - Acciai inossidabili: include acciai inossidabili austenitici e duplex, caratterizzati da elevata tendenza all’incrudimento e scarsa conducibilità termica. Gli inserti devono presentare taglienti affilati e geometrie positive per ridurre le forze di taglio.
- Gruppo K (rosso) - Ghise: raggruppa ghise grigie, ghise sferoidali e ghise malleabili. Il truciolo frammentato tipico delle ghise richiede inserti con buona resistenza all’abrasione piuttosto che rompitruciolo elaborati.
- Gruppo N (verde) - Materiali non ferrosi: comprende alluminio, rame, ottone e leghe leggere. La tendenza alla formazione del tagliente di riporto richiede geometrie molto positive, taglienti affilati e spesso inserti non rivestiti o con rivestimenti specifici.
- Gruppo S (arancione) - Superleghe: include leghe a base nichel, cobalto e titanio. L’estrema difficoltà di lavorazione richiede geometrie positive, substrati tenaci e parametri di taglio conservativi.
- Gruppo H (grigio) - Acciai temprati: comprende acciai con durezza superiore a 45 HRC. La lavorazione richiede substrati duri come CBN o ceramica e geometrie con preparazione del tagliente specifica.
Geometrie del Rompitruciolo: Classificazione e Applicazioni
Il rompitruciolo (chipbreaker) costituisce un elemento critico dell’inserto che determina la forma del truciolo, le forze di taglio e il campo di applicazione in termini di profondità di passata e avanzamento. Le geometrie si classificano generalmente in tre categorie principali, ciascuna ottimizzata per specifiche condizioni operative:
- Geometrie per finitura (F): presentano angoli di spoglia superiore molto positivi (15-25°) e rompitruciolo stretto; riducono le forze di taglio e producono finiture eccellenti, ma sono limitate a profondità di passata ridotte (0,5-2 mm) e avanzamenti contenuti (0,05-0,25 mm/giro).
- Geometrie medie (M): offrono un compromesso tra robustezza e capacità di taglio leggero; l’angolo di spoglia moderatamente positivo (8-15°) consente un range applicativo ampio con profondità da 1 a 4 mm e avanzamenti da 0,15 a 0,5 mm/giro.
- Geometrie per sgrossatura (R): caratterizzate da angoli di spoglia ridotti o neutri e rompitruciolo robusto; sopportano profondità di passata elevate (2-10 mm) e avanzamenti aggressivi (0,3-0,8 mm/giro) con eccellente resistenza meccanica.
- Geometrie per materiali difficili (SM, MM): sviluppate specificamente per acciai inossidabili e superleghe; combinano taglienti affilati con preparazione controllata per bilanciare riduzione delle forze e durata del tagliente.
- Geometrie universali (PM, PR): progettate per massima versatilità applicativa; rappresentano il compromesso ottimale per officine che lavorano materiali diversi con lotti variabili e non possono permettersi magazzini inserti estesi.
La selezione della geometria deve considerare non solo l’operazione primaria, ma anche la rigidità del sistema pezzo-utensile-macchina. Su torni poco rigidi o pezzi snelli, geometrie positive riducono le vibrazioni anche a costo di minor durata del tagliente.
Rivestimenti: Tipologie e Campi di Applicazione
Per migliorare le prestazioni dell’inserto, il metallo duro viene rivestito da uno strato costituito da nitruri di carburi e ossidi. Sebbene il suo spessore sia molto limitato (qualche micron), i vantaggi sono molteplici. Il rivestimento dell’inserto rappresenta un fattore determinante per la vita utensile e le prestazioni di taglio. I moderni processi di deposizione consentono di applicare strati multipli con proprietà complementari, ottimizzando resistenza all’usura, stabilità termica e coefficiente di attrito. Le principali tipologie di rivestimento includono:
- CVD (Chemical Vapor Deposition): processo ad alta temperatura (900-1050°C) che produce rivestimenti spessi (5-20 µm) con eccellente adesione. Gli strati tipici includono TiC, TiCN, Al₂O₃ e TiN in sequenze studiate per combinare durezza, inerzia chimica e basso attrito. I rivestimenti CVD eccellono nella lavorazione di acciai e ghise a velocità medio-alte. 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. In questo caso lo spessore è di circa 3-6 micron.
- PVD (Physical Vapor Deposition): processo a temperatura inferiore (400-600°C) che preserva la tenacità del substrato e consente rivestimenti su taglienti affilati. Gli strati tipici includono TiN, TiAlN, AlCrN con spessori contenuti (2-6 µm). I rivestimenti PVD risultano ideali per geometrie positive, materiali inossidabili e operazioni interrotte. Rispetto agli inserti con rivestimento CVD, i PVD sono generalmente più tenaci. 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.
- MT-CVD (Medium Temperature CVD): variante del processo CVD condotta a temperature intermedie che combina i vantaggi di entrambe le tecnologie. Produce strati di TiCN colonnare con eccellente resistenza all’usura sul fianco e buona tenacità.
La tabella seguente riassume le applicazioni tipiche dei principali rivestimenti:
| Rivestimento | Colore Tipico | Materiali Consigliati | Applicazione |
|---|---|---|---|
| TiN | Oro | Acciai, uso generale | Versatile, basso costo |
| TiCN | Grigio-viola | Acciai, ghise | Alta resistenza abrasione |
| Al₂O₃ | Nero | Acciai, ghise | Alta velocità, barriera termica |
| TiAlN | Viola scuro | Inox, superleghe | Alte temperature, secco |
| AlCrN | Grigio | Materiali difficili | Estrema durezza a caldo |
Errori Comuni nella Selezione degli Inserti
L’esperienza pratica evidenzia alcuni errori ricorrenti che compromettono le prestazioni e i costi di lavorazione. La consapevolezza di questi errori consente di evitarli sistematicamente.
- La selezione dell’inserto basata esclusivamente sul prezzo unitario rappresenta l’errore più diffuso e costoso. Un inserto economico che dura metà del tempo o richiede parametri ridotti genera costi per pezzo superiori rispetto a un inserto premium utilizzato correttamente. Il criterio corretto è il costo per tagliente effettivo, che considera vita utensile, produttività e qualità ottenibile.
- L’utilizzo di geometrie non adatte all’operazione causa problemi evitabili: inserti da sgrossatura impiegati in finitura producono superfici grossolane; inserti da finitura sottoposti a passate pesanti si scheggiano o si rompono. La corretta corrispondenza tra geometria e applicazione è fondamentale.
Barre di Alesatura e Portautensili
Se è vario e complesso il mondo degli inserti per la tornitura, non bisogna sottovalutare il fatto che, necessariamente, quello dei porta-inserti presenta lo stesso livello di varietà e numero di modelli, sia considerando quelli standard che tenendo conto dei porta-inserti su disegno. Fortunatamente tutti i porta-inserti sono classificati secondo un sistema di nomenclatura che segue i sistemi ISO e ANSI, e che fornisce una grande quantità di informazioni a chi sa decifrarlo.
Un set di utensili di tornitura da 7 pezzi può comprendere utensili per la tornitura longitudinale, la sfacciatura, la smussatura, la sgrossatura e l'alesatura interna. Tutti gli utensili di tornitura e la barra di alesatura di questo set sono forniti con lo stesso inserto indicizzabile ISO CCMT060204 (in metallo duro, rivestito in TIN). Per applicazioni speciali, questi inserti in metallo duro possono essere sostituiti da altri inserti adatti al materiale da lavorare. Questi inserti speciali indicizzabili sono disponibili nella nostra gamma. Gli inserti standard possono essere ordinati anche singolarmente o in un set di 10 pezzi. Il set è completato da un supporto per barra di alesaggio con dimensioni esterne di 9 x 9 mm che si adatta alla barra di alesaggio e da una chiave Torx necessaria per cambiare gli inserti.
I porta-inserti per utensili esterni sono identificati tramite un codice alfanumerico, ossia composto di lettere e numeri. La prima lettera del codice identificativo descrive il suo tipo di bloccaggio. La terza lettera del codice identificativo descrive l’angolo di attacco dell’utensile. La quinta lettera del codice identificativo, come la terza, ha una funzione utilissima: permette infatti di identificare in un istante quale sia la direzione dell’utensile per cui il porta-inserti è progettato. Nel sistema ISO, che è uno standard europeo, la stringa composta dai quattro numeri che occupano le posizioni dalla sei alla nove serve a descrivere le dimensioni dello stelo o gambo dell’utensile. Dopo le misure dello stelo, il codice esprime due altri dati essenziali relativi all’inserto da montare: ossia la lunghezza dello stelo e la dimensione del tagliente.
Esistono diverse barre di alesatura per tornitura interna, ognuna con specifiche caratteristiche, angolo di registrazione, sistema di bloccaggio e tipologia di inserti utilizzabili. Ad esempio, si trovano barre con angolo di registrazione di 75° (per inserti CN o SN), 95° (per inserti CN, DN, TN, VN, WC), 50° (per inserti CN o CC), 62,5° (per inserti VN o DC) e 93° (per inserti TN, DC, TC, VBMT/VBGT o VC). La scelta della barra dipende dall'applicazione specifica, dalla stabilità richiesta e dal tipo di inserto compatibile.