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. I materiali che si possono tornire spaziano dagli acciai inox alla ghisa, dalle superleghe al titanio ai materiali non ferrosi.
Fondamenti della Tornitura e Parametri Critici
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. Per cui la forma del truciolo varia al variare di questi parametri: profondità di taglio, angolo di attacco, avanzamento, tipo di materiale del pezzo, geometria dell’inserto utilizzato. 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.
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. 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.
I tre principali metodi di tornitura sono la sgrossatura, la lavorazione media e la finitura. 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. 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. La finitura, avendo basse forze di taglio, viene effettuata con basso avanzamento e ridotte profondità di taglio per garantire superfici ben levigate.
Leggi anche: Riciclo Legno in Cucina
Classificazione dei Materiali e Sfide della Lavorazione
Secondo le norme ISO ed in base alle caratteristiche di durezza, analisi chimica ed altre variabili esistono sei gruppi di materiali:
- Il gruppo ISO P sono quegli acciai legati o fortemente legati, compresi i getti di acciaio e gli acciai inossidabili ferritici e martensitici. In base alla durezza di questi materiali ed al tenore di Carbonio presente cambia la lavorabilità che è comunque sempre buona. L'acciaio non legato ha un tenore di lega che può arrivare al massimo a 0.55%. La lavorabilità degli acciai debolmente legati dipende dal tenore di lega e dal trattamento termico (durezza). Per gli acciai debolmente legati in condizione non temprata, la scelta prioritaria sono le qualità e le geometrie per acciaio. Gli acciai fortemente legati hanno un tenore di lega totale di oltre il 5%. Il gruppo include sia i materiali teneri che quelli temprati. L'acciaio inossidabile è classificato come materiale in acciaio, dunque con classificazione P5.x. L'acciaio inossidabile austenitico è il tipo più comune di acciaio inossidabile. Per l'acciaio inossidabile duplex fortemente legato si utilizzano designazioni come super-duplex o anche hyper-duplex.
- Il gruppo ISO M sono quegli acciai inox che contengono almeno il 12% di cromo come il nichel ed il molibdeno. Questi materiali a contatto con l’utensile producono molto calore ed usura.
- Nel gruppo ISO K fanno parte le ghise. La ghisa è un composto di Fe-C con percentuale di Si del 1-3% e contenuto di C superiore al 2%. Sono relativamente facili da lavorare le ghise grigie e le ghise malleabili mentre la ghisa nodulare e ghisa a grafite compatta sono più difficili. Per la maggior parte di questi materiali è consigliabile utilizzare le nostre qualità e geometrie per ghisa.
- I metalli non ferrosi come l’alluminio, il rame, l’ottone possono lavorare ad alte velocità di taglio perché sono più morbide quindi usurano meno l’utensile. Questi metalli fanno parte del gruppo ISO N. Questo gruppo comprende i 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.
- Le superleghe resistenti al calore che includono molti materiali fortemente legati a base di ferro, cobalto, titanio e nichel. Sono materiali che a causa dell’incollamento sono più difficili da tagliare con l’utensile per cui la lavorabilità non è delle migliori. Anche per quanto riguarda la durata questi materiali usurano molto la placchetta. Le 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. La lavorabilità delle HRSA e del titanio è scarsa, soprattutto in condizioni di ricottura che richiedono particolari sollecitazioni sugli utensili da taglio. Superleghe HRSA: nella tornitura di superleghe HRSA di utilizzano generalmente qualità in ceramica e PVD. 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. 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.
- Fanno parte del gruppo ISO H tutti quegli acciai che hanno durezze HRc comprese fra i 45 e 65. Anche le ghise fuse in conchiglia con durezza intorno a 400-600 HB sono incluse in questo gruppo. Sono molto difficili da lavorare perché sviluppano tanto calore e sono abrasivi per l’utensile. 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. Gli acciai martensitici possono essere lavorati in condizioni temprate, imponendo requisiti supplementari in termini di resistenza alla deformazione plastica dell'inserto.
Per tutti i materiali di questo gruppo (ISO H), i meccanismi di usura più comuni sono la craterizzazione e l'usura sul fianco. Anche la tendenza all'incollamento o il tagliente di riporto sono fenomeni comuni che incidono negativamente su finitura superficiale e durata utensile. Per ridurre la craterizzazione e la deformazione plastica, utilizzare sempre il refrigerante e selezionare il più grande raggio di punta possibile. Usare utensili con adduzione interna di refrigerante, preferibilmente di precisione.
La Tornitura di Pezzi Temprati: Un'Alternativa Efficace
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. 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.
Gli utilizzatori valutano positivamente il fatto che questo metodo di lavorazione funzioni anche anche a secco. La grave lacuna della tornitura dopo tempra è ancora come prima la stabilità del processo. Sfondamenti imprevisti di intaglio possono sempre introdurre disturbi durante il processo.
CAIMANO sistema per inserti CBN & PCD - ITALIANO
Tecnologie Combinate: Tornitura Dopo Tempra e Rettifica
La combinazione dei procedimenti di tornitura dopo tempra e rettifica viene impiegata con successo per abbreviare i tempi di ciclo. Eseguendo l'intera lavorazione di precisione (tornitura dopo tempra e rettifica) su una sola macchina è possibile ridurre drasticamente i tempi di esecuzione, di trasporto e di attesa. Si riducono inoltre i processi di riattrezzamento e il tempo ad essi dedicato. Nel campo della lavorazione di pezzi a sbalzo (tornio e rettificatrice VSC DS), la combinazione di tornitura dopo tempra e rettifica corrisponde allo stato attuale della tecnica. Tuttavia si sta delineando una tendenza verso l'utilizzo più frequente della lavorazione combinata con tornitura dopo tempra e rettifica anche per la produzione di alberi. I vantaggi offerti da questa combinazione appaiono oggi come un fatto acquisito e relativamente noto.
Leggi anche: Materiale Parquet DWG: Tutorial AutoCAD
Contro il processo di rettificatura si pone spesso la tornitura dopo tempra come un processo in competizione. Anche la tornitura dopo tempra è caratterizzata da grande flessibilità. Rimane tuttavia un notevole potenziale di razionalizzazione ancora da sfruttare, in quanto questa tecnologia combinata è stata finora utilizzata solo per una parte dei numerosi processi che potrebbero trarne vantaggio. Per il futuro è previsto un uso sempre più frequente di macchine combinate, in cui oltre ai processi di tornitura dopo tempra e di rettifica verranno integrate anche altre tecnologie quali fresatura, alesatura e levigatura.
Anche per la lavorazione di alberi sono disponibili sul mercato sistemi macchina adatti, che consentono un'integrazione dei processi di tornitura dopo tempra e rettifica (tornio e rettificatrice VTC 315 DS per alberame). In questo settore, tuttavia, l'impiego di tali sistemi non è ancora diffuso quanto nel settore della lavorazione di pezzi a sbalzo, in quanto esistono qui altri sistemi altamente produttivi basati su rettifica convenzionale, rettifica CBN e moderne tecnologie di tornitura.
La Pelatura (Skiving): Un Processo Innovativo per Materiali Temprati
Il principio della pelatura funziona in modo molto diverso dalla convenzionale tornitura. Durante la pelatura, ha luogo un movimento di rotazione dell'utensile sul pezzo. Una lama obliqua CBN si muove su un pezzo in rotazione. La velocità di taglio è generata dalla rotazione del pezzo. A causa della sovrapposizione dei movimenti, sia dell'utensile che del pezzo, il punto di taglio si sposta continuamente. Da una parte, questo è l'ideale per il taglio, d'altra parte, però, entrano in gioco sollecitazioni diverse da quelle della tornitura convenzionale. Il carico di forza passiva è notevolmente superiore.
La pelatura è un processo molto veloce (circa 5 - 6 volte più veloce rispetto alle tradizionali operazioni di tornitura su temprato e 2 - 3 volte più veloce della rettificatura) e produce un'eccellente finitura superficiale senza rugosità. Le superfici che fin ora dovevano essere levigate, adesso possono essere anche pelate. I movimenti, in parte rallentati e in parte sovrapposti, possono essere controllati con estrema precisione. Il costruttore ha come obiettivo fornire una macchina molto rigida sia dal punto di vista statico che dinamico.
Applicazioni Pratiche delle Tecnologie Integrate
La combinazione di diversi processi ad asportazione di truciolo su una sola macchina e in un'unica fase di serraggio offre un enorme potenziale di risparmio in termini di tempi di lavorazione. Un tipico esempio di lavorazione combinata (tornitura dopo tempra e rettifica) è costituito dalla lavorazione degli ingranaggi della trasmissione. La tornitura finale degli spallamenti trasversali avviene mediante tornitura dopo tempra. In considerazione degli alti requisiti qualitativi richiesti, il foro e il cono dell'ingranaggio vengono realizzati mediante pretornitura e rettifica finale. A tale scopo la macchina è dotata di due mandrini portamola. Un mandrino è concepito per la lavorazione dei fori, l'altro per la lavorazione esterna. Questo procedimento, che si è imposto progressivamente nell'uso in sostituzione delle rettificatrici classiche, può essere considerato oggi come corrispondente allo stato della tecnica.
Leggi anche: Tutto sui pavimenti SPC
Un altro caso per cui la tecnologia combinata (tornitura dopo tempra e rettifica) risulta particolarmente adatta è la realizzazione di sedi completamente prive di rugosità. Ad esempio: devono essere lavorati il diametro esterno e la superficie frontale di un anello di pressione, e per il diametro esterno è richiesta una superficie priva di rugosità. In questo caso è possibile lavorare la superficie frontale mediante tornitura finale dopo tempra e il diametro esterno mediante pretornitura. La finitura ha luogo mediante rettifica. Questo sistema consente di evitare in modo sicuro la formazione di rugosità.
La tecnologia combinata è interessante anche per la lavorazione delle madreviti con pista di rotolamento interna utilizzate nei sistemi a ricircolo di sfere. Sulle madreviti devono essere lavorati la filettatura interna, la superficie frontale, il diametro esterno e lo spallamento trasversale. Con il sistema qui presentato la superficie frontale, il diametro esterno e lo spallamento vengono lavorati mediante tornitura dopo tempra, mentre la filettatura interna che funge da pista di rotolamento viene rettificata. Per la lavorazione di ruote dentate vengono utilizzate le macchine della piattaforma VL. La lavorazione degli alberi fa parte delle competenze chiave di EMAG. L’albero rotore è l’elemento centrale del motore elettrico - per questo componente così importante EMAG ha già sviluppato svariate soluzioni.