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 di tornitura sono elementi intercambiabili montati sugli utensili di tornitura, responsabili del vero e proprio processo di asportazione del truciolo. Grazie alla loro struttura e ai materiali impiegati, sono in grado di sopportare carichi elevati e le alte temperature generate durante la lavorazione. Gli inserti di tornitura assicurano una lavorazione precisa e prolungano la vita utile degli utensili di tornitura.
Gli inserti offrono un vantaggio importante rispetto ad altri utensili di asportazione truciolo: quando un tagliente è usurato, viene semplicemente girato l’inserto per usare un tagliente ancora non utilizzato; non occorre riaffilare.
Durante il processo di tornitura il pezzo compie un moto rotatorio mentre l’utensile, avanza secondo un moto per lo più rettilineo. Gli inserti sono utilizzati in tutte le lavorazioni meccaniche.
- tornitura interna: gli inserti lavorano internamente ad un pezzo cavo.
- tornitura esterna: agiscono esternamente ad un pezzo.
Standardizzazione Internazionale degli Inserti: Il Codice ISO
Per evitare decisioni errate, gli inserti sono standardizzati secondo una norma internazionale. La norma ISO indica grandezza, forma, fissaggio, tipo di materiale e rivestimento.
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Il codice ISO può contenere fino a dodici cifre. Solo le prime sette posizioni però contengono informazioni obbligatorie. Le posizioni 8 e 9 riguardano informazioni facoltative che vengono utilizzate a seconda delle necessità. Le sette posizioni obbligatorie descrivono la forma dell’inserto o l’angolo di spoglia inferiore e altre caratteristiche essenziali dell’inserto. I caratteri hanno lettere di codice individuali e numeri che identificano chiaramente un inserto.
Le informazioni del produttore vengono aggiunte dopo un trattino e contengono, a seconda dell’azienda, la larghezza dello smusso, l’angolo dello smusso, il materiale da taglio o la forma del canalino formatruciolo. Il codice ISO è composto da 9 simboli, ma la posizione 8 e/o 9 vengono usate solo in caso di necessità.
Come Scegliere l’Inserto per Tornitura Corretto
Esistono molti parametri da considerare nella scelta di un inserto di tornitura. Che tipo di tagliente usare nello specifico dipende dal tipo di produzione, dal materiale da lavorare e dalla sua durezza.
Geometria dell'Inserto
Selezionare la geometria dell'inserto in base all'operazione selezionata. Le geometrie per la tornitura possono essere suddivise in tre tipi di base ottimizzati, rispettivamente, per le operazioni di finitura, lavorazione media e sgrossatura.
- Sgrossatura: Per la sgrossatura si raccomanda una combinazione di grande profondità di taglio ed elevata velocità di avanzamento. Le lavorazioni di sgrossatura pertanto costituiscono una notevole sfida per quanto riguarda la sicurezza del tagliente. Queste operazioni sono caratterizzate da combinazioni di profondità di taglio e avanzamento elevate.
- Media: Riguarda operazioni di sgrossatura medio-leggera.
- Finitura: Comprende operazioni con profondità di taglio ridotte e basse velocità di avanzamento.
La geometria raschiante -WMX è la scelta prioritaria e rappresenta un buon punto di partenza per la maggior parte delle applicazioni. Per migliorare il controllo truciolo a valori inferiori di fn/ap, si può optare per -WF. -WMX è sempre la scelta prioritaria nell'ampio campo di applicazione dei materiali che generano trucioli. Quando è necessario un filo tagliente più robusto, ad esempio, si usa -WR.
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Forma e Grandezza dell'Inserto
La forma dell'inserto dovrebbe essere selezionata considerando l'accessibilità dell'angolo di registrazione richiesta dall'utensile. Per ottimizzare la resistenza e l'affidabilità dell'inserto, è opportuno selezionare il massimo angolo di punta possibile.
Un grande angolo di punta è stabile, richiede una maggiore potenza della macchina, d’altro canto però è adatto anche per elevati avanzamenti. In questo modo sono possibili elevate forze di taglio, ma aumenta anche 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.
È importante scegliere la grandezza dell’inserto in base al tipo di lavorazione e allo spazio disponibile per l’utensile durante la lavorazione. Una dimensione d'inserto più grande offre una maggiore stabilità. Per lavorazioni pesanti, ad esempio, la grandezza di solito supera IC 25 mm (1 pollice). Per la finitura invece spesso è sufficiente una grandezza minore. Per la scelta, prima occorre determinare la massima profondità di taglio, in seguito la lunghezza di taglio necessaria, tenendo conto dell’angolo di registrazione del portainserti.
Raggio di Punta (RE)
Il raggio di punta (RE) è un fattore di grande importanza nelle operazioni di tornitura. Sono disponibili inserti con raggi di punta di diverse misure. La scelta del raggio di punta dipende dalla profondità di taglio e dall’avanzamento e influenza la qualità della superficie, il controllo truciolo e la stabilità dell’inserto. Il raggio di punta pertanto è un fattore estremamente importante per le lavorazioni di tornitura.
Un raggio di punta piccolo è ideale per basse profondità di taglio, riduce le vibrazioni e assicura un buon controllo truciolo. Il tagliente però risulta meno stabile rispetto a un inserto con un raggio di punta grande che consente un elevato avanzamento combinato con un’elevata sicurezza del tagliente. Con un raggio di punta grande però spesso le forze radiali sono maggiori. Questo può comportare un effetto di taglio ridotto con il risultato di una scarsa qualità della superficie. La relazione tra il raggio di punta e la profondità di taglio incide sulla tendenza alle vibrazioni.
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Angolo di Registrazione (KAPR)
L'angolo di registrazione (KAPR) o angolo di attacco (PISR) è l’angolo compreso tra il tagliente e la direzione di avanzamento. È importante scegliere il giusto angolo di registrazione/attacco per garantire il successo di un'operazione di tornitura. Determina la formazione truciolo, la direzione delle forze di taglio e la profondità di taglio.
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 causa una tendenza all’usura.
L’angolo minore 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. Le forze assiali sono preferibili rispetto a quelle radiali.
Un inserto negativo ha un angolo di 90° (angolo di spoglia inferiore di 0°), mentre un inserto positivo ha un angolo inferiore a 90° (ad es. angolo di spoglia inferiore di 7°). L'illustrazione dell'inserto negativo mostra il modo in cui l'inserto è montato e inclinato nell'attacco.
Angoli di Tornitura
Materiale e Rivestimento dell'Inserto
In principio il materiale dell’inserto deve essere duro e resistente a deformazioni, allo stesso tempo però 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. Ci sono inserti in metallo duro, ceramica, nitruro di boro e con riporto in diamante. Geometria e qualità dell'inserto si complementano a vicenda.
Qualità Senza Rivestimento
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. In questi casi, l’usura è maggiore rispetto alle qualità di metallo duro rivestite.
Inserti Rivestiti: CVD e PVD
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.
Rivestimento CVD (Chemical Vapour Deposition)
CVD significa deposizione chimica da vapore (Chemical Vapour Deposition). Il rivestimento CVD viene ottenuto tramite reazioni chimiche a temperature fra 700 e 1050 gradi. 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.
Le qualità di metallo duro con rivestimento CVD sono la scelta preferenziale quando la gamma di applicazioni è ampia e la resistenza all’usura è fondamentale. Tali qualità trovano applicazione nella tornitura generale e nella foratura di acciaio dove i rivestimenti CVD con il loro grande spessore sono resistenti all’usura a intaglio. Vengono anche usate nella tornitura di acciai inossidabili e di qualità di metallo duro ISO P, ISO M e ISO K.
Rivestimento PVD (Physical Vapour Deposition)
Le qualità di metallo duro con rivestimento PVD, ottenuto mediante deposizione fisica da vapore (Physical Vapour Deposition = PVD), grazie ai loro taglienti tenaci ma ugualmente vivi vengono consigliate anche per materiali adesivi. Il rivestimento è in nitruri di Titanio e Alluminio (TiAlN) e viene applicato a circa 500 °C. In questo caso lo spessore è di circa 3-6 micron. 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.
La gamma di applicazioni è molto ampia e comprende tutte le frese e le punte in metallo duro integrale e la maggior parte delle qualità di metallo duro per scanalatura, filettatura e fresatura. 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.
Confronto tra Rivestimenti CVD e PVD
| Caratteristica | CVD (Chemical Vapour Deposition) | PVD (Physical Vapour Deposition) |
|---|---|---|
| Temperatura di Processo | 700 - 1050 °C | Circa 500 °C |
| Spessore Rivestimento | Generalmente più spesso | Più sottile (circa 3-6 micron) |
| Tenacità del Tagliente | Minore, più fragile | Maggiore, più tenace |
| Resistenza all'Usura | Molto alta, ideale per ampia gamma di applicazioni e resistenza all'usura a intaglio | Buona, ideale per materiali adesivi e tagli vivi |
| Applicazioni Principali | Tornitura generale, foratura acciaio, acciai inossidabili | Fresatura, punte integrali, scanalatura, filettatura, materiali adesivi |