Per qualsiasi taglio di precisione serve lo strumento giusto, adeguato al tipo di lavorazione che andrai a fare: questo strumento è l’inserto e il portainserto. In questo articolo vedremo quindi cosa sono, come funzionano e come scegliere l’inserto per tornitura corretto.
Gli inserti sono utilizzati in tutte le lavorazioni meccaniche. Nel mondo della lavorazione meccanica, gli inserti di tornitura rivestono un ruolo cruciale, rappresentando uno dei principali fattori che determinano la qualità e l’efficienza del processo produttivo. Questi strumenti, grazie alla loro sofisticata progettazione e alla continua evoluzione tecnologica, consentono di lavorare un’ampia varietà di materiali, dai più morbidi (alluminio, ottone, bronzo, rame) agli acciai ad alta resistenza (acciai che al loro interno presentano quantità di nichel, cromo e molibdeno), garantendo precisione e stabilità.
Esistono molti parametri da considerare nella scelta di un inserto di tornitura. La selezione dell’inserto da tornitura rappresenta una delle decisioni più critiche nel processo di asportazione truciolo. Un inserto correttamente scelto garantisce produttività elevata, finiture superficiali conformi alle specifiche, vita utensile ottimale e costi per pezzo contenuti. Una scelta errata, al contrario, si traduce in usura prematura, vibrazioni, finiture scadenti e, nei casi peggiori, rotture che compromettono il pezzo e la sicurezza dell’operatore.
Il mondo degli inserti per tornitura è immenso, soprattutto se si considera come il mercato non sia limitato ai modelli e alle geometrie standard, ma comprenda anche una varietà letteralmente infinita di inserti per tornitura su disegno realizzati interamente su misura.
Tipi di tornitura
Durante il processo di tornitura il pezzo compie un moto rotatorio mentre l’utensile, avanza secondo un moto per lo più rettilineo. Nel processo di tornitura, come sappiamo, il pezzo da lavorare ruota, mentre l’utensile avanza in modo rettilineo: durante tale processo, l’inserto penetra nel materiale e asporta trucioli, riducendo il pezzo alla geometria e alle dimensioni richieste.
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- Tornitura esterna: agiscono esternamente ad un pezzo.
- Tornitura interna: gli inserti lavorano internamente ad un pezzo cavo. Tornitura interna: l’inserto opera dentro un pezzo, che risulta dunque cavo.
Materiali degli inserti
Gli inserti vengono normalmente denominati, collettivamente, come inserti “in metallo duro”. Ma che cos’è questo metallo duro, esattamente? Normalmente la miscela di polveri che viene utilizzata per realizzare gli inserti per tornitura contiene particelle dure di carburo di Tungsteno e altre di carburo di Titanio, Tantalio o Niobio; queste sono tenute insieme da un metallo legante, che normalmente è il Cobalto.
Tutte queste componenti vengono compattate ad altissime pressioni, e sottoposte a sinterizzazione per alta temperatura in uno stampo ad alta precisione; a seguire, gli inserti così ottenuti vengono profilati e smussati, ed eventualmente rettificati con mole diamantate per le tolleranze più stringenti. Nonostante il metallo duro esibisca di per sé ottime caratteristiche e proprietà meccaniche, gli inserti per tornitura sono sottoposti a tali sollecitazioni che è necessario sfruttare materiali dalle caratteristiche assolutamente uniche.
Gli inserti di tornitura sono componenti essenziali per la realizzazione di lavorazioni meccaniche di alta precisione.
Il grado indica il materiale con cui è composto l'inserto (una miscela di polveri di metallo duro) ed il grado di bilanciamento tra la resistenza agli urti, al calore, all’usura.
- Carburo: I più diffusi, offrono una buona resistenza all’usura e prestazioni elevate in una vasta gamma di applicazioni.
- Cermet: Combina le proprietà dei carburi e delle ceramiche, offrendo un buon equilibrio tra durata e resistenza all’usura, risultando particolarmente indicati per applicazioni dove è richiesta un’alta precisione.
Rivestimenti degli inserti: CVD e PVD
Per migliorare le prestazioni dell’inserto, il metallo duro viene rivestito da uno strato costituito nitruri di carburi e ossidi. Sebbene il suo spessore sia molto limitato (qualche micron), i vantaggi sono molteplici.
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La sigla CVD indica che il rivestimento è stato applicato per Deposizione Chimica mediante Vapore. Si tratta di rivestimenti cosiddetti ad alto spessore, che nel caso specifico significa fino ai 20 micron.
Dopo aver inserito le pile di inserti in una fornace, nella camera viene introdotta una combinazione di gas. La deposizione prosegue con una specifica serie di gas fino al completamento degli strati di rivestimento. In questo caso lo spessore è di circa 3-6 micron. Il rivestimento è in nitruri di Titanio e Alluminio (TiAlN) e viene applicato a circa 500 °C.
A differenza della precedente, la sigla PVD indica una Deposizione Fisica mediante Vapore, e comporta un rivestimento a basso spessore, ossia compreso fra i 3 e i 6 micron complessivi, di Nitruri di Titanio e Alluminio. Rispetto agli inserti con rivestimento CVD, i PVD sono generalmente più tenaci.
Gli inserti vengono caricati nella camera di rivestimento in appositi vassoi. Sulle pareti della camera di reazione vengono sistemati dei target di metallo, di solito titanio. Questi vengono scaldati fino a raggiungere la temperatura di ionizzazione del metallo. Utilizzando un gas come vettore, gli ioni possono quindi essere trasportati dai target agli inserti e, dato che gli inserti sono più freddi, gli ioni si condensano sulla loro superficie fino a formare un rivestimento.
In questa procedura gli inserti vengono caricati in un’apposita camera, sulle cui pareti ci sono dei target composti dei metalli da usare per il rivestimento, che vengono portati a ionizzazione tramite incremento della temperatura fino a circa 500°. Usando un gas di trasporto, gli ioni vengono quindi portati fino agli inserti, dove si condensano per differenza di temperatura formando un rivestimento.
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Questo tipo di processo è di solito usato per la fresatura: lavorando con più taglienti in contemporanea aumenta infatti il tempo di raffreddamento ed è sufficiente quindi un rivestimento a basso spessore.
Nonostante quanto abbiamo detto dell’importanza e dei vantaggi dei rivestimenti, esiste una serie di lavorazioni per le quali si devono preferire inserti che non ne presentino. Si tratta delle lavorazioni che richiedono un’estrema affilatura del tagliente; qualsiasi rivestimento, infatti, inevitabilmente causa un microscopico arrotondamento del tagliente, andando a compromettere la perfezione del filo.
Nomenclatura degli inserti
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. Il sistema di codifica ISO per inserti da tornitura costituisce il linguaggio universale attraverso cui produttori e utilizzatori comunicano le caratteristiche geometriche e dimensionali di questi componenti. Comprendere questo sistema non è un esercizio accademico, ma una competenza operativa essenziale per ogni tornitore, attrezzista e responsabile di produzione che desideri ottimizzare i propri processi di lavorazione.
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.
Come ci si può aspettare, ogni lavorazione richiede l'utilizzo di un inserto appositamente realizzato per quello scopo (salvo casi particolari); prendendo una scatola di utensili ci sarà saltato all'occhio che sul fronte di questa scatola sono state stampate una serie di codici alfanumerici; questi indicano le specifiche tecniche di costruzione dell'inserto. Analizziamo questi codici nello specifico.
Cosa indicano i numeri e lettere degli inserti di tornitura
Prima posizione: Forma dell'inserto
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 stacciatura. Forma a E e C: quelle più frequentemente utilizzate, molto simili tra loro.
La scelta della forma dipende dall’angolo di registrazione del portautensile e dalla geometria del pezzo. Forme con angolo di punta acuto (V, D) offrono maggiore accessibilità per profili complessi ma minore robustezza; forme con angolo ottuso (C, W, S) garantiscono taglienti più resistenti ma limitano le possibilità di interpolazione.
Seconda posizione: Angolo di spoglia
2ª lettera: inserti positivi e negativi. Quando si parla di utilizzo di inserto positivo o negativo si fa riferimento al suo angolo di spoglia: con questo si intende la direzione e l’efficacia dell’evacuazione dei trucioli.
- L’ inserto negativo ha un angolo di spoglia inferiore a zero gradi ed è molto più resistente del positivo. Data la forma dell'inserto, una placchetta con angolo di spoglia uguale a 0°, necessiterà di un portautensile inclinato di 6° così da evitare il tallonamento. 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.
- -L’ inserto positivo ha un angolo di spoglia inferiore a sette gradi ed è meno resistente di quello negativo.
Terza posizione: Classe di tolleranza
La lettera stabilisce la classe di tolleranza che viene data rispetto al cerchio inscritto alla figura geometrica dell’inserto. La classe di tolleranza più comune è indicata da una M. La classe M è una tolleranza non molto precisa ma comunque una delle più utilizzate in tornitura e che corrisponde a ±0.05 mm.
Per operazioni di sgrossatura, la classe M risulta generalmente sufficiente e più economica. Le finiture di precisione e le lavorazioni con tolleranze strette richiedono inserti classe G o C, che garantiscono posizionamento ripetibile del tagliente e quote costanti anche dopo la sostituzione dell’inserto.
Quarta posizione: Caratteristiche costruttive
- Monolaterale con rompi-truciolo: La parte tagliente e il rompi-truciolo sono presenti solo da un lato. La parte tagliente e il rompi-truciolo sono presenti solo da un lato.
- Bilaterale con rompi-truciolo: La parte tagliente e il rompi-truciolo sono su entrambi i lati. La parte tagliente e il rompi-truciolo sono su entrambi i lati.
Quinta e sesta posizione: Dimensioni dell'inserto
Veniamo adesso alla spiegazione della parte composta dai numeri; che suddivideremo in prima, seconda e terza coppia di numeri.
La prima coppia numerica: la nomenclatura cambia a seconda che il produttore segua il sistema metrico europeo #ISO o lo standard americano #ANSI. La sigla I.C. indica il Cerchio Inscritto ed è una delle dimensioni principali di un inserto. In questo caso è un cerchio di diametro 9.525. La dimensione di un inserto dipende dalla sua forma e in base a questa si possono individuare 3 gruppi.
Settima e ottava posizione: Raggio di punta
La terza coppia di numeri si riferisce invece l’arrotondamento dell’angolo, chiamato anche “raggio di punta”. Nelle operazioni di finitura i raggi di punta influenzano i raggi interni che rimarranno sul profilo del pezzo. Adottando raggi di punta grandi svilupperemo maggiori forze di tipo radiale, che sono una delle fonti primarie di #vibrazioni.
Rompi truciolo
Questa coppia di lettere presente nella nomenclatura degli inserti per tornio si riferisce al tipo di tagliente e alla direzione di avanzamento. Come si può intuire dal termine, il rompitruciolo ha l'importante funzione di formare e rompere il truciolo durante la lavorazione di asportazione. Come è facile intuire dal nome, il rompi truciolo ha l’importante funzione di formare e rompere il truciolo durante la lavorazione.
Nelle nomenclature degli inserti troveremo varie lettere che indicano il tipo di lavorazione per cui il rompitruciolo può essere utilizzato (alcuni rompitruciolo possono essere usati per più tipologie di lavorazione). Uno stesso rompi-truciolo può essere comunque idoneo a più lavorazioni (es.
Materiale dell'inserto
L'ultima parte della nomenclatura di un inserto si riferisce alla qualità del metallo duro del pezzo.
Inserti per tornitura filetti
Per scegliere l'inserto più adatto a una determinata applicazione di tornitura dei filetti, è necessario considerare tipo di inserto, spoglia sul fianco/radiale e geometria dell'inserto.
Per la tornitura di un filetto, è possibile scegliere tre tipi di inserto principali;
- Inserti a profilo completo,
- con profilo a V
- a punta multipla.
L'inserto a profilo completo è il tipo di inserto più comune. Gli inserti con profilo a V non eseguono le creste dei filetti. Gli inserti a punta multipla sono simili agli inserti a profilo completo ma hanno più di una punta (NT>1).
Scegliere la corretta geometria di inserto è importante le operazioni di tornitura dei filetti. Per materiali con tendenza all'incollamento o all'incrudimento, ad es. Per materiali a truciolo lungo come quelli a basso tenore di carbonio.
L'angolo di spoglia tra l'inserto e il filetto è fondamentale per la tornitura precisa e accurata del filetto. L'angolo di spoglia inferiore del tagliente tra i lati dell'inserto e il fianco del filetto è indispensabile ad assicurare che l'usura dell'utensile si sviluppi uniformemente, per filetti di qualità alta e costante.
L'inserto dovrebbe quindi essere inclinato per ottenere la massima spoglia inferiore simmetrica sui fianchi (spoglia sul fianco) e il corretto profilo del filetto. I supporti per gli inserti servono a fornire differenti inclinazioni all'inserto, in modo che l'angolo di inclinazione (λ) dell'inserto sia uguale all'elica del filetto. Per un corretto angolo di spoglia inferiore radiale, gli inserti vengono inclinati a 10° o 15° nell'utensile.
Geometrie degli inserti
Selezionare la geometria dell'inserto in base all'operazione selezionata, ad es. Le geometrie per la tornitura possono essere suddivise in tre tipi di base ottimizzati, rispettivamente, per le operazioni di finitura, lavorazione media e sgrossatura.
- Combinazioni di profondità di taglio e avanzamento elevate.
- Operazioni di sgrossatura medio-leggera.
- Operazioni con profondità di taglio ridotte e basse velocità di avanzamento.
- La geometria raschiante -WMX è la scelta prioritaria e rappresenta un buon punto di partenza per la maggior parte delle applicazioni.
- -WF: per migliorare il controllo truciolo a valori inferiori di fn/ap.
- -WMX: sempre la scelta prioritaria nell'ampio campo di applicazione dei materiali che generano trucioli.
- -WR: quando è necessario un filo tagliente più robusto, ad es.
Geometria e qualità dell'inserto si complementano a vicenda.
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.
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.
Le forze assiali sono preferibili rispetto a quelle radiali.
Un inserto negativo ha un angolo di 90° (angolo di spoglia inferiore di 0°), mentre un inserto positivo ha un angolo inferiore a 90° (ad es. angolo di spoglia inferiore di 7°). L'illustrazione dell'inserto negativo mostra il modo in cui l'inserto è montato e inclinato nell'attacco.
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.
Tabella riepilogativa dei parametri di scelta
Riassumiamo i concetti principali in una tabella:
| Parametro | Descrizione | Influenza |
|---|---|---|
| Forma dell'inserto | Geometria della parte tagliente | Accessibilità, robustezza, numero di taglienti |
| Angolo di spoglia | Inclinazione della superficie di appoggio | Robustezza del tagliente, compatibilità con portautensili |
| Classe di tolleranza | Precisione dimensionale dell'inserto | Precisione di posizionamento, ripetibilità |
| Caratteristiche costruttive | Presenza di foro e rompitruciolo | Fissaggio, controllo del truciolo |
| Dimensioni dell'inserto | Lunghezza del lato o diametro | Robustezza strutturale, numero di passate |
| Spessore dell'inserto | Spessore della parte tagliente | Rigidità, resistenza alle sollecitazioni |
| Raggio di punta | Arrotondamento dell'angolo di taglio | Finitura superficiale, robustezza, avanzamento massimo |