La tornitura è un processo di produzione industriale ottenuta per asportazione di truciolo. Viene definita da un moto rotatorio del pezzo e un moto per lo più rettilineo dell’utensile. Il tagliente dell’utensile penetra nel materiale del pezzo e ne stacca la parte in eccesso (sovra metallo). Questo processo è fondamentale per la creazione di componenti con geometrie precise e tolleranze ristrette, caratteristiche cruciali nella lavorazione di materiali come il bronzo e il bronzo alluminio.
Proprietà e Vantaggi del Bronzo e del Bronzo Alluminio
Il bronzo è un metallo dalle caratteristiche tecniche ed estetiche molto elevate, che trova ampio utilizzo in diversi settori industriali. Conosciuto ed apprezzato per la sua duttilità e per la resistenza alla corrosione, il bronzo trova largo impiego nel settore industriale per la produzione di valvole, ingranaggi, organi di trasmissione, cuscinetti e altri componenti meccanici. In base alla sua composizione, può risultare più o meno leggero o presentare una differente permeabilità magnetica.
Le leghe di bronzo sono ricche di risorse grazie alla loro composizione, che può essere personalizzata per aumentare proprietà specifiche come la resistenza all'usura o la conducibilità elettrica.
Il bronzo alluminio, in particolare, è una lega dal fascino antico prodotta unendo rame, alluminio, nichel e stagno, metalli di alta qualità che vanno a formare un materiale leggero, ma dotato di una buona resistenza all’usura. Il bronzo alluminato, ad esempio, offre un'eccellente forza e resistenza alla corrosione, anche in ambiente marino; è utile su pompe, valvole e ingranaggi gravosi.
La Tornitura Automatica e CNC: Principi e Precisione
In sintesi, la tornitura automatica è un processo di lavorazione meccanica utilizzato per produrre pezzi di alta precisione e qualità partendo da barre o tubi metallici, mediante esportazione di materiale. Le macchine per la tornitura automatica utilizzano un mandrino rotante che sostiene il pezzo in lavorazione mentre un utensile da taglio rimuove il materiale.
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L’utensile è progettato per tagliare il metallo in modo preciso e controllato, consentendo l’ottenimento di elementi di alta qualità. Il processo permette inoltre la realizzazione di componenti di alta precisione, consentendo tolleranze molto ristrette. Le tolleranze rappresentano la variazione consentita nelle dimensioni di un pezzo e si esprimono in relazione alla dimensione nominale. Nella tornitura automatica, le tolleranze possono essere di pochi micron, assicurando dimensioni precise e uniformi dei componenti.
Il processo permette inoltre la realizzazione di geometrie complesse, difficili o impossibili da ottenere con altri metodi di lavorazione. Ciò si deve alla presenza di utensili da taglio specifici in grado di tagliare il metallo in forme complesse e controllate. Inoltre, la tornitura automatica è rapida ed efficiente in termini di tempi di produzione. Ciò si deve alla possibilità di lavorare contemporaneamente più pezzi, permettendo una produzione di massa efficiente.
I componenti così ottenuti trovano impiego in numerosi settori e sono particolarmente indicati per produzioni di pezzi ad alta precisione e geometrie complesse. Il processo è rapido ed efficiente e consente la produzione su larga scala con tolleranze ristrette.
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Lavorabilità delle Leghe di Bronzo
Sì, il bronzo ha generalmente un'eccellente lavorabilità. La maggior parte delle leghe di bronzo taglia in modo pulito, produce trucioli gestibili e consente di ottenere buone finiture superficiali senza un'eccessiva usura degli utensili. Tuttavia, la lavorabilità varia in modo significativo tra le diverse leghe di bronzo: i bronzi contenenti piombo offrono una lavorabilità superiore, mentre i bronzi di alluminio presentano maggiori difficoltà.
Il bronzo all'alluminio è noto per la sua eccellente resistenza alla corrosione, motivo per cui viene utilizzato in ambienti marini; tuttavia, può essere difficile da lavorare a causa della sua durezza. D'altra parte, il bronzo per cuscinetti, come il SAE 660 (C93200), presenta un'eccellente lavorabilità, che lo rende una scelta favorevole per boccole e cuscinetti.
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La sua particolare duttilità ne aumenta le possibilità produttive, ma porta alla formazione di trucioli lunghi e fibrosi che, se non rimossi, possono ostacolare l’avanzamento degli utensili di taglio. Di conseguenza la lavorazione meccanica del bronzo può risultare complessa e richiede un parco macchine specializzato.
La tabella seguente riassume le classificazioni di lavorabilità delle leghe di bronzo più comuni, in base agli standard industriali. Le classificazioni sono relative all'ottone per la lavorazione libera (C36000), a cui è stato assegnato un indice di lavorabilità pari a 100.
| Lega di bronzo | Valutazione della lavorabilità | Caratteristiche principali | Applicazioni |
|---|---|---|---|
| Bronzo all'alluminio (C95400) | 60 | Alta resistenza, eccellente resistenza alla corrosione | Componenti per valvole, raccordi marini |
| Bronzo allo stagno (C90500) | 70 | Buona resistenza all'usura, lavorabilità moderata | Ingranaggi, cuscinetti |
| Bronzo fosforoso (C51000) | 80 | Grana fine, elevata elasticità, basso attrito | Connettori elettrici, molle |
| Bronzo al silicio (C65500) | 75 | Resistenza alla corrosione, buona saldabilità | Elementi architettonici, elementi di fissaggio |
| Cuscinetto in bronzo (C93200) | 85 | Eccellente lavorabilità, proprietà di basso attrito | Boccole, cuscinetti |
Processo di Lavorazione del Bronzo Passo Dopo Passo
Il processo di lavorazione del bronzo è un'azione sistematica che garantisce alta precisione, qualità ed efficienza nella produzione di pezzi in bronzo. Ogni fase è importante per raggiungere il risultato desiderato, dalla selezione del materiale all'ispezione finale.
Fase 1: Selezione della giusta lega di bronzo
Il processo di lavorazione inizia con la scelta della lega di bronzo appropriata, che influisce direttamente sulla lavorabilità e sulle prestazioni del pezzo. Leghe come il bronzo all'alluminio sono scelte per la loro eccellente resistenza alla corrosione nelle applicazioni marine, mentre il bronzo per cuscinetti (C93200) è scelto per le sue proprietà di basso attrito nelle boccole. Nella selezione, si tiene conto di fattori quali la resistenza all'usura, la struttura a grana fine e l'esposizione ambientale.
Fase 2: Preparazione del progetto del pezzo e fissaggio
Il software CAD viene utilizzato per sviluppare la progettazione del pezzo, che definisce geometrie complesse, tolleranze strette e requisiti di finitura superficiale. Il pezzo in bronzo viene quindi fissato saldamente in una macchina CNC per garantire la stabilità e l'allineamento, evitando le vibrazioni durante la lavorazione. Una corretta impostazione è fondamentale per ottenere un'elevata precisione ed evitare difetti nei pezzi lavorati a CNC.
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Fase 3: Selezione degli utensili da taglio e dei parametri di lavorazione
Gli utensili da taglio in metallo duro sono comunemente scelti per la loro durata quando si lavorano leghe di bronzo come il bronzo fosforoso o il bronzo allo stagno. I parametri di lavorazione, che comprendono velocità di avanzamento, alte velocità e applicazione del refrigerante, sono ottimizzati per rimuovere il materiale nel modo più efficiente e per evitare il surriscaldamento. Queste impostazioni sono personalizzate in base alle proprietà della lega di bronzo per aumentare la durata dell'utensile e la qualità della superficie.
Fase 4: Esecuzione del processo di lavorazione
Le tecniche di lavorazione CNC, come la foratura, la fresatura o la tornitura, sono coinvolte nel processo di lavorazione, a seconda del design del pezzo, come i cuscinetti o i componenti delle valvole. Il materiale viene rimosso dal pezzo di bronzo con l'ausilio di un utensile da taglio, che lo modella nella forma desiderata con grande precisione. I refrigeranti vengono utilizzati per mantenere una finitura di alta qualità e garantire un'efficiente rimozione del materiale.
Fase 5: Finitura delle parti lavorate a CNC
Una volta eseguita la lavorazione, i pezzi di bronzo vengono esaminati con precisi strumenti di misura per verificarne la precisione dimensionale, la finitura superficiale e il rispetto di tolleranze ristrette. Per aumentare la durezza della superficie o migliorare la resistenza alla corrosione, vengono applicati processi di post-lavorazione, come la lucidatura o le soluzioni chimiche. Questa fase garantisce che i pezzi soddisfino i severi requisiti delle applicazioni industriali.
Tecniche Specifiche di Lavorazione del Bronzo: La Tornitura CNC
Per la lavorazione del bronzo viene utilizzata un'ampia varietà di tecniche, ciascuna adatta a geometrie specifiche dei pezzi e ai requisiti applicativi. I metodi seguenti sfruttano la lavorazione CNC e gli utensili da taglio specializzati per ottenere un'elevata precisione e un'eccellente finitura superficiale dei pezzi in bronzo.
La tornitura CNC del bronzo è ideale per la creazione di pezzi cilindrici in bronzo, come cuscinetti e connettori elettrici. Il pezzo di bronzo ruota mentre un utensile da taglio fermo lo modella, garantendo un'elevata precisione e una finitura superficiale liscia. Il bronzo allo stagno e il bronzo al silicio vengono spesso torniti grazie alla loro eccellente lavorabilità e resistenza all'usura in applicazioni pesanti.
Ottimizzazione dei Parametri di Lavorazione e Selezione degli Utensili
L'ottimizzazione dei parametri di lavorazione migliora notevolmente i risultati quando si lavora il bronzo.
Velocità di taglio e avanzamento consigliati
La tabella seguente fornisce raccomandazioni generali per la lavorazione di diverse leghe di bronzo:
| Tipo bronzo | Velocità di taglio (SFM) | Velocità di avanzamento (in/rev) | Profondità di taglio (in) |
|---|---|---|---|
| Bronzo al piombo | 300-600 | 0.005-0.020 | 0.050-0.250 |
| Bronzo allo stagno | 200-450 | 0.004-0.015 | 0.040-0.200 |
| Alluminio Bronzo | 150-350 | 0.003-0.012 | 0.030-0.150 |
Selezione degli utensili per la lavorazione del bronzo
Per ottenere risultati ottimali nella lavorazione del bronzo, si raccomanda l'uso di:
- Utensili in metallo duro per lavorazioni generali.
- Utensili in acciaio ad alta velocità (HSS) per applicazioni specifiche.
- Utensili con angoli di spoglia positivi (da 5° a 15°).
- Angoli di rilievo adeguati (da 5° a 10°).
- Facce dell'utensile lucidate per ridurre la formazione di spigoli.
Gli oli idrosolubili forniscono un eccellente raffreddamento e lubrificazione per la maggior parte delle operazioni di lavorazione del bronzo.
Sfide Comuni e Soluzioni nella Lavorazione del Bronzo
Anche se la lavorabilità del bronzo è generalmente buona, possono sorgere alcune sfide. La comprensione di queste sfide e delle loro soluzioni garantisce il successo della lavorazione.
Problemi di finitura superficiale
Il bronzo può talvolta sviluppare finiture superficiali scadenti a causa di:
- Bordo incorporato sugli utensili da taglio.
- Velocità di taglio inadeguate.
- Utensili opachi.
- Applicazione inadeguata del refrigerante.
Per ottenere finiture superficiali superiori sui componenti in bronzo, è essenziale adottare strategie come: Mantenere i taglienti affilati. Utilizzare un flusso di refrigerante appropriato diretto alla zona di taglio. Applicare velocità di taglio più elevate con avanzamenti moderati.
È inoltre fondamentale valutare l’uso di lubrorefrigerante per migliorare stabilità termica e qualità superficiale, specialmente nelle passate di finitura. Per garantire la massima precisione e evitare difetti geometrici indesiderati come l'ovalizzazione, è importante valutare scantonature/sgorbiature adeguate e controlli di circolarità e concentricità.
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Proprietà del Bronzo Lavorato e Applicazioni
Il bronzo lavorato presenta una combinazione di proprietà che lo rendono altamente resistente alle applicazioni più impegnative. Le sue proprietà di basso attrito e l'eccellente resistenza all'usura lo rendono ideale per i cuscinetti e le boccole dei macchinari industriali. Il bronzo ha un'eccellente resistenza alla corrosione, soprattutto in ambienti marini e in condizioni difficili, garantendo una lunga durata.
Alcune leghe di bronzo, come il bronzo al fosforo, hanno una struttura a grana fine che contribuisce alla loro elevata resistenza ed elasticità. Queste proprietà, unite alla capacità del bronzo di formare uno strato protettivo contro la corrosione dell'acqua salata, lo rendono un materiale ideale per le applicazioni marine. Inoltre, il fascino estetico del bronzo ne esalta l'impiego in elementi architettonici e strumenti musicali.
Applicazioni dei pezzi in bronzo
I pezzi in bronzo sono essenziali per molte industrie grazie alla loro durata, versatilità e proprietà uniche:
- Applicazioni marine: Il bronzo alluminato è ampiamente utilizzato in applicazioni marine, come eliche, raccordi e componenti di valvole, grazie alla sua eccellente resistenza alla corrosione in acqua salata. La sua elevata resistenza garantisce l'affidabilità in ambienti marini. Queste parti in bronzo assicurano un funzionamento regolare nelle applicazioni più gravose. La resistenza all'usura del bronzo lo rende perfetto per le applicazioni ad alta usura, riducendo le esigenze di manutenzione.
- Componenti elettrici: Il bronzo fosforoso ha una struttura a grana fine e un'elasticità che lo rendono ideale per connettori elettrici e molle. Il basso attrito e la resistenza alla corrosione garantiscono prestazioni affidabili nei componenti elettrici. Queste proprietà rendono il bronzo fosforoso adatto alla lavorazione di precisione nell'elettronica.
- Usi architettonici ed estetici: Il bronzo al silicio ha proprietà di resistenza alla corrosione che lo rendono una scelta favorevole per elementi architettonici come ringhiere e dispositivi di fissaggio. La sua finitura di alta qualità migliora l'estetica delle strutture. La durata del bronzo lo rende adatto anche ad applicazioni esterne esposte a soluzioni chimiche.
- Strumenti musicali: Per le sue proprietà acustiche uniche e la sua struttura a grana fine, il bronzo fosforoso viene utilizzato in strumenti musicali come piatti e corde. La sua estetica contribuisce al fascino visivo dello strumento. L'elasticità e la resistenza alla corrosione del bronzo forniscono un grande vantaggio a queste parti in bronzo.
Selezione del Materiale in Bronzo per la Lavorazione
Per ottimizzare il processo di lavorazione e garantire che i pezzi lavorati CNC soddisfino le qualifiche, è necessario selezionare la lega di bronzo appropriata. La scelta della lega di bronzo giusta dipende da diversi fattori che ne influenzano la lavorabilità, le prestazioni e la durata.
Questi fattori includono:
- Resistenza alla corrosione: Le leghe di bronzo, come il bronzo all'alluminio e il bronzo al silicio, hanno un'eccellente resistenza alla corrosione e sono utilizzate in applicazioni marine o in presenza di sostanze chimiche.
- Resistenza all'usura e basso attrito: Il bronzo per cuscinetti (C93200) ha un'eccellente resistenza all'usura e proprietà di basso attrito, una scelta favorevole per cuscinetti e boccole in applicazioni ad alta usura.
- Lavorabilità: Alcune leghe di bronzo, come il bronzo per cuscinetti e il bronzo fosforoso, hanno un'eccezionale lavorabilità, che riduce l'usura dell'utensile da taglio e consente un'elevata precisione nei pezzi lavorati con macchine CNC.
- Resistenza ed elasticità: Il bronzo fosforoso ha una struttura a grana fine e una resistenza eccezionale, che garantisce l'elasticità per applicazioni impegnative come i connettori elettrici.
- Estetica: Il bronzo al silicio viene spesso scelto per elementi architettonici in cui sono essenziali una finitura di alta qualità e un'estetica accattivante, oltre alla resistenza alla corrosione.
- Ambiente: Le leghe di bronzo devono essere adattate all'ambiente operativo, come la resistenza alla corrosione dell'acqua salata per le applicazioni marine o la resistenza chimica per le applicazioni industriali.
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