La selezione dell’inserto da tornitura rappresenta una delle decisioni più critiche nel processo di asportazione truciolo. Una scelta errata, al contrario, si traduce in usura prematura, vibrazioni, finiture scadenti e, nei casi peggiori, rotture che compromettono il pezzo e la sicurezza dell’operatore. Al contrario, un inserto correttamente scelto garantisce produttività elevata, finiture superficiali conformi alle specifiche, vita utensile ottimale e costi per pezzo contenuti. La scelta dell’inserto ideale per la lavorazione di tornitura è il primo passo per l’ottimizzazione del processo produttivo e si compie attraverso la valutazione di alcuni parametri di primaria importanza e di altri secondari, ma non per questo meno rilevanti.
Cosa Sono gli Inserti per Tornitura e Perché Sono Fondamentali
Per qualsiasi taglio di precisione serve lo strumento giusto, adeguato al tipo di lavorazione che andrai a fare: questo strumento è l’inserto e il portainserto. 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. Possono essere impiegati in due modalità principali:
- tornitura interna: gli inserti lavorano internamente ad un pezzo cavo.
- tornitura esterna: agiscono esternamente ad un pezzo.
In questo articolo vedremo quindi cosa sono, come funzionano e come scegliere l’inserto per tornitura corretto.
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.
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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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Prima Posizione: Forma dell’Inserto
La prima lettera del codice identifica la forma geometrica dell’inserto vista in pianta, ovvero la sagoma del perimetro. Questa caratteristica determina il numero di taglienti utilizzabili, la robustezza della punta e l’accessibilità nelle lavorazioni di profili complessi. Le forme più comuni includono:
- C: Rombo 80° (2 taglienti) - Versatile, buona robustezza
- D: Rombo 55° (2 taglienti) - Ottima accessibilità, copiatura
- R: Tondo (Continuo) - Massima versatilità di approccio
- S: Quadro (4 taglienti) - Economico, sgrossatura
- T: Triangolo (3 taglienti) - Buon compromesso costo/prestazioni
- V: Rombo 35° (2 taglienti) - Massima accessibilità, finiture
- W: Trigono 80° (3 taglienti) - Tre taglienti, buona robustezza
La scelta della forma dipende dall’angolo di registrazione del portautensile e dalla geometria del pezzo. Forme con angolo di punta acuto (V, D) offrono maggiore accessibilità per profili complessi ma minore robustezza; forme con angolo ottuso (C, W, S) garantiscono taglienti più resistenti ma limitano le possibilità di interpolazione. La figura, inoltre, identifica la forma dell’inserto ideale in funzione al profilo da eseguire.
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Seconda Posizione: Angolo di Spoglia Inferiore
La seconda lettera specifica l’angolo di spoglia inferiore (clearance angle), ovvero l’angolo formato dalla superficie di appoggio dell’inserto rispetto alla verticale. Questo parametro influenza la robustezza del tagliente e la compatibilità con i portautensili. Le designazioni principali sono:
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- N = 0° (neutro, inserto piano)
- A = 3°
- B = 5°
- C = 7°
- P = 11°
- O = Altre geometrie specifiche
Gli inserti con angolo di spoglia N (0°) sono i più diffusi per tornitura generale: la loro geometria neutra consente l’utilizzo su portautensili con diverse inclinazioni, offrendo flessibilità applicativa. Gli inserti con spoglia positiva incorporata (P, C) riducono le forze di taglio ma presentano taglienti meno robusti.
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Terza Posizione: Classe di Tolleranza
La terza lettera indica la classe di tolleranza dimensionale dell’inserto, che determina la precisione di posizionamento del tagliente e la ripetibilità nelle sostituzioni. Le classi principali per tornitura sono:
- M = Tolleranza media (±0,08-0,18 mm sul cerchio inscritto)
- G = Tolleranza stretta (±0,025-0,13 mm)
- C = Tolleranza di precisione (±0,013-0,025 mm)
- U = Tolleranza di alta precisione
Per operazioni di sgrossatura, la classe M risulta generalmente sufficiente e più economica. Le finiture di precisione e le lavorazioni con tolleranze strette richiedono inserti classe G o C, che garantiscono posizionamento ripetibile del tagliente e quote costanti anche dopo la sostituzione dell’inserto.
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Quarta Posizione: Caratteristiche Costruttive
La quarta lettera descrive le caratteristiche costruttive dell’inserto, in particolare la presenza e il tipo del foro di fissaggio e di eventuali rompitruciolo stampati. Le designazioni più comuni includono:
- A = Con foro cilindrico, senza rompitruciolo
- G = Con foro cilindrico e rompitruciolo su entrambe le facce
- M = Con foro cilindrico e rompitruciolo su una faccia
- N = Senza foro, senza rompitruciolo
- T = Con foro cilindrico, rompitruciolo su una faccia, svasatura conica
- W = Senza foro, con rompitruciolo su una faccia
La presenza del rompitruciolo risulta essenziale per controllare la forma del truciolo e prevenire la formazione di matasse che interferiscono con la lavorazione. Il foro centrale consente il fissaggio mediante vite o leva, mentre gli inserti senza foro richiedono sistemi di bloccaggio a staffa.
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Quinta e Sesta Posizione: Dimensioni dell’Inserto
Le posizioni 5 e 6 indicano le dimensioni principali dell’inserto attraverso un codice numerico a due cifre. Il tipo di lavorazione influisce anche sulla grandezza dell’inserto. Per inserti non tondi, il numero rappresenta la lunghezza del lato in millimetri. Ad esempio:
- 09 = lato 9,525 mm
- 12 = lato 12,7 mm
- 16 = lato 16 mm
- 19 = lato 19,05 mm
- 25 = lato 25,4 mm
Per inserti tondi (forma R), il numero indica il diametro in millimetri. La dimensione dell’inserto determina la robustezza strutturale, il numero di passate possibili prima del cambio tagliente e la capacità di assorbire vibrazioni. Inserti più grandi offrono maggiore stabilità ma richiedono portautensili proporzionati e generano forze di taglio superiori.
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Settima e Ottava Posizione: Spessore dell’Inserto
Le posizioni 7 e 8 specificano lo spessore dell’inserto in millimetri, sempre con codice a due cifre:
- 03 = spessore 3,18 mm
- 04 = spessore 4,76 mm
- 05 = spessore 5,56 mm
- 06 = spessore 6,35 mm
- 09 = spessore 9,52 mm
Lo spessore influisce sulla rigidità dell’inserto e sulla sua capacità di resistere alle sollecitazioni di taglio. Per sgrossature pesanti con elevate profondità di passata, spessori maggiori garantiscono stabilità e prevengono rotture.
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Nona e Decima Posizione: Raggio di Punta
Le ultime posizioni del codice obbligatorio indicano il raggio di punta (nose radius) dell’inserto, parametro fondamentale che influenza finitura superficiale, robustezza del tagliente e avanzamento massimo applicabile. Altro fattore importante da valutare, spesso poco considerato, è il raggio di punta del tagliente. Il codice esprime il raggio in decimi di millimetro:
- 04 = raggio 0,4 mm
- 08 = raggio 0,8 mm
- 12 = raggio 1,2 mm
- 16 = raggio 1,6 mm
- 24 = raggio 2,4 mm
La regola generale stabilisce che raggi di punta maggiori producono finiture superficiali migliori a parità di avanzamento, ma richiedono maggiore potenza e generano vibrazioni su pezzi poco rigidi. Raggi piccoli consentono lavorazioni di dettaglio e profili con raccordi stretti, ma limitano l’avanzamento massimo e producono finiture più grossolane.
Come scegliere un’inserto/utensile per tornio in base al materiale (parte 2)
Esempio di Decodifica Completa: CNMG 120408-PM
L’analisi di un codice reale chiarisce l’applicazione pratica del sistema ISO. Consideriamo l’inserto CNMG 120408-PM:
| Posizione | Codice | Significato |
|---|---|---|
| 1 | C | Forma rombo 80° |
| 2 | N | Angolo di spoglia 0° (neutro) |
| 3 | M | Tolleranza media |
| 4 | G | Con foro, rompitruciolo su entrambe le facce |
| 5-6 | 12 | Lato 12,7 mm |
| 7-8 | 04 | Spessore 4,76 mm |
| 9-10 | 08 | Raggio di punta 0,8 mm |
| Suffisso | PM | Geometria rompitruciolo (specifica produttore) |
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.
Criteri di Selezione Essenziali per gli Inserti
Selezione in Base al Materiale da Lavorare: I Gruppi ISO
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: Controllo del Truciolo 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. In particolare, la robustezza del tagliente e il raggio di punta grande consentono profondità di taglio e avanzamenti elevati.
- 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 degli Inserti: Proprietà e Vantaggi
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:
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CVD (Chemical Vapor Deposition)
Processo ad alta temperatura (900-1050°C) che produce rivestimenti spessi (5-20 µm) con eccellente adesione. 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. 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.
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PVD (Physical Vapor Deposition)
Processo a temperatura inferiore (400-600°C) che preserva la tenacità del substrato e consente rivestimenti su taglienti affilati. In questo caso lo spessore è di circa 3-6 micron. Il rivestimento è in nitruri di Titanio e Alluminio (TiAlN) e viene applicato a circa 500 °C. 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. 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. Questo tipo di processo è di solito usato per la fresatura, ma anche per la tornitura, soprattutto in lavorazioni con più taglienti in contemporanea dove aumenta il tempo di raffreddamento ed è sufficiente quindi un rivestimento a basso spessore.
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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 | Materiali | 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.