Processo di Fonderia e Lavorazione per Asportazione di Truciolo: Differenze Chiave

Immaginate, una mattina, di non avere più la vostra auto per recarvi al lavoro. O di non avere i vostri biscotti preferiti per fare colazione. O ancora, di non avere acqua corrente in casa. Si tratta di situazioni tra loro diversissime, ma che hanno un denominatore comune: sarebbero tutte reali se, di colpo, non esistessero più le fonderie. Le fonderie realizzano prodotti metallici (detti getti o fusioni) con forma e caratteristiche fisiche e metallurgiche ben definite. L'industria delle fonderie è un comparto molto diversificato e fondamentale per la produzione di numerosi oggetti di uso quotidiano e industriale.

Parallelamente, un altro pilastro dell'industria manifatturiera è la lavorazione per asportazione di truciolo, una tecnica di fabbricazione che prevede la rimozione di materiale da un pezzo grezzo per ottenere la forma desiderata. Questo processo viene eseguito utilizzando utensili da taglio che possono essere montati su macchine utensili come torni, fresatrici, trapani e rettificatrici. In questo articolo esploreremo le caratteristiche distintive di entrambi i processi, le loro applicazioni e le specificità della lavorazione per asportazione di truciolo, con particolare attenzione alla formazione e gestione del truciolo stesso.

Il Processo di Fonderia

La fonderia è un processo manifatturiero antico e complesso, essenziale per la creazione di componenti metallici di diverse forme e dimensioni. Quasi tutti i prodotti realizzati in fonderia sono elaborati sulla base di un disegno del committente.

Fasi della Fonderia

1. Progettazione del pezzo: È il punto di partenza, dove si definiscono le specifiche del prodotto finale.
2. Predisposizione della forma: Durante la fase di formatura viene predisposta l’impronta che riproduce, in negativo, la geometria esterna del pezzo da realizzare. Tale impronta si ottiene costipando la terra di formatura, contenuta all’interno di un apposito telaio, contro il modello precedentemente realizzato. Poiché la forma deve resistere al calore rilasciato dal materiale fuso, viene realizzata in materiali refrattari, quali terre e sabbie (per metalli ad alto punto di fusione), o metallici (per materiali a basso punto di fusione).
3. Colata: Il metallo fuso viene versato nello stampo.
4. Solidificazione: Il metallo si raffredda e solidifica prendendo la forma dello stampo.
5. Finitura: Il getto viene separato dalle parti metalliche costituenti il sistema di colata (canali e attacchi di colata) e di alimentazione (materozze), nelle operazioni di smaterozzatura. Seguono poi eventuali trattamenti termici e meccanici.

La Lavorazione per Asportazione di Truciolo

La lavorazione per asportazione di truciolo è un processo manifatturiero che, a differenza della fonderia che crea una forma da zero tramite fusione, parte da un pezzo grezzo e lo modella rimuovendo materiale. Durante il taglio, il materiale viene continuamente rimosso da un vuoto attraverso un bordo di taglio di uno strumento, per cui i chip nominati vengono prodotti come un prodotto di scarto. La lavorazione è uno dei processi di produzione più utilizzati, che ha acquisito grande importanza nel settore della lavorazione dei metalli.

Principi e Operazioni Principali

In generale, nella lavorazione per asportazione di truciolo si distingue tra la lavorazione con utensili a tagliente geometricamente definito e indefinito. Mentre nella lavorazione a tagliente definito - come ad esempio nella fresatura o tornitura - la forma del tagliente è nota, nella lavorazione a tagliente indefinito - come nella rettifica - è possibile solo una descrizione statistica della geometria dell’utensile. Fanno parte di questa categoria operazioni come tornitura, fresatura, foratura, alesatura, filettatura.

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Le precisione e la qualità superficiale ottenute tramite questi processi li rendono essenziali in molte industrie, tra cui l'automotive, l'aerospaziale e la manifatturiera.

• Tornitura: La tornitura è un processo di lavorazione in cui il pezzo viene fatto ruotare mentre un utensile da taglio viene fatto avanzare lungo la superficie del pezzo. Questo processo è ideale per la produzione di parti cilindriche e coniche. È un metodo di taglio che viene utilizzato principalmente per la produzione di componenti simmetrici rotazionali. Durante la rotazione, il pezzo da lavorare è impostato in rotazione, per cui lo strumento sposta il contorno da produrre e quindi trasferisce materiale.
• Fresatura: La fresatura viene utilizzata, ad esempio, per la produzione di scanalature, gradini, tasche, contorni o superfici. A differenza della tornitura, lo strumento e non il pezzo vengono spostati durante la fresatura.
• Foratura: La foratura è un processo di lavorazione utilizzato per creare fori cilindrici nel materiale utilizzando un utensile da taglio chiamato punta. Durante la perforazione, lo strumento viene spostato in un movimento di taglio circolare ed esegue simultaneamente un movimento di alimentazione nella direzione dell'asse di rotazione. A seconda del profilo del foro desiderato, vengono utilizzati vari metodi di perforazione come la perforazione nel materiale completo, la perforazione, la sfregatura, la maschiatura e la rettifica del profilo.
• Rettifica: La rettifica è un processo di finitura utilizzato per ottenere una superficie molto liscia e dimensioni precise attraverso l'abrasione con una mola. È una lavorazione per asportazione discontinua.

Il Truciolo: Materiale di Scarto e Indicatore di Processo

Quando ti occupi di lavorazioni meccaniche, come ad esempio la foratura ma anche la tornitura e la fresatura CNC, c'è un aspetto che deve essere gestito con estrema attenzione: l'asportazione del truciolo. Si tratta dell'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. Il materiale più diffuso per queste lavorazioni è l'acciaio, caratterizzato da un tenore di carbonio inferiore al 2% e può essere combinato con vari elementi leganti per facilitare la lavorazione. Inoltre, il chipping viene utilizzato anche per ulteriori materiali di ferro come ghisa e anche per metalli non ferrosi come alluminio, titanio, magnesio e rame. Oltre all'industria della lavorazione dei metalli, i processi di assemblaggio dei trucioli vengono utilizzati anche nella lavorazione del legno e della plastica.

Il concetto dietro la sua formazione 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 ha un piano inclinato dove il materiale si separa dal pezzo e viene spinto verso l'alto dall'utensile.

Parametri che Influenzano la Formazione del Truciolo

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.

Il grafico sopra mostra la velocità di taglio ottimale per diversi materiali comunemente lavorati, come acciaio, alluminio e ghisa.

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Tipologie di Truciolo e Loro Implicazioni

In primo luogo, dalla forma del truciolo determiniamo la qualità della lavorazione. Ma questo elemento ci può aiutare a capire anche se l'utensile ormai è usurato e deve essere cambiato, così come possono determinare la buona riuscita della lavorazione. Non a caso diversi utensili da taglio, come quelli saldobrasati per la tornitura di Krino, hanno delle forme che permettono di estrudere i trucioli in modo efficace: se si reintroducono nel processo di lavorazione possono graffiare la superficie lavorata o surriscaldare l'utensile.

Quando avviene la formazione di truciolo nelle lavorazioni meccaniche di precisione, viene ad essere deformato plasticamente il materiale. La geometria del contatto tra quest’ultimo e l’utensile determina la fuoriuscita di truciolo, quindi del residuo del materiale che si sta asportando. La fuoriuscita di questo materiale in eccesso può avvenire sostanzialmente in 3 modi:

• Il truciolo si stacca autonomamente dal resto del grezzo.
• Il truciolo si rompe contro l’utensile.
• Il truciolo si rompe contro il materiale.

Il tipo di processo, tra questi, dipende da alcuni fattori come il materiale in questione, la temperatura ecc. Ad ogni modo, in base alla loro forma, è possibile distinguere 3 tipologie principali di truciolo:

1. Truciolo continuo: Questo tipo, quando si distacca dal materiale, assume una forma come a molla. La misura dello spessore è molto simile a quella della lunghezza. Il truciolo continuo viene a formarsi generalmente in condizioni come: durante la lavorazione si impiega un’alta velocità di taglio e una bassa profondità di taglio. Inoltre spesso vi sono grandi angoli di spoglia e viene utilizzato il lubrorefrigerante. Questa condizione può essere pericolosa perché il truciolo lungo e a spirale si avvolge intorno al pezzo o all'utensile. Quando il rompitruciolo funziona bene si hanno spirali che si spezzano ogni 5-10 cm, e questo è un bene.
2. Truciolo segmentato: Questo tipo si presenta appunto come segmentato in quanto la frammentazione e il distacco hanno una modalità intermittente. Generalmente viene a formarsi 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. Se il truciolo, invece, è discontinuo o frammentato la velocità di taglio può essere troppo bassa o il tagliente ha una geometria inadeguata, oppure ancora c'è un eccesso di vibrazioni o di irregolarità nell'avanzamento.
3. Truciolo continuo con formazione del tagliente di riporto: Questo tipo 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, impiego di poco lubrorefrigerante. Il tagliente di riporto impatta negativamente sulla qualità della superficie del componente meccanico.

Inoltre, a proposito di forma, essa varia anche in base alla lavorazione meccanica per asportazione truciolo che si va a realizzare. Ad esempio, nella tornitura il truciolo assume un caratteristico aspetto a ricciolo, mentre nella foratura la forma è più elicoidale. Nell’asportazione discontinua come la piallatura, il truciolo assume forme ancora diverse.

Formazione del Truciolo in Base al Materiale (Gruppi ISO)

La formazione del truciolo ed 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. In particolare, è possibile operare una classificazione: infatti ogni gruppo ISO (P, M, K, N, S e H) produce trucioli caratteristici. Nella scelta degli utensili e delle condizioni di taglio, è utile considerare queste differenze specifiche per ottenere i migliori risultati.

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Vediamo appunto quali sono le principali differenze:

Gruppo Materiale ISO	Caratteristiche di Duttilità	Tipo di Truciolo Predominante	Implicazioni
P (Acciai, ampia varietà)	Abbastanza elevata	Lungo e continuo	Necessità di gestire lunghezza e forma per evitare avvolgimenti.
K (Ghisa), H (Acciai duri)	Bassa	Corto e frammentato	Generalmente di facile gestione.
M (Acciaio inox), S (Superleghe), N (Metalli non ferrosi)	Bassa, natura adesiva	Tendenza al tagliente di riporto	Maggiore attenzione alla lubrificazione e alle condizioni di taglio per evitare incollamento.

Implicazioni dei Diversi Tipi di Truciolo

Diversi tipi di truciolo hanno diverse implicazioni. Questi residui di materiale, come visto, possono avere diverse forme e dimensioni. Vanno infatti da quelli molto corti a quelli molto lunghi. In linea di massima, un truciolo ideale dovrebbe essere non troppo corto né troppo lungo.

• 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.
• Truciolo troppo lungo: Invece può essere meno vantaggioso per il processo di taglio in sé. Infatti potrebbe portare ad arresti di produzione dovuti a problematiche di rimozione truciolo 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. D’altro canto però, il truciolo lungo e ben formato è migliore sotto altri aspetti: implica una riduzione delle micro-vibrazioni durante il processo. Ciò si traduce in una migliore qualità superficiale del pezzo in lavorazione. Un altro aspetto in cui risulta più vantaggioso è la durata dell’utensile.

Complessivamente, come detto, i trucioli ideali sono quelli di dimensione intermedia. Meglio ancora se a spirale aperta. 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 puoi confrontare rapidamente e capire se c'è qualcosa che non va o se tutto procede al meglio.

I residui di truciolo possono essere raccolti e poi 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.

Applicazioni e Importanza della Lavorazione per Asportazione di Truciolo

Le lavorazioni per asportazione di truciolo trovano applicazione in molti settori, tra cui:

• Industria Automobilistica: Produzione di componenti motore, alberi, ingranaggi e strutture.
• Industria Aerospaziale: Lavorazione di parti strutturali, turbine e componenti di precisione.
• Manifattura Generale: Produzione di utensili, stampi, parti di macchine e attrezzature.

Le lavorazioni per asportazione di truciolo rappresentano una tecnologia essenziale per le aziende che desiderano produrre componenti di alta precisione e qualità. L'adozione di macchine utensili avanzate e tecniche di lavorazione innovative può migliorare significativamente l'efficienza produttiva, ridurre i tempi di ciclo e abbassare i costi operativi. Sempre più moderni centri di lavorazione CNC sono utilizzati oggi, soprattutto nel campo della produzione di serie. Gli utensili CNC sono dotati di un tavolo e sono in grado di lavorare il pezzo in modo indipendente e automatico. Oggi, oltre alle macchine manuali convenzionali, strumenti CNC all'avanguardia con una vasta automazione dei processi di lavoro vengono utilizzati.

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