La tornitura è una delle lavorazioni meccaniche più antiche e fondamentali, indispensabile nelle officine in cui si lavorano i materiali grezzi. Utilizzando uno strumento noto come tornio, si dà una forma particolare a un blocco di materiale. Per ottenere risultati di precisione e qualità, è essenziale l'uso di utensili da taglio adeguati, tra cui spiccano gli inserti per tornitura.
Gli inserti per tornitura sono strumenti da taglio di precisione impiegati nelle lavorazioni meccaniche. Offrono un vantaggio importante rispetto ad altri utensili: quando un tagliente è usurato, l'inserto viene semplicemente girato per usare un tagliente ancora non utilizzato, eliminando la necessità di riaffilare. Questa caratteristica rende gli utensili con inserti indicizzabili estremamente versatili, permettendo di sostituire rapidamente e facilmente i taglienti usurati e di montare l'inserto più adatto a seconda del materiale da lavorare.
Caratteristiche Fondamentali degli Inserti per Tornitura
Gli inserti per tornitura sono progettati per lavorazioni meccaniche di precisione e la loro composizione garantisce un'alta qualità della lavorazione. L'uso di taglienti in materiale duro, solitamente carburo di tungsteno, permette di operare su acciaio, ghisa e altri metalli. Tuttavia, l'usura e le alte temperature possono minare l'efficienza di questi inserti.
Quando si lavora con materiali molto duri, c'è bisogno di un inserto composto con materiali specifici, come carburo di tungsteno, ceramiche o CBN (nitruro di boro cubico). In principio, il materiale dell’inserto deve essere duro e resistente a deformazioni, allo stesso tempo però il più tenace possibile, pertanto non fragile; non deve reagire con il materiale da lavorare e in generale deve essere chimicamente stabile, ovvero resistente a sollecitazioni termiche improvvise, a ossidazione e diffusione. Esistono inserti in metallo duro, ceramica, nitruro di boro e con riporto in diamante.
Utensili da Interni ed Esterni
La scelta dell'inserto dipende anche dal tipo di lavorazione (interna o esterna):
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- Gli utensili da tornitura per esterni sono generalmente più corti e non ridotti verso l’inserto.
- Gli utensili da tornitura per interni sono più lunghi e rastremati in modo da consentire l’inserimento nei fori. Negli utensili da tornitura per interno è sempre indicato il diametro minimo di lavoro ossia il foro minimo di accesso.
Criteri di Selezione degli Inserti per Tornitura
La scelta degli inserti per tornitura è un'operazione delicata e rappresenta una delle decisioni più critiche nel processo di asportazione truciolo. Da quest'attività dipende la qualità del risultato finale. Un inserto correttamente scelto garantisce produttività elevata, finiture superficiali conformi alle specifiche, vita utensile ottimale e costi per pezzo contenuti.
Esistono molti parametri da considerare nella scelta di un inserto di tornitura. Ecco i principali fattori da valutare:
Forma dell’Inserto
Ogni lavorazione di tornitura richiede un inserto con una forma ben precisa. La forma geometrica dell’inserto, vista in pianta, determina il numero di taglienti utilizzabili, la robustezza della punta e l’accessibilità nelle lavorazioni di profili complessi. 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.
Inserti Positivi o Negativi
Una delle distinzioni fondamentali riguarda l'angolo di spoglia:
- Gli inserti per tornitura negativi hanno un tagliente meno affilato, ossia un angolo di spoglia inferiore a 0° (o 90° nell'illustrazione di montaggio). Sono molto più robusti e idonei per acciai con durezze elevate. Sono raccomandati per lavorazioni in esterno, per sgrossatura, taglio interrotto (es. tornitura di saldature) e finiture meno accurate.
- Gli inserti per tornitura positivi hanno un tagliente più affilato con un angolo di spoglia intorno ai 7° (o inferiore a 90° nell'illustrazione). Sono meno resistenti, ma raccomandati sia per lavorazioni da interni che da esterni con impegni leggeri. Sono ideali per lavorazioni di finitura, taglio continuo, basse asportazioni, finiture molto accurate di acciai dolci, leghe leggere e plastiche.
Raggio di Punta (RE)
Il raggio di punta è un fattore di grande importanza nelle operazioni di tornitura e ne influenza la finitura superficiale, la robustezza del tagliente e l'avanzamento massimo applicabile. Gli inserti sono fornibili in diversi raggi di contatto, i più diffusi sono 0.4-0.8-1.2. La scelta del raggio di punta dipende dalla profondità di taglio e dall’avanzamento:
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- Un raggio di punta grande rende l’inserto più robusto, ma richiede più potenza per la lavorazione e può aumentare le vibrazioni. Consente un elevato avanzamento combinato con un’elevata sicurezza del tagliente.
- Un raggio di punta piccolo è ideale per basse profondità di taglio, riduce le vibrazioni e assicura un buon controllo truciolo. Tuttavia, il tagliente risulta meno stabile e il rischio di rottura è maggiore.
La relazione tra il raggio di punta e la profondità di taglio incide sulla tendenza alle vibrazioni. In generale, raggi di punta maggiori producono finiture superficiali migliori a parità di avanzamento, ma possono generare 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.
Grandezza dell'Inserto
La grandezza dell’inserto deve essere scelta in base al tipo di lavorazione e allo spazio disponibile per l’utensile. Un inserto di grandezza maggiore offre una maggiore stabilità. Per lavorazioni pesanti, ad esempio, la grandezza di solito supera IC 25 mm. Per la finitura, invece, spesso è sufficiente una grandezza minore. Per scegliere, occorre determinare la massima profondità di taglio e la lunghezza di taglio necessaria, tenendo conto dell’angolo di registrazione del portainserti.
Angolo di Registrazione (KAPR) o Angolo di Attacco (PISR)
L’angolo di registrazione è l’angolo compreso tra il tagliente e la direzione di avanzamento. Determina la formazione del truciolo, la direzione delle forze di taglio e la profondità di taglio. È importante scegliere il giusto angolo di registrazione/attacco per garantire il successo di un'operazione di tornitura.
- Un grande angolo di registrazione indirizza le forze nella direzione del mandrino diminuendo la tendenza alle vibrazioni. Consente la rotazione della spalla ed è caratterizzato da maggiori forze di taglio all’ingresso e all’uscita dell’utensile. Con materiali HRSA (heat resistant super alloys) e materiali cementati un grande angolo di registrazione può causare una tendenza all’usura.
- Un minore angolo di registrazione aumenta la tendenza alle vibrazioni, perché le forze radiali maggiori vengono indirizzate verso il componente. Allo stesso tempo, tuttavia, il tagliente è sottoposto a sollecitazioni ridotte, i trucioli prodotti sono sottili tanto da consentire maggiori avanzamenti e l’usura a intaglio diminuisce.
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.
Grado degli Inserti
Il grado indica il materiale con cui è composto l'inserto (una miscela di polveri di metallo duro) e il grado di bilanciamento tra la resistenza agli urti, al calore e all’usura.
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Il Sistema di Codifica ISO per Inserti da Tornitura
La maggior parte dei produttori di utensili per tornitura propone prodotti standardizzati seguendo i sistemi di identificazione ISO o ANSI. 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 è una competenza operativa essenziale per ottimizzare i processi di lavorazione.
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. 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).
Decodifica Completa del Codice ISO: Posizione per Posizione
Prima Posizione: Forma dell’Inserto
La prima lettera identifica la forma geometrica dell’inserto vista in pianta. Questa caratteristica determina il numero di taglienti utilizzabili e la robustezza.
| Lettera | Forma | Angolo di punta | Taglienti | Caratteristiche |
|---|---|---|---|---|
| C | Rombo 80° | 80° | 2 | Versatile, buona robustezza |
| D | Rombo 55° | 55° | 2 | Ottima accessibilità, copiatura |
| R | Tondo | - | Continuo | Massima versatilità di approccio |
| S | Quadro | 90° | 4 | Economico, sgrossatura |
| T | Triangolo | 60° | 3 | Buon compromesso costo/prestazioni |
| V | Rombo 35° | 35° | 2 | Massima accessibilità, finiture |
| W | Trigono 80° | 80° | 3 | Tre taglienti, buona robustezza |
Seconda Posizione: Angolo di Spoglia Inferiore
Questa lettera specifica l’angolo di spoglia inferiore, influenzando la robustezza del tagliente e la compatibilità con i portautensili.
- 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. Gli inserti con spoglia positiva incorporata (P, C) riducono le forze di taglio ma presentano taglienti meno robusti.
Terza Posizione: Classe di Tolleranza
La terza lettera indica la precisione di posizionamento del tagliente e la ripetibilità nelle sostituzioni.
- 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 è sufficiente. Finiture di precisione richiedono inserti classe G o C.
Quarta Posizione: Caratteristiche Costruttive
Questa lettera descrive la presenza e il tipo del foro di fissaggio e di eventuali rompitruciolo stampati.
- 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 è essenziale per controllare la forma del truciolo. Il foro centrale consente il fissaggio mediante vite o leva.
Quinta e Sesta Posizione: Dimensioni dell’Inserto
Queste posizioni indicano le dimensioni principali dell’inserto con un codice numerico a due cifre.
- Per inserti non tondi, il numero rappresenta la lunghezza del lato in millimetri (es. 12 = lato 12,7 mm).
- Per inserti tondi (forma R), il numero indica il diametro in millimetri.
La dimensione dell’inserto determina la robustezza strutturale e la capacità di assorbire vibrazioni.
Settima e Ottava Posizione: Spessore dell’Inserto
Queste posizioni specificano lo spessore dell’inserto in millimetri, sempre con codice a due cifre (es. 04 = spessore 4,76 mm). Lo spessore influisce sulla rigidità dell’inserto e sulla sua capacità di resistere alle sollecitazioni di taglio.
Nona e Decima Posizione: Raggio di Punta
Le ultime posizioni del codice obbligatorio indicano il raggio di punta dell’inserto. Il codice esprime il raggio in decimi di millimetro (es. 08 = raggio 0,8 mm).
Corso di tornitura: nomenclatura ISO inserti - Parte 1
Esempio di Decodifica Completa: 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 è 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 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. Richiedono inserti con rompitruciolo efficace.
- Gruppo M (giallo) - Acciai inossidabili: Include acciai inossidabili austenitici e duplex. Richiedono taglienti affilati e geometrie positive.
- Gruppo K (rosso) - Ghise: Raggruppa ghise grigie, ghise sferoidali e ghise malleabili. Richiedono inserti con buona resistenza all’abrasione.
- Gruppo N (verde) - Materiali non ferrosi: Comprende alluminio, rame, ottone e leghe leggere. Richiedono geometrie molto positive, taglienti affilati e spesso inserti non rivestiti.
- Gruppo S (arancione) - Superleghe: Include leghe a base nichel, cobalto e titanio. L’estrema difficoltà di lavorazione richiede geometrie positive e substrati tenaci.
- Gruppo H (grigio) - Acciai temprati: Comprende acciai con durezza superiore a 45 HRC. La lavorazione richiede substrati duri come CBN o ceramica.
Geometrie del Rompitruciolo: Classificazione e Applicazioni
Il rompitruciolo (chipbreaker) è un elemento critico dell’inserto che determina la forma del truciolo, le forze di taglio e il campo di applicazione. Uno stesso rompitruciolo può essere idoneo a più lavorazioni. 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 e rompitruciolo stretto; riducono le forze di taglio e producono finiture eccellenti, limitate a profondità di passata ridotte.
- Geometrie medie (M): Offrono un compromesso tra robustezza e capacità di taglio leggero; l’angolo di spoglia moderatamente positivo consente un range applicativo ampio.
- Geometrie per sgrossatura (R): Caratterizzate da angoli di spoglia ridotti o neutri e rompitruciolo robusto; sopportano profondità di passata elevate e avanzamenti aggressivi con eccellente resistenza meccanica.
- Geometrie per materiali difficili (SM, MM): Sviluppate specificamente per acciai inossidabili e superleghe; combinano taglienti affilati con preparazione controllata.
- Geometrie universali (PM, PR): Progettate per massima versatilità applicativa; rappresentano il compromesso ottimale per officine che lavorano materiali diversi.
La selezione della geometria deve considerare non solo l’operazione primaria, ma anche la rigidità del sistema pezzo-utensile-macchina.
Rivestimenti: Tipologie e Campi di Applicazione
Il rivestimento dell’inserto è 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.
- CVD (Chemical Vapor Deposition): Processo ad alta temperatura che produce rivestimenti spessi con eccellente adesione. Gli strati tipici includono TiC, TiCN, Al₂O₃ e TiN. Eccellono nella lavorazione di acciai e ghise a velocità medio-alte.
- PVD (Physical Vapor Deposition): Processo a temperatura inferiore che preserva la tenacità del substrato e consente rivestimenti su taglienti affilati. Gli strati tipici includono TiN, TiAlN, AlCrN. Risultano ideali per geometrie positive, materiali inossidabili e operazioni interrotte.
- MT-CVD (Medium Temperature CVD): Variante del processo CVD a temperature intermedie, combina i vantaggi di entrambe le tecnologie, producendo strati di TiCN colonnare con eccellente resistenza all’usura sul fianco e buona tenacità.
| 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 |
Le applicazioni tipiche delle qualità di metallo duro senza rivestimento sono la lavorazione di superleghe resistenti al calore (HRSA) o di leghe di titanio e la tornitura di materiali temprati a bassa velocità, dove l'usura è maggiore rispetto alle qualità rivestite.
Operazioni Specifiche: Sgrossatura e Finitura
Il tipo di lavorazione influisce anche sulla grandezza dell’inserto e sulla scelta dei parametri:
- Sgrossatura: Richiede robustezza del tagliente e un raggio di punta grande per consentire profondità di taglio e avanzamenti elevati. Si raccomanda una combinazione di grande profondità di taglio ed elevata velocità di avanzamento. Le lavorazioni di sgrossatura costituiscono una notevole sfida per la sicurezza del tagliente.
- Finitura: Richiede profondità di taglio ridotte e basse velocità di avanzamento, con un raggio di punta piccolo per una finitura precisa.
Un grande angolo di punta è stabile, richiede una maggiore potenza della macchina, d’altro canto però è adatto anche per elevati avanzamenti, permettendo elevate forze di taglio, ma aumentando la tendenza a vibrare. Con un angolo di punta piccolo il tagliente è meno stabile e la profondità di taglio è minore, di conseguenza aumenta la sensibilità al calore.
Errori Comuni nella Selezione degli Inserti
L’esperienza pratica evidenzia alcuni errori ricorrenti che compromettono le prestazioni e i costi di lavorazione. La selezione dell’inserto basata esclusivamente sul prezzo unitario è 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.
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