La Lavorazione al Tornio: Scopri Tutti i Segreti della Tornitura Perfetta!

Nell’ambito della lavorazione dei metalli, la tornitura è una procedura ampiamente utilizzata e dalla lunga storia. La tornitura dei materiali è un mestiere antico quanto il mondo che permette di plasmare la materia per ottenere oggetti speciali, nati nella mente dei committenti e riprodotti fedelmente da esperti tornitori in ogni particolare.

La tornitura è una tecnica di lavorazione dei metalli utilissima e adattabile a diverse situazioni. Vuoi sapere come ottimizzare la tornitura e realizzare componenti metalliche perfette? Questo articolo descrive i principi base della tornitura in una breve panoramica che vuol essere non un "sacro testo" ma semplicemente una carrellata sull'uso basico di questo meravigliosa macchina.

Cos'è la Tornitura?

La tornitura è un processo di lavorazione sottrattivo che utilizza un utensile da taglio, in genere un tornio, per ottenere una varietà di forme per parti finali in plastica, metallo, legno o pietra. In breve, la tornitura avviene utilizzando un'asta metallica rotante. Allo stesso tempo, un utensile da taglio viene tenuto contro un pezzo di materiale rigido, generalmente di forma cilindrica, per rimuovere il materiale e creare i pezzi finali.

La tornitura prende un materiale abbastanza rigido come il metallo, la plastica, la pietra o il legno e lo fa ruotare intagliandolo con un utensile da taglio che utilizza uno, due o tre assi di movimento, ottenendo diametri e profondità di notevole precisione. La tornitura è uno dei processi di lavorazione più elementari, che prevede un pezzo in rotazione tagliato da un utensile da taglio a punta singola il cui movimento è parallelo all'asse di rotazione.

La tornitura è essenziale per l’industria moderna, grazie alla sua capacità di offrire lavorazioni precise, ripetibili e scalabili. Dalla sua nascita come lavorazione manuale, la tornitura ha subito una trasformazione significativa.

La funzione del tornio, la macchina utensile usata per svolgere questo procedimento, è dare una determinata forma all’oggetto mediante un’azione di taglio e rimozione del truciolo. Nel primo caso l’obiettivo è la formatura dell’oggetto, nel secondo è la sua foratura o la rimozione di alcune sezioni. Naturalmente, a seconda del tipo di lavorazione, vengono utilizzati diversi tipi di tornio.

La potenza disponibile del motore è di alcuni kW, mentre le velocità all’albero mandrino sono nel range di 50-3.000 giri/min. Il moto di taglio è garantito dal pezzo portato in rotazione dal mandrino mentre l’utensile si muove trasversalmente e longitudinalmente con il moto di alimentazione e di appostamento.

Tipi di Tornitura

Quando si parla di tornitura è bene precisare che questa non è semplicemente una procedura fine a sé stessa, ma una tecnica adoperabile per realizzare diversi tipi di lavorazioni. Come ti ho già anticipato, la tornitura è una tecnica adattabile a lavorazioni sia esterne sia interne.

Tornitura Esterna

Viene eseguita sulla superficie esterna del pezzo e rappresenta una delle modalità principali della tornitura cilindrica, della tornitura conica o per creare profili sagomati. È ideale per rifinire superfici grezze o creare filettature esterne.

Questa operazione è spesso utilizzata per migliorare le caratteristiche estetiche del pezzo, garantendo una finitura liscia ed uniforme e dimensionali, soddisfando i requisiti chiesti dal cliente.

Leggi anche: Precauzioni Legno Terrazzi

Tornitura Interna

Utilizzata per lavorare superfici interne, come fori o cavità cilindriche. Richiede utensili specifici e una configurazione precisa. La tornitura interna è indispensabile per creare spazi di alloggiamento per cuscinetti o per realizzare raccordi filettati interni.

Tornitura Orizzontale e Verticale

La tornitura orizzontale si svolge parallelamente all’asse del pezzo, mentre quella verticale è perpendicolare. La tornitura orizzontale è particolarmente indicata per creare superfici cilindriche lunghe, mentre la tornitura verticale viene impiegata per ottenere pezzi che hanno diametri di dimensioni notevoli.

Sgrossatura e Finitura

La sgrossatura rimuove grandi quantità di materiale per ottenere la forma di base, mentre la finitura realizza la superficie finale con alta precisione e qualità. Durante la sgrossatura, l’obiettivo è quello di rimuovere rapidamente il materiale in eccesso, utilizzando parametri di taglio più aggressivi.

La tornitura di finitura, invece, si concentra sull’ottenimento di una superficie perfettamente liscia e sulla correzione di eventuali difetti lasciati dalla sgrossatura.

Operazioni di Tornitura

Quando si parla di tornitura è bene precisare che questa non è semplicemente una procedura fine a sé stessa, ma una tecnica adoperabile per realizzare diversi tipi di lavorazioni.

Leggi anche: Lavorazione legno CNC: la guida

Tornitura semplice: prevede la formatura geometrica di un pezzo attraverso la creazione di gradini o smussi.
Scanalatura: operazione volta a creare solchi di diverse dimensioni sulla superficie degli oggetti. La scanalatura è il taglio di scanalature a una profondità specifica e può essere eseguita su superfici interne ed esterne, nonché sulla faccia di un pezzo.
Sfacciatura: ha come obiettivo la rimozione di uno strato di metallo per lisciare i componenti. La sfacciatura è spesso la prima e spesso l'ultima operazione eseguita nella produzione di pezzi lavorati. La tornitura piana, detta anche sfacciatura, si ottiene tenendo le superfici piane perpendicolari all'asse di rotazione.
Filettatura
Foratura: consiste nell’azione perforante dell’utensile da taglio con l’obiettivo di bucare la superficie fino a una certa profondità. Grazie alla foratura è possibile asportare il nucleo di un oggetto mediante rotazione. Generalmente si esegue come preparazione ad altre operazioni di tornitura come quelle di alesatura e filettatura.
Alesatura: Il processo di alesatura serve a correggere il diametro e l'assialità dei fori cilindrici ottenuti col tornio tramite foratura.
Sagomatura: La sagomatura è un'operazione che consente di plasmare la forma di un oggetto in profili particolari.
Troncatura: La troncatura, detta anche "taglio" è la lavorazione meccanica che serve a distaccare un pezzo da una barra in rotazione con l'impiego di utensili troncatori.
Tornitura cilindrica: porta un pezzo da lavorazione al diametro richiesto dal disegno.
Tornitura conica: È l'operazione tramite cui si realizzano superfici coniche o tronco-coniche interne o esterne. Si esegue prolungando l'arco di cerchio che limita la graduazione sulla slitta trasversale.

Componenti Principali del Tornio

Bancale: Sostiene tutti gli organi della macchina e ne garantisce la rigidezza reciproca e il corretto allineamento. Tipicamente è costituito di ghisa per garantirne maggiore stabilità. Sulla parte superiore del bancale si trovano due guide prismatiche su cui scorre il carro. È tipico che in prossimità della testa motrice vi sia uno scarico (o un tratto di guida smontabile) in modo da garantire la possibilità di lavorare pezzi anche di grandi dimensioni. Le guide, rettificate e indurite per resistere all’usura e garantire un basso attrito, sono studiate per vincolare correttamente i gradi di libertà cinematici della controtesta e del carro: infatti, entrambi scorrono guidati da un lato da un piano e dall’altro lato su un prisma. Per evitare distorsioni e deformazioni indesiderate, il bancale in ghisa è sottoposto a invecchiamento o ricottura di distensione prima del trattamento termico di tempra superficiale e relativa rettifica.
Albero mandrino e mandrino autocentrante: Spesso abbreviato semplicemente con “mandrino”, il mandrino autocentrante afferra e centra il pezzo grazie a delle griffe. Il mandrino autocentrante è accoppiato sull’albero o linea mandrino che è l’albero cavo su cui si monta l’autocentrante.
Controtesta: È situata all’estremità del bancale opposta alla testa motrice e fa da contro-sostegno al pezzo in lavorazione. È libera di scorrere sulle guide del bancale e viene fissata ad esso tramite una leva con eccentrico o con una vite.
Gruppo slitta: È costituito dal carro trasversale e dal carrellino superiore (manuale), che hanno la funzione di guidare l’avanzamento dell’utensile.

Utensili Base per la Tornitura

Ci sono tre utensili principali che si usano nella tornitura:

L'utensile universale
L'utensile per tornitura verso destra
L'utensile per tornitura verso sinistra

Il primo utensile è quello usato più comunemente, in quanto la forma della punta permette di eseguire i lavori di sgrossatura e rettifica in entrambi i sensi destra/sinistra. Gli altri due utensili sono per eseguire lavorazioni più precise, come per es. uno spigolo ad angolo retto.

Tali utensili quasi mai sono disponibili pronti per essere usati, così come li vedete qui nelle foto. In genere le barrette sono vendute grezze e la punta deve essere ricavata mediante lavorazione con la mola da banco, il che richiede molta pazienza ed una certa abilità.

Pazienza perché il pezzo va raffreddato continuamente in acqua per non far perdere la tempra alla barretta di acciaio (se si ha la mola per arrotare che bagna il pezzo in continuazione, il lavoro è un po' più facile). Abilità perché il pezzo va tenuto in mano durante la lavorazione alla mola, dosando "ad occhio" pressione ed inclinazione del pezzo stesso contro la superficie abrasiva.

Utensili base per la tornitura

Centraggio

Prima di iniziare è essenziale ed indispensabile regolare l'altezza dell'utensile rispetto al pezzo in lavorazione. Perchè si possa lavorare correttamente, è necessario che l'utensile agisca esattamente all'altezza del centro di rotazione del pezzo stesso, non più in alto nè più in basso.

In particolare ciò è evidente quando si deve rettificare la testa di un tondino tagliato col seghetto. Per ottenere ciò bisogna posizionare all'altezza giusta l'utensile nel morsetto, ponendo sotto alla barretta una piattina di metallo di spessore adeguato (qui un paio di mm).

Come accessorio più sofisticato si può disporre di un morsetto regolabile in altezza con un manettino a vite. Il taglio di un tondino serve proprio a "calibrare" lo spessore della piattina, che poi servirà anche per gli altri utensili, indipendentemente dalla forma della punta.

Infatti la forma della punta degli utensili è diversa solo lateralmente ed inferiormente, mentre la parte superiore non va mai toccata, in quanto l'altezza deve essere uguale per tutti gli utensili.

Velocità di Rotazione

Un altro particolare molto importante è la velocità di rotazione del pezzo, che andrà scelta principalmente in base a due elementi: il materiale e il diametro. Più il materiale è duro (ferro, acciaio) più la rotazione dovrà essere lenta (100-200 giri/min.). Materiali più teneri (alluminio, ottone e rame) sopportano velocità più elevate (1000-3000 giri/min.).

Ad un aumento di diametro deve corrispondere un rallentamento della rotazione.

In pratica:

materiale duro (ferro, acciaio) = rotazione +lenta
materiale meno duro (ottone, rame, alluminio) = rotazione + veloce
diametro grande= rotazione lenta
diametro piccolo= rotazione veloce

Tutto ciò è possibile grazie ad una specie di "cambio" posto sulla testata del tornio, dietro al mandrino. E' composto in genere da 3 coppie di pulegge di tre diametri diversi e una cinghia di trasmissione. Cambiando la posizione della cinghia si accoppiano pulegge di diametro diverso, cambiando così la velocità di rotazione.

Un'ulteriore cambio di velocità all'interno di ciascun rapporto si può avere agendo su un potenziometro, se questo è disponibile sulla macchina, che varierà la velocità entro un certo range ed in modo progressivo. Per altri tipi di lavorazione particolari si potrà anche invertire il senso di rotazione, che normalmente è destrorso, in sinistrorso.

Cono

Ruotando il morsetto portautensili, si può eseguire la lavorazione conica. La conicità del pezzo si otterrà posizionando il morsetto facendo riferimento ad una scala graduata.

Foratura Longitudinale

Contrapposto al mandrino c'è un supporto scorrevole e regolabile su cui montare un mandrino simile a quello del trapano (quello che vedete porta punte fino a 10 mm di diametro). Così si potrà forare perfettamente al centro un pezzo per tutta la sua lunghezza.

In caso di pezzi particolarmente lunghi, sarà bene effettuare la foratura in modo progressivo con punte dal diametro via via più grande. Se il pezzo sporge dal mandrino per oltre 4-5 volte il suo diametro (dipende anche da che tipo di lavoro dovete fare e dalla rigidità del materiale in lavorazione) sarà bene utilizzare la contropunta di centraggio.

Questa sarà montata al posto del mandrino da trapano di cui ho parlato qui sopra. Ciò renderà il pezzo perfettamente stabile ed eviterà che vibri e vada fuori centro durante la sua lavorazione. La punta, che lavora su cuscinetti a sfere, dovrà inserirsi in un forellino di alloggiamento sulla testa del pezzo, in modo che questo non perda il centraggio.

Materiali Lavorabili

La versatilità della tornitura permette di lavorare una vasta gamma di materiali:

Acciaio inox: Ideale per applicazioni che richiedono resistenza alla corrosione. L'acciaio inossidabile è classificato come materiale in acciaio, dunque con classificazione P5.x. Per ridurre la craterizzazione e la deformazione plastica, utilizzare sempre il refrigerante e selezionare il più grande raggio di punta possibile. Anche la tendenza all'incollamento o il tagliente di riporto sono fenomeni comuni che incidono negativamente su finitura superficiale e durata utensile.
Acciaio non legato: ha un tenore di lega che può arrivare al massimo a 0.55%. Per rompere e indirizzare il truciolo, puntare al massimo avanzamento possibile. Lavorare a velocità di taglio elevate per evitare la formazione di tagliente di riporto che può incidere negativamente sulla superficie. La lavorabilità degli acciai debolmente legati dipende dal tenore di lega e dal trattamento termico (durezza). Per tutti i materiali di questo gruppo, i meccanismi di usura più comuni sono la craterizzazione e l'usura sul fianco. Per gli acciai debolmente legati in condizione non temprata, la scelta prioritaria sono le qualità e le geometrie per acciaio.
Acciai fortemente legati: hanno un tenore di lega totale di oltre il 5%. Il gruppo include sia i materiali teneri che quelli temprati. Gli acciai con oltre il 5% di elementi leganti e con una durezza superiore a 450 HB impongono requisiti supplementari di resistenza alla deformazione plastica e robustezza del tagliente.
Ghisa: è un composto di Fe-C con percentuale di Si del 1-3% e contenuto di C superiore al 2%. Per la maggior parte di questi materiali è consigliabile utilizzare le nostre qualità e geometrie per ghisa.
Superleghe: hanno una grande resistenza meccanica e al creep (tendenza dei solidi a muoversi o deformarsi lentamente quando sottoposti a sollecitazioni) ad elevate temperature. Offrono anche una buona resistenza alla corrosione/ossidazione. A base di nichel (ad es. la lavorabilità delle HRSA e del titanio è scarsa, soprattutto in condizioni di ricottura che richiedono particolari sollecitazioni sugli utensili da taglio. Per la tornitura di HRSA e leghe di titanio, è opportuno applicare sempre il refrigerante, a prescindere dal fatto che si utilizzino inserti in metallo duro o in ceramica. Il volume di refrigerante dovrebbe essere elevato e correttamente direzionato.
Leghe di titanio: si utilizzano soprattutto qualità non rivestite e PVD. Un criterio di usura alquanto comune, sia con il titanio che con le HRSA, è l'usura ad intaglio.
Metalli teneri non ferrosi: come alluminio, rame, bronzo, ottone, metalli a matrice composita (MMC) e magnesio. È consigliabile utilizzare sempre inserti con posizionamento di base positivo e spigoli taglienti.
Acciaio temprato: La tornitura di acciaio con una durezza tipicamente compresa tra 55 e 65 HRC viene definita tornitura di pezzi temprati e rappresenta un'alternativa economica alla rettifica. Le qualità in nitruro di boro cubico (CBN) sono il materiale più adatto per la tornitura di pezzi temprati e in acciaio temprato ad induzione.

Automazione e Finitura

Una fase importantissima che segue alle operazioni di tornitura è la finitura. Per eliminarle è necessario provvedere a una serie di procedure come la smerigliatura, la carteggiatura e la nastratura. Gli operai, infatti, non possono garantire tempi ciclo precisi né accuratezza nei dettagli geometrici, andando quindi a influenzare in maniera negativa il ciclo produttivo.

Per questo motivo, ad oggi, l’automazione della sbavatura e finitura dei metalli è la soluzione più efficace. Se eri alla ricerca di una soluzione per migliorare le tue lavorazioni di tornitura e di finitura dei metalli, dopo aver letto questo articolo ti sarà chiaro che la robotica industriale per fonderia è l’opzione migliore.

Tornitura del Legno

Il tornio è forse lo strumento più bello che un modellista possa avere a disposizione. Con esso si possono creare da materiali grezzi o semilavorati i pezzi più svariati e non si smette mai di scoprire quanto possa essere utile. Passiamo ora rapidamente alle tecniche di lavorazione del legno al tornio.

Come ben sai, il legno è un materiale naturale e vivo, con delle caratteristiche che lo rendono unico, tra cui la presenza delle vene: le fibre del legno che si sviluppano lungo il tronco.

posizionarlo lungovena, in modo che le fibre siano parallele al bancale;
fissarlo controvena: in questo caso le fibre sono perpendicolari al bancale.

Le lavorazioni in barra vengono fatte generalmente lungovena: il ciocco di partenza, rettangolare e allungato, viene trasformato in cilindro tramite la sgrossatura e poi lavorato per dare vita a gambe di tavoli o sedie, ma anche strumenti musicali come flauti, oppure il classico mattarello per stendere la pasta!

La tecnica di lavorazione a sbalzo, invece, predilige la tornitura traversovena, a partire da blocchi più corti e tozzi, come ad esempio una sezione di ramo o di tronco. In questo caso, una volta fissato il legno alla motrice, non useremo la contropunta per mantenerlo in posizione.

L’obiettivo di questa lavorazione è infatti quella di scavare, creando una concavità proprio nella parte opposta alla motrice. Per farlo, quindi, dobbiamo poter avere una posizione più frontale rispetto alla superficie da scavare e la contropunta ci impedirebbe di raggiungere i punti da lavorare.

Strumenti base per la tornitura del legno

Vediamo infine gli strumenti base per la tornitura del legno. Come vedrai, alcuni di essi sono specifici per la tornitura in barra o a sbalzo, altri invece sono comuni a entrambe le tecniche.

La sgorbia da sgrossatura: è lo strumento base per la lavorazione in barra e ha lo scopo, come dice la parola stessa, di aiutarci a eliminare il legno in eccesso e dare al ciocco la forma cilindrica del diametro desiderato. Questa sgorbia ha una sezione a U molto profonda, proprio per asportare la maggior quantità possibile di legno.
Lo scalpello inclinato: è utile per rifinire le superfici e renderle lisce dopo la sgrossatura, ma anche per realizzare incisioni e decorazioni sia nella lavorazione in barra che in quella a sbalzo.
La sgorbia da scavo: che in inglese viene chiamata “bowl gauge”, ovvero sgorbia da ciotola, è invece dedicata alla lavorazione a sbalzo. Ha un corpo a cannuccia con una sezione a U un po’ più stretta rispetto alla sgorbia da sgrosso, ma il suo scopo è lo stesso: eliminare la maggior parte del legno e a creare la concavità della nostra ciotola o piatto. Quando si scava con questa sgorbia bisogna muoversi sempre dall’esterno verso il centro: dalle estremità della ciotola fino al suo punto più profondo.
La sgorbia per profilare: serve invece per realizzare delle lavorazioni più precise. Anche questo strumento si utilizza per le lavorazioni in barra. Una volta che la sgrossatura è finita, è utile segnare con una matita i punti del cilindro in cui vogliamo inserire incisioni e concavità, per poi procedere alla lavorazione.
Il troncatore o bedano: è uno strumento il cui corpo può avere diverse forme: sezione rettangolare con taglio al centro, sezione a diamante, sempre con taglio al centro, oppure sezione a coltello, con il taglio spostato su un lato. Il suo scopo, in ogni caso, è sempre lo stesso: quello di tagliare.

All'inizio dell'articolo ha già detto e qui ripeto che quanto scritto sopra è da considerarsi solo una piccola guida introduttiva all'uso del tornio. Solo con l'esperienza (e gli errori) si imparerà ad usare sempre meglio questa meravigliosa macchina.

Infine, mi raccomando, usare sempre degli occhiali protettivi (le schegge hanno la rara abilità di centrare perfettamente gli occhi) ed attenti anche alle dita: il mandrino gira ad alta velocità e se una delle griffe vi becca un dito od un unghia sono letteralmente... dolori!

Buon divertimento e buon modellismo a tutti Stefano

tags: #lavorazione #del #tornio #tornitura