La tornitura cava interna, un processo fondamentale nella lavorazione meccanica di precisione, presenta sfide uniche che richiedono strategie e utensili specifici per garantire risultati ottimali. Dalla gestione del truciolo alla stabilità dell'utensile, ogni aspetto gioca un ruolo cruciale nel successo dell'operazione. Questo articolo esplora le tecniche avanzate, la scelta degli utensili e i parametri operativi per eccellere nella tornitura cava interna.
Sfide e Soluzioni nella Tornitura Cava Interna
Le lunghe sporgenze e la difficile evacuazione del truciolo sono due delle principali difficoltà legate alla scanalatura interna. Le lunghe sporgenze possono creare problemi sia di flessione che di vibrazioni. Le vibrazioni e un'insoddisfacente evacuazione truciolo possono causare la rottura dell'inserto. Le difficoltà di evacuazione truciolo possono anche pregiudicare la qualità della finitura superficiale. Le vibrazioni possono essere evitate procedendo a diverse passate con un inserto più stretto. Terminare con un'operazione di finitura.
Un'altra strategia consiste nell'utilizzare un sistema modulare o integrale per la scelta dell'interfaccia macchina. La scelta tra un utensile destro o sinistro può influenzare l'efficacia dell'operazione.
Gestione del Truciolo e Refrigerazione
Nella finitura è sempre difficile ottenere un buon controllo truciolo, in particolare quando si tratta della lavorazione di punti di raccordo. L'uso di utensili per scanalatura interna con alimentazione interna del refrigerante è fondamentale, anche se la pressione massima del refrigerante nella macchina è bassa. Il refrigerante migliora l'evacuazione del truciolo e riduce il rischio di inceppamento del truciolo nella scanalatura, specialmente nelle scanalature profonde in un foro. L'adduzione di refrigerante ad alta precisione è consigliata per migliorare ulteriormente l'evacuazione del truciolo e ridurre il rischio di intasamento.
La refrigerazione non serve solo ad abbassare la temperatura, ma è un vettore meccanico per l'evacuazione del truciolo. Nei sistemi di troncatura con adduzione interna del refrigerante, il getto è indirizzato con precisione sia sulla faccia superiore (per il controllo del truciolo) sia sul fianco dell'inserto (per ridurre l'attrito). L'uso di emulsioni ad alta pressione (oltre i 40 bar) è altamente raccomandato per operazioni di scanalatura profonda.
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Cinque vantaggi tecnici della refrigerazione di precisione includono:
- Riduzione della temperatura sulla zona di contatto tagliente-pezzo per prevenire la deformazione plastica.
- Espulsione forzata del truciolo dalla sede di taglio, fondamentale in cave profonde e strette.
- Minore attrito sui fianchi dell'utensile, garantendo una migliore finitura superficiale (Ra inferiore).
- Aumento della velocità di taglio (Vc) fino al 30% rispetto alla refrigerazione esterna convenzionale.
- Maggiore costanza nella durata dell'utensile, permettendo una pianificazione precisa dei cambi inserto.
Scelta dell'Utensile e Parametri Operativi
Quando si procede alla scanalatura assiale sulla faccia di un componente, è importante scegliere gli utensili corretti. Sarà il raggio di curvatura della scanalatura a determinare la curvatura dell'utensile. Nella scanalatura frontale, l'evacuazione truciolo può rappresentare un problema proprio a causa della curva della scanalatura. Scegliere la gamma diametri della prima passata (DAXIN e DAXX). Utilizzare l’utensile per il diametro più grande che si adatta alla scanalatura. Un utensile per un diametro maggiore è meno curvo e quindi più rigido e stabile. Utilizzare l'inserto e l'utensile più larghi possibile per la scanalatura.
Per ottenere i migliori risultati nella scanalatura frontale, è consigliabile usare un sistema concepito appositamente per questa operazione. Tutti gli utensili standard per la scanalatura frontale sono progettati per coprire una gamma di diametri di prima passata. Per disporre di un utensile ottimizzato per la scanalatura da lavorare, è possibile investire in un portautensili Tailor Made. Questa lama è realizzata su misura per un certo diametro della prima passata e ha un forma regolare, più rigida rispetto alla forma a virgola della lama standard.
Per realizzare una scanalatura assiale in un componente, è importante scegliere l'utensile adatto all'inserto. L'utensile deve essere adattato al raggio di curvatura della scanalatura e dovrebbe quindi essere ricurvo. Iniziare sempre sul diametro più grande e lavorare verso l'interno. Un truciolo continuo è da preferire in questa fase per evitare l'intasamento da truciolo nella scanalatura stretta. Utilizzare interruzioni o microinterruzioni se si devono ottenere trucioli più corti. Le passate successive dovrebbero essere di 0.5‒ 0.8 × larghezza inserto. Dal momento che l'evacuazione truciolo risulta più semplice a questo punto, è possibile aumentare l'avanzamento del 30‒50%.
La tornitura laterale consente di ottenere un controllo truciolo migliore. Iniziare sul diametro più grande e lavorare verso il centro. Non avanzare partendo dallo spallamento e contro lo spallamento, lasciare gradini di 0.2 mm tra una passata e l'altra. La tornitura laterale è un processo più stabile rispetto alle operazioni di taglio con avanzamento assiale. Utilizzare la tornitura laterale per evitare le vibrazioni.
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Una scanalatura interna può essere lavorata anche con una singola passata seguita da tornitura a tuffo. Iniziare sempre il più vicino possibile al fondo del foro e lavorare verso l'esterno per lasciare spazio ai trucioli. Usare la velocità di avanzamento raccomandata. Le passate successive dovrebbero essere di 0.5-0.8 × larghezza inserto. La tornitura laterale consente di ottenere un controllo truciolo migliore. Iniziare vicino al fondo del foro e lavorare verso l'esterno in direzione del punto di entrata. La tornitura laterale è un processo più stabile del taglio con avanzamento radiale, che genera minori forze radiali (responsabili delle vibrazioni). Un percorso utensile non lineare assicura un buon controllo truciolo e una lunga durata utensile. L'usura dell'inserto è distribuita lungo gran parte del tagliente. La geometria -RM è ideale per percorsi utensile non lineari.
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Sistemi Integrati per la Tornitura Cava Interna
Sistemi come il Schwanog WSI permettono la scanalatura interna, la tornitura interna o entrambe le fasi di produzione in una sola operazione. I supporti per utensili sono dotati di raffreddamento interno; solitamente è possibile realizzare diametri di > 2 mm. Gli inserti di scanalatura e tornitura interna sono regolabili in lunghezza in modo continuo tramite una vite di regolazione sull'asse Z, offrendo in tal modo una stabilità e una funzionalità ottimali durante l'impostazione e il cambio degli utensili. Con il sistema WPI di Schwanog, i contorni interni a partire da Ø 12 mm possono essere realizzati in modo preciso ed efficiente con i processi di scanalatura e tornitura a fantina mobile.
Le barre alesatrici WhizIn, grazie alla loro robusta costruzione e al design innovativo, offrono risultati costanti e di alta qualità. Le barre alesatrici WhizIn hanno fino al 50% in più di materiale nel punto critico rispetto alle barre alesatrici convenzionali. La barra alesatrice viene bloccata nel portautensili con un'angolazione, il che ottimizza la distribuzione delle forze di taglio e stabilizza ulteriormente l'utensile. Il design delle barre alesatrici WhizIn richiede una rettifica minima, il che non solo fa risparmiare tempo ma riduce anche lo stress indotto dalla rettifica.
Tornitura Radiale vs. Assiale
La scanalatura e la troncatura sono operazioni spesso considerate secondarie rispetto alla tornitura longitudinale o alla fresatura, ma rappresentano fasi critiche del ciclo produttivo in termini di stabilità e sicurezza del processo. Un errore in fase di troncatura finale può compromettere l’intero pezzo già lavorato, con costi considerevoli in termini di materiale e tempo macchina.
Nella scanalatura radiale, l’utensile opera in condizioni di spazio ristretto, dove l’evacuazione del truciolo e il raffreddamento del tagliente diventano i fattori limitanti. A differenza della tornitura esterna, la larghezza dell’inserto definisce la larghezza della cava, e la profondità di penetrazione è vincolata dalla stabilità della lama o dello stelo. La gestione della formazione del truciolo è l’aspetto più complesso: un truciolo troppo lungo può intasare la cava, causando la rottura del tagliente o graffiando le pareti laterali del pezzo.
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La scanalatura assiale (frontale), invece, presenta sfide legate alla geometria dell'utensile, che deve essere curvo per adattarsi al raggio della scanalatura. L'evacuazione del truciolo è critica a causa della forza centrifuga.
| Caratteristica | Scanalatura Radiale | Scanalatura Assiale (Frontale) |
|---|---|---|
| Direzione forze | Prevalentemente radiale | Assiale (lungo l’asse Z) |
| Evacuazione truciolo | Difficile per gravità/spazio | Molto critica (effetto centrifuga) |
| Geometria utensile | Lama diritta | Utensile curvo (raggio di scanalatura) |
| Rischio principale | Flessione della lama | Tallonamento dello stelo sul diametro |
| Applicazione tipica | Sedi per anelli elastici | Sedi per guarnizioni frontali |
Classificazione ISO dei Materiali e Scelta del Rivestimento
La scelta della qualità dell’inserto dipende strettamente dalla classificazione ISO del materiale da lavorare. Ogni gruppo presenta sfide termiche e meccaniche differenti che influenzano l’usura del tagliente.
- Gruppo ISO P (Acciai): Richiede rivestimenti CVD resistenti all’usura e al calore per gestire le alte velocità di taglio.
- Gruppo ISO M (Acciai Inossidabili): Necessita di taglienti affilati e rivestimenti PVD per contrastare l’incollamento e l’incrudimento superficiale.
- Gruppo ISO K (Ghise): La priorità è la resistenza all’abrasione dovuta alla natura granulare del materiale.
- Gruppo ISO S (Superleghe): Caratterizzato da bassa conducibilità termica, richiede refrigerazione ad alta pressione e substrati tenaci.
I moderni rivestimenti, come quelli basati sulla tecnologia Al2O3 (ossido di alluminio), creano una barriera termica che impedisce al calore generato dal taglio di penetrare nel substrato di metallo duro. Questo mantiene l’integrità del tagliente anche durante cicli di lavoro prolungati o su materiali difficili.
| Gruppo ISO | Materiale Tipico | Rivestimento Consigliato | Vc (m/min) |
|---|---|---|---|
| P | Acciaio al carbonio | CVD (Tiger·tec Gold) | 180 - 280 |
| M | Acciaio Inox AISI 316 | PVD / CVD | 120 - 180 |
| K | Ghisa lamellare | CVD | 200 - 350 |
| S | Inconel / Titanio | PVD | 30 - 70 |
| H | Acciai temprati | Ceramica / PVD | 50 - 100 |
Analisi delle Vibrazioni e Stabilità del Sistema
Le vibrazioni sono il principale nemico della precisione nella scanalatura. Spesso causate da un eccessivo sbalzo (overhang) dell’utensile, portano a una finitura superficiale “a onde” e possono causare il cedimento improvviso dell’inserto. Sistemi come le lame Walter e i relativi blocchi di fissaggio sono progettati per massimizzare la superficie di contatto tra lama e corpo utensile, smorzando le frequenze armoniche generate durante il taglio.
Per minimizzare le vibrazioni, l’altezza del centro del tagliente deve essere impostata con tolleranza zero o leggermente superiore (massimo +0.1 mm). Un utensile posizionato sotto il centro tenderà a venire “tirato” sotto il pezzo, aumentando drasticamente la pressione sul fianco e portando alla rottura istantanea. La verifica sistematica dell’allineamento è una procedura operativa che ogni operatore dovrebbe eseguire all’inizio di ogni nuovo lotto di produzione.
Cinque criteri per la scelta del sistema di fissaggio includono:
- Rigidezza torsionale dello stelo per contrastare le forze di taglio laterali e radiali.
- Facilità di accesso al sistema di bloccaggio dell’inserto, specialmente in macchine con spazi angusti.
- Compatibilità con l’adduzione del refrigerante integrata per evitare tubazioni esterne ingombranti.
- Modularità del sistema per adattarsi a diverse profondità di scanalatura con lo stesso corpo utensile.
- Precisione nel riposizionamento del tagliente dopo il cambio inserto per mantenere la quota senza ri-azzeramenti.
Geometrie e Parametri Operativi nella Troncatura
La troncatura richiede un approccio diverso rispetto alla scanalatura. Man mano che l’inserto si sposta verso il centro del pezzo, la velocità di taglio effettiva diminuisce fino a zero. Molti programmatori dimenticano di adattare l’avanzamento in questa fase critica. Quando il raggio di rotazione diventa minimo, l’inserto non taglia più correttamente ma tende a “spalmare” il materiale, aumentando il rischio di rottura della punta dell’utensile.
Per una troncatura corretta, è consigliabile ridurre l’avanzamento (fz) del 50-75% quando l’utensile si trova a circa 2-3 mm dal centro. L’uso di inserti con un angolo di spoglia laterale o frontale specifico aiuta a minimizzare il testimone (il residuo centrale) sul pezzo troncato. Tuttavia, un angolo troppo accentuato può causare una deviazione laterale della lama se non adeguatamente supportata.
| Diametro del pezzo (mm) | Fase di lavoro | Avanzamento fz (mm/giro) | Note operative |
|---|---|---|---|
| Esterno -> 5 mm | Entrata e taglio | 0.10 - 0.25 | Massima stabilità richiesta |
| 5 mm -> 2 mm | Avvicinamento centro | 0.05 - 0.10 | Ridurre la pressione di taglio |
| 2 mm -> Centro | Uscita | 0.02 - 0.05 | Evita la rottura del testimone |