La tornitura è una lavorazione meccanica che produce, attraverso un utensile, forme cilindriche e rotonde. L’utensile ed il pezzo lavorano a contatto ed il pezzo è in rotazione mentre l’utensile è in movimento. Il movimento dell’utensile avviene lungo l’asse del pezzo che ruota ed in questo modo il diametro del pezzo viene ridotto ad ogni passata dell’utensile.
Un altro movimento che l’utensile può eseguire è lo spostamento verso il centro del pezzo: questa operazione viene detta intestazione o spianatura. Tutti gli altri tipi di movimento sono la combinazione di questi due movimenti base, quindi si possono ottenere superfici raggiate o addirittura coniche.
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.
Ma come si pianifica un processo di tornitura? In base al tipo di pezzo da lavorare, alle dimensioni ed alla forma, al materiale ed alla quantità di pezzi da eseguire viene scelta la macchina su cui produrre. Successivamente viene studiato il tipo di utensile in base all’operazione di tornitura da eseguire. Infine, in base a tutte queste caratteristiche vengono stabilite la velocità di taglio ed i parametri operativi.
Parametri Fondamentali della Tornitura
Per una tornitura ottimale, è essenziale considerare diversi parametri operativi:
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- La velocità di rotazione del pezzo o del mandrino si esprime in giri al minuto e la velocità di taglio è la velocità con cui si muove l’utensile lungo l’asse del pezzo e si esprime in metri al minuto.
- L’avanzamento di taglio è un altro parametro importantissimo che determina la qualità di finitura superficiale. Questo valore incide anche sullo spessore del truciolo e sulla forma stessa del truciolo. È la distanza percorsa dall’utensile per ogni giro del pezzo.
- La profondità di taglio si esprime in millimetri ed è la profondità di passata dell’utensile.
- Un altro dato importante da tenere in considerazione è l’angolo di registrazione del tagliente (placchetta), viene definito anche angolo di attacco e cambia a seconda dell’utensile utilizzato.
Tipologie di Operazioni di Tornitura
I tre principali metodi di tornitura sono la sgrossatura, la lavorazione media e la finitura. 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.
Sgrossatura
Nella sgrossatura si ha il massimo volume di truciolo asportato e si lavora in condizioni di profondità di taglio e velocità di avanzamento piuttosto elevate, per cui le forze di taglio sono molto elevate. 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.
Lavorazione Media
La lavorazione media si usa per scopi generici e per la maggior parte delle applicazioni. Le profondità di taglio e l’avanzamento sono contenuti in un range molto ampio. Le operazioni di sgrossatura medio-leggera prevedono un’ampia gamma di combinazioni di profondità di taglio e avanzamento.
Finitura
La finitura, avendo basse forze di taglio, viene effettuata con basso avanzamento e ridotte profondità di taglio per garantire superfici ben levigate. Si tratta di operazioni con profondità di taglio ridotte e basse velocità di avanzamento. Stavolta sono necessarie basse forze di taglio.
Inserti per Tornitura Interna ed Esterna
Una prima valutazione da fare nella selezione dei giusti inserti riguarda la specifica lavorazione a cui sono destinati. La tornitura può essere interna o esterna.
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Tornitura Esterna
La tornitura esterna prevede inserti che lavorano sulla superficie esterna del pezzo. Generalmente gli appositi utensili sono più corti e non ridotti verso l’inserto. La tornitura esterna più comune è la tornitura longitudinale. Si utilizzano generalmente inserti a forma romboidale.
- Per la profilatura i fattori importanti sono la versatilità dell’utensile e l’accessibilità ed anche qui gli inserti romboidali con angolo fra i 35 ed i 55 gradi sono fra i più indicati.
- La sfacciatura o intestazione viene eseguita solitamente con inserti romboidali con angoli molto aperti, fra i 75 e 90 gradi.
- Per la tornitura a tuffo per l’esecuzione di tasche sono indicati inserti dalla forma rotonda che possono essere utilizzati per avanzamenti sia assiali che radiali.
Tornitura Interna
La 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. Nella tornitura interna (barenatura) le dimensioni del foro e la lunghezza sono determinanti nella scelta dell’utensile.
- Per la tornitura longitudinale interna e barenatura (per allargare fori lavorando all’interno) vengono impiegati inserti triangolari.
- La sfacciatura interna viene eseguita con inserti romboidali con angoli molto aperti da 60 a 80 gradi.
- Nella profilatura interna l’inserto deve essere con angoli molto chiusi da 35 gradi a 55 gradi.
L’evacuazione del truciolo è un fattore molto importante per la buona riuscita della barenatura, infatti la forza centrifuga spinge i trucioli verso la parte interna del foro, in certi casi danneggiandola anche. Usando un buon refrigerante si può aiutare ad allontanare il truciolo dalle superfici in lavorazione.
Geometria degli Inserti di Tornitura
Come scegliere la forma di un inserto di tornitura? La forma dell’inserto varia a seconda dell’angolo di punta che può essere molto ridotto (30-35 gradi) fino ad arrivare all’inserto rotondo, cioè senza angoli. Fra questi due estremi sono presenti sul mercato molte geometrie fra cui quella quadrata, triangolare, trapezoidale. Maggiore è l’angolo del tagliente, che conferisce robustezza all’inserto, maggiori sono i parametri di taglio come la profondità di passata e l’avanzamento e maggiori sono le vibrazioni. Per cui sarà più facile ottenere una superficie meglio rifinita con inserti cosiddetti a “punta” cioè con piccoli angoli di punta.
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. Con una dimensione d'inserto più grande, la stabilità è migliore.
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Inserti Positivi o Negativi
Gli inserti di tornitura possono essere di due tipi: positivi o negativi. La geometria del tagliente è determinata dalla specifica operazione da eseguire e dalle sue esigenze.
- Un inserto positivo ha un angolo inferiore a 90°, con un angolo di spoglia inferiore a 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 acciaio dolci, leghe leggere e plastiche.
- Un inserto negativo ha 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.
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. L'illustrazione dell'inserto negativo mostra il modo in cui l'inserto è montato e inclinato nell'attacco.
Angolo di Registrazione (o Angolo di Attacco)
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 (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.
- Se l’angolo di registrazione è 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.
- Se l’angolo di registrazione è più grande, 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. Le forze assiali sono preferibili rispetto a quelle radiali.
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
Altro fattore importante da valutare, spesso poco considerato, è il raggio di punta del tagliente. Anche il raggio di punta, con le sue diverse misure, ha profondo impatto sulle lavorazioni di tornitura. La scelta dipende da profondità di taglio e avanzamento e incide su:
- Truciolabilità.
- Finitura superficiale.
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 relazione tra il raggio di punta e la profondità di taglio incide sulla tendenza alle vibrazioni.
Formazione e Gestione del Truciolo
La forma del truciolo varia con il variare della velocità di taglio, velocità di avanzamento, tipo di materiale e geometria dell’utensile. L’angolo di spoglia dell’inserto (detto angolo gamma) è molto importante per la forma del truciolo. Questo angolo può essere positivo o negativo. Da qui nascono gli inserti positivi e negativi. Alcuni esempi di impiego di angoli di spoglia positivi sono steli sottili e piccoli diametri di alesatura mentre per l’angolo negativo si usa in tutte quelle condizioni di taglio difficili. Gli angoli di spoglia superiore e l’angolo di inclinazione sono altresì importanti nella tornitura. L’angolo di spoglia superiore si chiama angolo gamma ed è la misura del tagliente rispetto al taglio. Solitamente questo angolo è positivo: in questo modo la spoglia inferiore determina una certa robustezza all’utensile ed una maggiore capacità di assorbire la potenza oltre ad aumentare la qualità della finitura superficiale.
Il rompi truciolo ha l’importante funzione di formare e rompere il truciolo durante la lavorazione. Uno stesso rompi-truciolo può essere comunque idoneo a più lavorazioni. I trucioli si spezzano mentre si allontanano dall’inserto. Le modalità di rottura del truciolo possono essere diverse:
- Rottura contro l’utensile: Il truciolo si arriccia fino a quando non impatta contro l’angolo di spoglia inferiore dell’utensile, spezzandosi. In questo caso il truciolo potrebbe danneggiare l’utensile.
- Rottura a contatto con il pezzo: Il truciolo si spezza a contatto con la superficie del pezzo in lavorazione e questo non è buono per la finitura superficiale.
Utensili per tornio, come scegliere quello corretto.
Forze di Taglio
Nella tornitura la forza di taglio è la forza necessaria ad asportare una sezione specifica di truciolo con spessore medio di circa 1 millimetro. Le forze di taglio in gioco variano al variare del materiale da lavorare. Quanto più il materiale è duro tanto aumenteranno le forze di taglio.
Classificazione dei Materiali per Tornitura (ISO)
I materiali che si possono tornire spaziano dagli acciai inox alla ghisa, dalle superleghe al titanio ai materiali non ferrosi. Secondo le norme ISO e in base alle caratteristiche di durezza, analisi chimica ed altre variabili, esistono sei gruppi di materiali. La qualità dell’inserto, il materiale da lavorare, la geometria dell’inserto ed il percorso utensile sono fattori fondamentali per aumentare la produttività e ridurre il tempo-ciclo. Per cui in base al materiale da lavorare si sceglie la geometria dell’inserto e la qualità dell’inserto.
| Gruppo ISO | Materiale | Caratteristiche e Lavorabilità |
|---|---|---|
| ISO P | Acciai legati o fortemente legati, getti di acciaio, acciai inossidabili ferritici e martensitici. | La lavorabilità è comunque sempre buona, ma varia in base alla durezza e al tenore di Carbonio. |
| ISO M | Acciai inox con almeno il 12% di cromo (es. nichel, molibdeno). | Producono molto calore e usura a contatto con l’utensile. |
| ISO K | Ghise (grigie, malleabili, nodulari, a grafite compatta). | Le ghise grigie e malleabili sono relativamente facili da lavorare; la ghisa nodulare e a grafite compatta sono più difficili. |
| ISO N | Metalli non ferrosi (alluminio, rame, ottone). | Più morbidi, usurano meno l’utensile, possono essere lavorati ad alte velocità di taglio. |
| ISO S | Superleghe resistenti al calore (base ferro, cobalto, titanio, nichel). | Difficili da tagliare a causa dell'incollamento, bassa lavorabilità, usurano molto la placchetta. |
| ISO H | Acciai con durezze HRc comprese fra 45 e 65, ghise fuse in conchiglia con durezza 400-600 HB. | Molto difficili da lavorare, sviluppano tanto calore e sono abrasivi per l’utensile. |
Gli inserti hanno un parametro identificativo che è la qualità ISO che serve per identificare il materiale lavorabile. La qualità è identificata da una lettera, dal corrispondente colore e da un numero. Il numero (da 1 a 50) indica se è da finitura o da sgrossatura. Numero basso = finitura, numero alto = sgrossatura. Ad esempio, K25 (colore ROSSO) = inserto da media sgrossatura per ghisa. Nel tuo caso, se usi un solo inserto per finitura e sgrossatura dovresti usare una qualità M10-M20.
Nomenclatura degli Inserti di Tornitura
La maggior parte dei produttori di utensili per tornitura propone prodotti standardizzati per cui si seguono i sistemi di identificazione ISO o ANSI, facendo riferimento quindi a direttive internazionali. La nomenclatura è composta da una stringa di 10 numeri e lettere. A ciascuna posizione di questi corrisponde ad un significato specifico. In generale le cifre della parte centrale vanno lette a coppie e rispondono sempre al sistema ISO.
- Le prime 4 cifre permettono di descrivere l’inserto per tornio.
- Uno spazio distingue la seconda parte del codice che indica le dimensioni del pezzo.
- Ogni lavorazione di tornitura richiede un inserto con una forma ben precisa, riportata anch’essa nella nomenclatura. Ad ogni diversa forma corrisponde una lettera:
- V: adatta principalmente per le operazioni di finitura e tornitura longitudinale.
- T: consigliata in particolare per la finitura e la semi-finitura e per gran parte delle altre operazioni.
- E e C: molto simili, la C è una delle forme più utilizzate perché idonea a lavorazioni versatili come anche la sfacciatura.
- La 2ª lettera indica inserti positivi e negativi. Gli inserti per tornio negativi necessitano di un porta utensile inclinato di 6 gradi così da evitare il tallonamento. Inoltre sono molto più robusti dei positivi.
- La classe di tolleranza più comune è indicata da una M.
- La sigla I.C. indica il Cerchio Inscritto ed è una delle dimensioni principali di un inserto. La dimensione di un inserto dipende dalla sua forma e in base a questa si possono individuare 3 gruppi.
- La terza coppia di numeri si riferisce invece l’arrotondamento dell’angolo, chiamato anche “raggio di punta”.
- Una coppia di lettere presente nella nomenclatura degli inserti per tornio si riferisce al tipo di tagliente e alla direzione di avanzamento.
- La parte tagliente e il rompi-truciolo possono essere presenti solo da un lato o su entrambi i lati.
- L’ultima parte della nomenclatura di un inserto si riferisce alla qualità del metallo duro del pezzo.
Da qui in poi, la nomenclatura cambia a seconda che il produttore segua il sistema metrico europeo ISO o lo standard americano ANSI.