Inserti per Tornitura del Titanio: Una Guida Approfondita per Lavorazioni di Precisione

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. In questo articolo vedremo quindi cosa sono, come funzionano e come scegliere l’inserto per tornitura corretto. 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 diverse tipologie di tornitura, a seconda dell'area di lavoro:

• tornitura interna: gli inserti lavorano internamente ad un pezzo cavo.
• tornitura esterna: agiscono esternamente ad un pezzo.

Comprendere il Titanio: Caratteristiche e Leghe

Il primo passo per eccellere nella lavorazione del titanio consiste nel conoscere a fondo le caratteristiche di questo materiale. Il titanio presenta un peso specifico inferiore del 40% circa rispetto a quello dell’acciaio e superiore di quasi il 70% rispetto a quello dell’alluminio. Ancora più importanti, in particolare nel campo della tecnologia medica, sono la resistenza alla corrosione e la biocompatibilità.

Il titanio si distingue per l’elevata resistenza a numerosi acidi ossidanti. In tal senso, presenta una resistenza simile a quella dell‘alluminio. Va inoltre considerato che esistono oltre 19 gradi di titanio, ciascuno con proprietà differenti. Il più comune è il Grado 5 (Ti-6Al-4V), ampiamente impiegato nei settori aerospaziale e medicale. Un esempio pratico è fornito da chi opera nel settore: "Io lavoro nel settore medicale e lavoro soprattutto titanio °5."

Tipi di Leghe di Titanio

Le leghe di titanio sono classificate in base alla loro struttura cristallina e agli elementi di lega stabilizzanti presenti. Le principali categorie includono:

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1. Leghe di titanio α (Alfa)

   Si formano a partire da un elevato tenore di elementi di lega α stabilizzanti, come alluminio o stagno. Esse presentano un reticolo cristallino esagonale che consente alla lega di preservare la propria resistenza alle temperature elevate e allo stesso tempo offrire un’alta resistenza alla corrosione. Le leghe di titanio α sono più adatte alla saldatura che alla lavorazione meccanica.

2. Leghe di titanio β (Beta)

   La formazione di leghe di titanio β è determinata da un’alta concentrazione di β stabilizzanti (come vanadio, molibdeno, silicio o rame). A temperatura ambiente presentano un reticolo cubico a corpo centrato. Se temprate, le leghe di titanio β raggiungono un alto grado di tenacità e una buona resistenza alla corrosione. Si prestano poco alla saldatura, ma permettono una migliore truciolabilità.

3. Leghe di titanio α+β (Alfa-Beta)

   Queste leghe contengono uno o più elementi di lega α stabilizzanti e almeno un elemento β stabilizzante. L’indurimento delle leghe di titanio α e β si ottiene con trattamento termico e successivo invecchiamento. Le proprietà dipendono dagli elementi di lega, dalla temperatura di riscaldo e dalla velocità di raffreddamento.

Le Sfide della Lavorazione del Titanio e l'Importanza degli Inserti Rivestiti

La lavorazione del titanio presenta delle peculiarità significative che la rendono complessa. Poiché il titanio ha una bassa conducibilità termica, durante la sua lavorazione il calore non viene dissipato in modo ottimale, ma tende ad accumularsi proprio sulla zona dei taglienti dell’utensile. Questa condizione rende cruciale la scelta di inserti appropriati.

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. Questa qualità in metallo duro con rivestimento PVD offre una buona sicurezza del filo tagliente ed un’eccellente resistenza nella lavorazione di materiali con tendenza all’incollamento o che creano un tagliente di riporto sull’inserto. Il rivestimento è in nitruri di Titanio e Alluminio (TiAlN) e viene applicato a circa 500 °C. Rispetto agli inserti con rivestimento CVD, i PVD sono generalmente più tenaci.

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Processi di Rivestimento degli Inserti: PVD e CVD

I rivestimenti degli inserti sono applicati attraverso processi specifici che ne determinano le proprietà e l'applicazione ideale:

Nel processo PVD (Physical Vapor Deposition), gli step principali sono:

• 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.

Per i rivestimenti CVD (Chemical Vapor Deposition), il processo è il seguente:

• 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.

Qualità Specifiche di Inserti per Titanio e Superleghe Termoresistenti (HRSA)

Le difficili condizioni di lavorazione mettono a dura prova le qualità d’inserto per la tornitura di superleghe resistenti al calore (HRSA) e titanio. La nostra gamma di qualità per titanio e HRSA comprende qualità in metallo duro con rivestimento CVD e PVD, qualità in ceramica e nitruro di boro cubico (CBN) per varie condizioni di lavorazione. Il motore aerospaziale, ad esempio, comprende vari componenti in titanio e HRSA, richiedendo inserti altamente performanti. La testa a tulipano delle viti peduncolari viene prodotta a partire da una barra di titanio o acciaio inossidabile.

Esempi di Qualità di Inserti Specifici

Diversi produttori offrono qualità di inserti ottimizzate per la lavorazione di titanio e materiali simili:

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• H13A (per il titanio): Qualità di metallo duro non rivestita che abbina buona resistenza all'usura per abrasione e tenacità, per operazioni che vanno dalla tornitura media alla sgrossatura delle leghe di titanio.
• GC1205: Qualità in metallo duro con rivestimento PVD con una buona adesione e resistenza all'usura sul fianco. La combinazione tra substrato duro e rivestimento consente di aumentare in modo significativo la velocità di taglio.
• GC1210: Questa qualità, insieme alla GC1205, è stata sviluppata più di recente per la lavorazione di superleghe HRSA a base di nichel.
• CC6160: La ceramica a base Sialon, studiata per ottimizzare le prestazioni nei materiali a base di nichel in condizioni relativamente stabili, offre elevata sicurezza ed usura predeterminabile grazie all'elevata resistenza all'usura ad intaglio.
• CC6065, CC6220, CC6230: Sono nuove qualità in ceramica concepite per operazioni ad alta velocità, in particolare per la fase intermedia di lavorazione delle superleghe HRSA, come le leghe di nichel ottimizzate per alte temperature.

Consigli Pratici e Parametri di Lavorazione del Titanio

Nella lavorazione del titanio, la scelta dei parametri operativi è fondamentale per ottenere risultati ottimali e prolungare la vita dell'utensile. Anche la velocità di taglio è un fattore determinante. Lavorare il titanio a velocità troppo elevate porta a un rapido innalzamento della temperatura e a una drastica riduzione della vita utile dell’utensile. Le regole di base suggeriscono che "tagliente dell'utensile il più vivo possibile. deve assolutamente tagliare."

Per quanto riguarda gli avanzamenti, è importante considerare che "questi parametri sono da riferirsi a placchette con raggio di .4/ .8 o superiore, di solito non si dovrebbe mai superare come avanzamento sul giro la metà del raggio della placchetta..." È un dato di fatto che "I parametri sono strettamente legati al tipo di fresatrice... comunque.. .. Fai prove su prove. E' tutto variabile da caso a caso. Entrano in ballo materiale, macchina, percorso utensile, refrigerazione ecc." L'importanza dell'esperienza nel settore non si può sottovalutare, come evidenziato da: "L'esperienza non si paga e non si impara. Dico cio' per esperienza."

La manutenzione è anch'essa cruciale per l'efficienza e la durata degli utensili: "Stabilendo una routine di manutenzione degli utensili in officina è possibile prevenire i problemi e risparmiare denaro."

Esperienze e Scelte di Utensili Specifici

Le esperienze dirette degli operatori offrono preziosi spunti sulla scelta degli inserti:

• Alcuni affermano: "Sono quanto di meglio abbia mai usato, meglio di quelli a placchetta e di quelli convenzionali. Gli "inserti", usati hobbysticamente durano anni e anni e anni." Esistono versioni "di HSS-Co e di Widia."
• Un'esperienza positiva è riportata con: "Io mi trovo benissimo con Coroturn 107 positivi con denominazione VCET -UM oppure DCET -UM grado 1025." Per la finitura, questi inserti sono considerati tra i migliori: "Per la finitura (anche unica passata senza sgrossare, dipende un po' dalla situazione) sono di gran lunga i migliori che abbia mai provato. Non fanno bave, finiscono bene, durano molto anche sull'esagono e sono sempre precisi ad ogni rimontaggio."
• Altri trovano validi anche: "In finitura mi trovo bene anche con i Sumitomo affilati con il tagliente vivo, tipo DCGT 11T302 R-FX grado ACZ310. Anche Kyocera ne fa di buoni con la stessa affilatura."

Un aspetto importante per la finitura superficiale è che: "Quando in un disegno viene indicata Ra 0,8 significa che la superficie deve essere "uniformemente" lucida, non semplicemente che la misura fatta col rugosimetro sia conforme."

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