Nel panorama della lavorazione dei metalli, uno degli elementi essenziali è rappresentato dai trucioli. Questi frammenti di metallo, prodotti durante il processo di lavorazione meccanica, giocano un ruolo fondamentale in una varietà di settori industriali. In particolare, si parla di asportazione del truciolo, ovvero l'eliminazione di una sezione del materiale di base che permette di ottenere il risultato finale. In altre parole, il truciolo non è altro che il materiale di scarto prodotto durante la lavorazione meccanica dei materiali, come legno e ferro, attraverso processi di asportazione come la tornitura, la fresatura o la foratura.
Quando avviene la formazione di truciolo nelle lavorazioni meccaniche di precisione, il materiale viene ad essere deformato plasticamente. La geometria del contatto tra il materiale e l'utensile determina la fuoriuscita di truciolo, quindi del residuo del materiale che si sta asportando. Il concetto è che l'utensile non taglia il materiale in modo netto, ma provoca una deformazione plastica del materiale davanti al tagliente. La lama avanza e comprime l'oggetto della lavorazione fino a creare un punto di rottura: si forma un piano inclinato dove il materiale si separa dal pezzo e viene spinto verso l'alto dall'utensile.
Questi residui possono essere raccolti e successivamente reimpiegati. Ad esempio, i trucioli metallici vengono spesso rifusi, mentre quelli di legno possono essere usati come combustibile, per la fabbricazione della cellulosa o per la realizzazione di tavole truciolari.
L'Importanza della Forma del Truciolo
La forma del truciolo è di fondamentale importanza per capire se la lavorazione sta procedendo con i giusti parametri. Dalla forma del truciolo, infatti, si determina la qualità della lavorazione e si può capire se l'utensile è usurato e deve essere cambiato, contribuendo così alla buona riuscita dell'operazione. Non a caso, diversi utensili da taglio hanno delle forme che permettono di estrudere i trucioli in modo efficace, poiché se si reintroducono nel processo di lavorazione possono graffiare la superficie lavorata o surriscaldare l'utensile.
Tipologie Principali di Truciolo
In base alla loro forma, è possibile distinguere tre tipologie principali di truciolo, sebbene la fuoriuscita di questo materiale in eccesso possa avvenire sostanzialmente in tre modi: il truciolo si stacca autonomamente dal resto del grezzo, si rompe contro l'utensile o si rompe contro il materiale. Il tipo di processo dipende da fattori come il materiale in questione, la temperatura, ecc. Esploriamo le diverse forme.
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1. Truciolo Discontinuo e Segmentato
Il truciolo discontinuo è il risultato di un processo di taglio che genera frammenti distinti e separati dal materiale di base. Questo tipo di truciolo è spesso il risultato della fresatura o della segatura del metallo. La sua forma e dimensione possono variare notevolmente a seconda delle specifiche dell’attrezzo utilizzato e delle caratteristiche del materiale lavorato. Il truciolo discontinuo è ampiamente utilizzato in applicazioni dove è richiesta una rimozione precisa del materiale, come nell’industria automobilistica e aerospaziale.
Il truciolo segmentato, una variante del discontinuo, si distingue per la sua struttura a forma di segmento. Questo tipo si presenta appunto come segmentato in quanto la frammentazione e il distacco hanno una modalità intermittente. È solitamente prodotto durante la lavorazione mediante tornitura, fresatura o foratura. A differenza del truciolo discontinuo, il truciolo segmentato tende ad avere una forma più uniforme e regolare, con segmenti ben definiti che si staccano dal pezzo di lavoro. È ampiamente impiegato in applicazioni dove è necessaria una finitura superficiale di alta qualità, come nell’industria dell’orologeria e nella produzione di componenti elettronici. Generalmente, si forma quando si impiega una bassa velocità di taglio e un’elevata profondità di taglio; inoltre, spesso gli angoli di spoglia sono piccoli e l’uso del lubrorefrigerante abbondante.
2. Truciolo Fluente (Continuo)
Il truciolo fluente è caratterizzato da una forma continua e fluida, assumendo un aspetto come a molla quando si distacca dal materiale. La misura dello spessore è molto simile a quella della lunghezza. Questo tipo di truciolo è spesso prodotto durante processi di lavorazione ad alta velocità, come la tornitura ad alta velocità o la fresatura a piena immersione. Il truciolo fluente è particolarmente adatto per applicazioni dove è richiesta una rimozione rapida del materiale e una finitura superficiale uniforme. Settori come l’industria navale e la produzione di utensili traggono vantaggio dall’utilizzo di questo tipo di truciolo. Si forma generalmente in condizioni come l'impiego di un'alta velocità di taglio e una bassa profondità di taglio, spesso con grandi angoli di spoglia e l'utilizzo del lubrorefrigerante.
3. Truciolo Continuo con Formazione del Tagliente di Riporto
Questa tipologia si caratterizza per il materiale asportato che tende ad accumularsi e a saldarsi contro la superficie dell’utensile. Il tagliente di riporto prevede un percorso ciclico: formazione, saldatura e rottura. Questo fenomeno si presenta spesso in condizioni come temperatura e pressione elevate e l'impiego di poco lubrorefrigerante. Il tagliente di riporto impatta negativamente sulla qualità della superficie del componente meccanico.
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Parametri Chiave che Influenzano la Formazione del Truciolo
I tipi di truciolo dipendono da molti fattori, fra i quali il tipo di materiale utilizzato, il tipo di utensile e i parametri macchina come l’avanzamento, il numero di giri e la profondità di passata. I parametri che concorrono nella formazione di un truciolo sono differenti. Un angolo di spoglia dell'utensile più grande semplifica lo scorrimento e riduce la deformazione, ma un ruolo da protagonista nella formazione del truciolo ce l'ha la velocità di taglio. Questo parametro, infatti, influenza la temperatura nella zona di taglio e il comportamento del materiale. La forma e la lunghezza del truciolo dipendono anche dal raggio di punta dell’inserto.
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Problematiche Legate ai Trucioli Lunghi e Corti
In linea di massima, un truciolo ideale dovrebbe essere né troppo corto né troppo lungo. Complessivamente, i trucioli ideali sono quelli di dimensione intermedia, meglio ancora se a spirale aperta.
- Truciolo troppo lungo: Quando il truciolo è troppo lungo si aggroviglia intorno all’utensile, complicando in molti casi la lavorazione e mettendo a rischio la vita stessa dell’utensile. Il truciolo troppo lungo può danneggiare la superficie del pezzo in lavorazione, ottenendo così una finitura mediocre, o addirittura graffiare la parete lavorata. Questa condizione può essere pericolosa perché il truciolo lungo e a spirale si avvolge intorno al pezzo o all'utensile. Un truciolo troppo lungo può portare ad arresti di produzione dovuti a problematiche di rimozione tramite pinze o rampini. Inoltre, talvolta può danneggiare la macchina utensile, il pezzo in lavorazione o l'utensile e costituire un rischio per la sicurezza dell’operatore.
Per risolvere questa situazione, se la velocità di avanzamento è troppo bassa per la geometria della placchetta scelta, andrebbe aumentata la velocità di avanzamento oppure si dovrà valutare un inserto con una forma diversa. Anche l’uso del refrigerante è molto importante e aiuta a risolvere questo fastidioso problema. Se la profondità di taglio è troppo bassa in relazione alla geometria dell’inserto scelto, una velocità minore e una placchetta che aiuta la rottura del truciolo risolverebbero questa situazione. Se il raggio di punta è troppo grande si deve utilizzare una placchetta più “spigolosa” per accorciarlo. Anche l’angolo di attacco dell’utensile sul pezzo determina il tipo di truciolo: se l’utensile permette un ampio angolo di registrazione, è bene provare a ruotarlo fino a raggiungere una lunghezza del truciolo accettabile, fermo restando tutti gli altri parametri.
- Truciolo troppo corto: Al contrario, quando i trucioli sono molto corti si incollano fra loro e difficilmente si staccano dal pezzo in lavorazione. Questa difficoltà di distacco riduce la durata degli utensili e spesso determina la rottura dell’inserto a causa delle forze elevate che si distribuiscono sul tagliente. Un truciolo troppo corto implica una natura intermittente del processo di lavorazione meccanica. Ciò si traduce spesso nel danneggiamento del tagliente, che sarà più propenso a micro-rotture e scheggiature precoci. La conseguenza diretta è una significativa riduzione della durata utensile e della qualità superficiale del pezzo, viste le micro-vibrazioni.
Mantenere un avanzamento elevato contribuisce ad accentuare questo “difetto”, per cui questo parametro andrebbe ridotto. In questo caso, un inserto monolaterale con geometria per avanzamenti elevati è consigliato. Si deve anche ridurre l’angolo di punta dell’inserto, e l’angolo di registrazione dovrà essere il più piccolo possibile, quindi con un grande angolo di attacco.
Trucioli e Finitura Superficiale
Quando i trucioli si rompono contro il pezzo in lavorazione lasciano segni sulla superficie finita, che si presenta con un aspetto irregolare sia al tatto che alla vista e non risulta conforme alle tolleranze di rugosità richieste. In questo caso, la scelta dell’utensile è di fondamentale importanza e si dovranno usare inserti positivi, ridurre la profondità di taglio e modificare l’angolo di registrazione dell’utensile.
Non è sempre il truciolo a rendere la superficie irregolare: l’eccessiva usura del tagliente dell’utensile e una velocità di taglio eccessiva possono provocare questo difetto. Un avanzamento troppo alto abbinato ad un raggio di punta troppo piccolo genera inevitabilmente una superficie ruvida. La superficie del pezzo potrebbe essere rovinata anche dalle bave, che si presentano in uscita del tagliente dal pezzo quando l’avanzamento è troppo basso o il tagliente stesso ha perso la giusta affilatura. Per ridurre il rischio bave, vengono utilizzati inserti rivestiti in PVD e inserti con piccolo angolo di registrazione (grande angolo di attacco).
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Il Ruolo del Rompitruciolo
Il rompitruciolo non è semplicemente una “scanalatura che rompe i trucioli”; si riferisce all’intero insieme di specifiche del tagliente, includendo non solo la rottura del truciolo ma anche il controllo della resistenza al taglio e la robustezza del tagliente. Selezionare un rompitruciolo significa scegliere l’equilibrio ottimale di questi tre fattori.
Un rompitruciolo non è “sempre necessario”, né è vero che “più forte lavora, meglio è”. Un rompitruciolo che limita il truciolo aumenta la resistenza. Quando si enfatizza la rottura del truciolo, il vincolo del truciolo da parte del rompitruciolo aumenta lo spessore del truciolo, creando trucioli che hanno maggiori probabilità di graffiare la parete lavorata. Questo indica che il rompitruciolo sta vincolando il truciolo troppo fortemente. La selezione del rompitruciolo non si esaurisce con la sola geometria del rompitruciolo, essendo determinata dalla combinazione di avanzamento, profondità di taglio, velocità e refrigerante.
Ogni rompitruciolo ha il proprio intervallo adatto di profondità di taglio e avanzamento. L’asse orizzontale mostra l’avanzamento (f), l’asse verticale mostra la profondità di taglio (ap) e l’intervallo applicabile di ogni rompitruciolo è indicato come un’area. Esistono categorie di finitura, taglio medio e sgrossatura:
- I rompitrucioli progettati con un’enfasi sull’affilatezza in intervalli di basso avanzamento e bassa profondità di taglio sono vantaggiosi per la qualità della superficie e mantengono bassa la resistenza al taglio.
- I rompitrucioli più versatili sono progettati per coprire facilmente un’ampia gamma di condizioni.
- I design robusti supportano elevate profondità di taglio, alti avanzamenti e tagli pesanti.
Il controllo della forma del truciolo è cruciale: l’ideale è una forma che sia “né troppo corta, né troppo lunga e facile da evacuare”, meglio ancora se a spirale aperta. Se il rompitruciolo funziona bene si ottengono spirali che si spezzano ogni 5-10 cm, e questo è un bene.
Formazione del Truciolo in Base al Materiale: Classificazione ISO
La formazione del truciolo e il modo in cui esso si presenta varia molto in base al materiale del componente in lavorazione. Infatti, le sue proprietà plastiche ed elastiche impattano notevolmente: alcuni materiali producono trucioli più lunghi, altri trucioli lunghi e pastosi, altri ancora tendono a generare trucioli più corti. L'industria del taglio dei metalli produce un'enorme varietà di componenti, realizzati a partire da materiali diversi. Ogni materiale ha caratteristiche proprie e uniche, influenzate dagli elementi leganti, dal trattamento termico, dalla durezza, ecc. Questi, a loro volta, influiscono notevolmente sulla scelta della geometria, della qualità e dei dati di taglio da impiegare. La lavorabilità, in senso lato, comprende la capacità del materiale del pezzo di lavorare, l'usura che crea sul tagliente e la formazione del truciolo che si può ottenere.
Dividere i materiali in sei gruppi diversi non fornisce informazioni sufficienti per selezionare la geometria, la qualità e i dati di taglio corretti dell'utensile da taglio, per cui i gruppi devono essere ulteriormente suddivisi in sottogruppi. Sandvik Coromant, ad esempio, ha generato una nuova classificazione dei materiali per fornire raccomandazioni ancora più specifiche, descrivendo non solo la composizione del materiale, ma anche il processo di produzione e il trattamento termico. Di seguito, un riepilogo delle caratteristiche di formazione del truciolo per ciascun gruppo ISO:
| Gruppo ISO | Materiale | Caratteristiche del Materiale | Formazione del Truciolo Tipica | Note Aggiuntive |
|---|---|---|---|---|
| ISO P | Acciai (non legati, legati, getti, acciai inossidabili ferritici e martensitici) | Grande gruppo, duttilità elevata. La lavorabilità dipende dal contenuto di lega e trattamento termico. Lo zolfo migliora la lavorabilità e la rottura dei trucioli. Le inclusioni (Al2O3) possono peggiorare la lavorabilità. | Trucioli piuttosto lunghi. Difficoltà di rottura e tendenza all'incollamento negli acciai a basso tenore di carbonio. | Per acciai a basso tenore di carbonio, alte velocità di taglio e geometrie affilate riducono l'incollamento. In tornitura, profondità di taglio vicina o superiore al raggio di punta per controllo truciolo. |
| ISO M | Acciai Inossidabili (ferritici, martensitici, austenitici, duplex) | Contengono almeno 12% Cr, altre leghe includono Ni, Mo. Bassa duttilità, lavorabilità difficile, natura adesiva. Inclinazione all'incrudimento per austenitici, alta resistenza per duplex. | Tendono a formare tagliente di riporto (incollamento del truciolo). Austenitici producono trucioli tenaci, lunghi e continui, difficili da rompere. Duplex produce trucioli molto tenaci. | Ferritici/Martensitici (classificati come ISO P) hanno buona lavorabilità. Austenitici richiedono spigoli vivi e geometria positiva. Duplex beneficia di angoli di registrazione piccoli per evitare bave e usura ad intaglio. |
| ISO K | Ghisa (grigia, nodulare, malleabile, a grafite compatta, austemperata) | Composto di Fe-C con 1-3% Si e >2% C. Bassa duttilità. Ghise grigie e malleabili facili da lavorare. Ghise nodulari, compatte e austemperate più difficili. | Materiale a truciolo corto con buon controllo truciolo. Ghisa grigia ha elevate proprietà auto-rompenti. Ghisa nodulare forte tendenza a formare tagliente di riporto. | Lavorate tradizionalmente a secco. Ghisa nodulare: usura da adesione dominante per materiali più teneri. CGI genera forze di taglio più elevate e più calore. |
| ISO N | Metalli Non Ferrosi (alluminio, rame, ottone, ecc.) | Metalli più teneri. L'alluminio con alto contenuto di Si è molto abrasivo. Bassa duttilità, natura adesiva. | Tendono a produrre trucioli lunghi (leghe di alluminio) o relativamente corti (leghe di rame). Tendono a formare tagliente di riporto. | Richiedono taglienti affilati e geometria positiva. |
| ISO S | Superleghe resistenti al calore (base Fe, Ni, Co, Ti) | Materiali fortemente legati. Appiccicosi, creano tagliente di riporto, si induriscono durante la lavorazione (incrudimento), generano calore. Elevata resistenza alla trazione e alla corrosione a caldo. | Tendono a formare tagliente di riporto (incollamento del truciolo). Trucioli duri a causa dell'incrudimento. | Materiali difficili da lavorare. Utilizzati principalmente in finitura. Le elevate forze di taglio dinamiche creano un carico pesante sul tagliente. |
| ISO H | Acciai Duri (45-65 HRc, ghisa in conchiglia 400-600 HB) | Durezza elevata. Bassa duttilità. | Facilitano la formazione di trucioli corti, generalmente non difficilmente gestibili. | La durezza li rende difficili da lavorare. |
| O | Altro (Termoplastici, compositi, gomma, grafite) | Materiali non classificati ISO. | La formazione del truciolo è specifica per ciascun materiale, spesso con geometrie che prevengono l'incollamento o facilitano l'evacuazione. | Richiedono soluzioni di taglio altamente specializzate. |
Consigli Pratici per il Controllo del Truciolo
Se il truciolo prima ha una spirale lunga e omogenea e poi cambia, diventando frammentato, c'è qualcosa che non va. In tal caso, è fondamentale interrompere la lavorazione e controllare i parametri, poiché significa che sono sballati. Un vecchio trucco da meccanico è quello di conservare in officina dei campioni di trucioli che descrivono situazioni differenti (taglio ottimale, tagliente usurato, parametri inadeguati), così da poter confrontare rapidamente e capire se c'è qualcosa che non va o se tutto procede al meglio.
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