La lavorazione dell’acciaio temprato rappresenta una sfida significativa nel settore dell'ingegneria meccanica e dell'automotive, dove la resistenza meccanica e la durabilità dei componenti sono fondamentali. L’acciaio temprato è contraddistinto da una resistenza meccanica particolarmente elevata e viene impiegato nell’industria automobilistica e nella costruzione di macchinari.
La tornitura di acciaio con una durezza tipicamente compresa tra 55 e 65 HRC viene definita tornitura di pezzi temprati e rappresenta un'alternativa economica alla rettifica. Questo processo non solo semplifica la lavorazione, abbassa i costi e riduce i tempi ciclo, ma evita anche i costi ambientali associati al refrigerante e agli scarti di rettifica.
Comprendere l'Acciaio Temprato
La tempratura dell’acciaio è un procedimento atto a migliorarne le proprietà meccaniche. Esistono vari procedimenti di tempratura, tra cui il trattamento di indurimento superficiale. In questo processo, sui pezzi si va a formare uno strato superficiale duro fino a 4 mm di spessore per carbocementazione, mentre il materiale nel cuore preserva la sua tenacità. A seguito del riscaldamento alla cosiddetta temperatura di rinvenimento, i pezzi vengono raffreddati.
La lavorazione dell’acciaio temprato presuppone altissime specifiche di qualità e condizione degli utensili impiegati. In caso di foratura, tornitura o fresatura, la lavorazione dell’acciaio temprato rappresenta una sfida sul piano tecnico a causa dell'elevata durezza che genera un calore di taglio considerevole e una forte usura abrasiva sul tagliente.
Il Ruolo Cruciale degli Inserti CBN
Le qualità in nitruro di boro cubico (CBN) sono il materiale più adatto per la tornitura di pezzi temprati e in acciaio temprato ad induzione. Gli inserti della serie H sono specificamente progettati per la lavorazione di acciai temprati ISO H, con una durezza compresa tra circa 45 e 65 HRC.
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Questi inserti sono adatti per applicazioni di tornitura su materiali duri come acciai temprati, acciai cementati e altri materiali ad alta durezza che richiedono elevata precisione, forte resistenza all'usura e controllo dimensionale stabile. Gli inserti della serie H offrono una maggiore sicurezza del tagliente, stabilità termica e resistenza all'usura, contribuendo a mantenere una precisione stabile e una durata dell'utensile più prevedibile.
Halnn consiglia diversi tipi di utensili CBN adatti per varie applicazioni di lavorazione di acciaio temprato, tra cui:
Tipologie di Inserti CBN
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Inserti in CBN Solido
La maggior parte dei pezzi in acciaio temprato ha margini ridotti e sono comunemente lavorati con utensili CBN brasati. Tuttavia, alcune parti come cuscinetti di turbine eoliche, cuscinetti ralle di rotazione e alberi a ricircolo di sfere hanno un margine di lavorazione superiore a 1 mm. In questi casi, l'utilizzo di utensili CBN solidi come BN-S20 e BN-H200 garantisce un eccellente effetto di tornitura dura.
Tipi comuni di inserti in CBN solido: BN-H200 RNGN090300; BN-S20 SNGN090404, CNGN120708, RCMX120700.
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Inserti in CBN Brasato
Gli inserti in CBN brasati sono più affilati ed economici, e vengono utilizzati principalmente quando i requisiti di finitura e precisione non sono estremamente elevati. Ad esempio, se la finitura deve essere Ra0.8, è possibile selezionare gli inserti in CBN brasati BN-H11 e BN-H20 per la lavorazione di acciaio temprato.
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Tipi di inserti CBN brasati comuni: BN-H11 DNGA160404,CNGA120408; BN-H20 VNGA160404.
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Inserti PCBN
Gli inserti PCBN vengono utilizzati principalmente nel caso di alta finitura e alta precisione. Ad esempio, quando la finitura richiede Ra0.4 e la precisione deve essere entro 2μm. Questi inserti sono particolarmente adatti per componenti di stampi e matrici, alberi temprati, parti relative a cuscinetti e altre applicazioni di lavorazione di precisione in cui la finitura superficiale, la coerenza dimensionale e il controllo ripetibile delle tolleranze sono critici.
L'Importanza del Rompitruciolo e le Innovazioni
Nell’operazione di copiatura di componenti in acciaio temprato come cuscinetti, rulli e parti di stampi, l’uso di inserti in CBN è comune. Tuttavia, gli inserti in CBN convenzionali non dispongono di rompitruciolo, il che comporta notevoli difficoltà nel controllo del truciolo. Per ovviare a questo problema, Tungaloy Corporation ha espanso la linea TungCut con nuovi inserti CBN dotati di rompitruciolo 3D, offrendo un ottimo controllo del truciolo nella copiatura di acciaio temprato. Questi inserti, in abbinamento al grado rivestito BXA10 resistente all’usura e alla struttura WavyJoint, garantiscono una maggiore affidabilità.
La linea TungCut, con un’ampia offerta di geometrie e gradi per gli inserti e di portainserti in versione monoblocco, a cartuccia e a testina intercambiabile, assicura una durata costante e una precisione di esecuzione grazie al bloccaggio inserto rigido e all’affidabilità del corpo utensile. Gli inserti STR con rompitruciolo offrono un controllo più regolare rispetto agli inserti a petto piano.
In passato, gli inserti in ceramica venivano utilizzati per la copiatura del diametro esterno dei rulli, ma la mancanza di un rompitruciolo causava un’evacuazione truciolo instabile. Gli inserti TungCut STR in CBN, invece, hanno dimostrato una durata superiore e un miglioramento significativo dell’efficienza di lavorazione, anche a velocità di taglio più che raddoppiate.
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Materiali del Gruppo ISO H e Loro Lavorabilità
Il gruppo ISO H comprende un insieme di materiali caratterizzati da elevata durezza. DOHRE CNC, come produttore professionale di inserti, offre inserti della serie H per la lavorazione di acciai temprati fino a HRC 65, coprendo le esigenze di materiali con requisiti molto elevati in termini di qualità dell'inserto, resistenza del tagliente e stabilità termica.
Acciai Temprati Specifici
- 100Cr6 (1.3505): Questo acciaio rientra nel gruppo ISO H e viene impiegato nel settore automobilistico e della costruzione di macchinari, in particolare per cuscinetti a sfera. Il 100Cr6 è relativamente tenace, resistente all’usura, vanta una buona stabilità al rinvenimento, ha una deformità ridotta al trattamento termico ed è caratterizzato da un’elevata resistenza a fatica da contatto.
- Ghisa EN-GJL-200 (GG20): Designato anche come GG20, è un grado di ghisa temprata appartenente al gruppo ISO H. Materiale tipico per ingranaggi, è noto per la sua elevata conducibilità termica, le buone proprietà di smorzamento e la buona rigidità. La sua lavorazione può provocare un’usura relativamente importante degli utensili di truciolatura.
- Acciaio rapido PM23 (1.3344 PM): Appartenente al gruppo ISO H, è un acciaio rapido molto resistente all’usura utilizzato nell’ingegneria meccanica. La sua tenacità e stabilità dimensionale lo rendono ideale per la realizzazione di utensili di tranciatura, taglio e formatura.
Considerazioni sulla Lavorazione di Altri Materiali
Oltre agli acciai temprati, è utile considerare le specificità di altri materiali comunemente lavorati:
- Acciai debolmente legati: La loro lavorabilità dipende dal tenore di lega e dal trattamento termico. I meccanismi di usura più comuni sono la craterizzazione e l'usura sul fianco. Per gli acciai non temprati, si scelgono qualità e geometrie per acciaio, puntando al massimo avanzamento possibile per rompere e indirizzare il truciolo e a velocità di taglio elevate per evitare la formazione di tagliente di riporto.
- Acciai fortemente legati: Con un tenore di lega totale superiore al 5% e una durezza superiore a 450 HB, richiedono inserti con resistenza alla deformazione plastica e robustezza del tagliente supplementari.
- Acciaio Inossidabile: Classificato come materiale in acciaio (P5.x).
- Martensitici: Possono essere lavorati in condizioni temprate, richiedendo resistenza alla deformazione plastica dell'inserto.
- Austenitici: Per ridurre la craterizzazione e la deformazione plastica, è essenziale utilizzare sempre il refrigerante e selezionare il più grande raggio di punta possibile. La tendenza all'incollamento o il tagliente di riporto sono fenomeni comuni che incidono negativamente su finitura superficiale e durata utensile.
- Duplex: Per le designazioni come super-duplex o hyper-duplex, è cruciale l'uso del refrigerante per un miglior controllo truciolo e per evitare la deformazione plastica. Si raccomandano utensili con adduzione interna di refrigerante, preferibilmente di precisione.
- Ghisa: Composto di Fe-C con percentuale di Si del 1-3% e contenuto di C superiore al 2%. Per la maggior parte di questi materiali, si consiglia l'uso di qualità e geometrie specifiche per ghisa.
- Superleghe (HRSA) e Leghe di Titanio: Caratterizzate da scarsa lavorabilità, soprattutto in condizioni di ricottura, che impongono particolari sollecitazioni sugli utensili. Le superleghe hanno grande resistenza meccanica e al creep ad elevate temperature, oltre a buona resistenza alla corrosione/ossidazione. L'usura ad intaglio è un criterio comune per entrambi. Per la tornitura di questi materiali, è sempre opportuno applicare il refrigerante, con un volume elevato e correttamente direzionato. Generalmente si utilizzano qualità in ceramica e PVD per HRSA, e non rivestite e PVD per leghe di titanio.
- Metalli teneri non ferrosi: Questo gruppo include alluminio, rame, bronzo, ottone, metalli a matrice composita (MMC) e magnesio. Per questi materiali, è consigliabile utilizzare inserti con posizionamento di base positivo e spigoli taglienti.
Selezione dell'Inserto e Ottimizzazione del Processo
La scelta dell'inserto giusto è fondamentale per il successo della tornitura di materiali duri. Per la finitura dell'acciaio temprato in condizioni stabili, si preferiscono solitamente inserti con elevata resistenza all'usura e buona uniformità del tagliente, al fine di mantenere la finitura superficiale e la precisione dimensionale.
Per la tornitura di materiali duri, con lavorazioni semi-interrotte o interrotte, si prediligono generalmente inserti più tenaci con maggiore resistenza alla frattura, per migliorare la sicurezza del processo e ridurre la rottura improvvisa del tagliente. Lavorare a velocità di taglio elevate è importante per evitare la formazione di tagliente di riporto, che può incidere negativamente sulla superficie.
Per rompere e indirizzare il truciolo, è consigliabile puntare al massimo avanzamento possibile. Inoltre, per ridurre la craterizzazione e la deformazione plastica, è fondamentale utilizzare sempre il refrigerante e selezionare il più grande raggio di punta possibile.
| Tipo di Inserto CBN | Applicazioni Principali | Requisiti di Finitura/Precisione | Esempi di Codice |
|---|---|---|---|
| Solido | Margini di lavorazione > 1mm, cuscinetti di turbine eoliche, alberi a ricircolo di sfere | Buono per tornitura dura | BN-H200 RNGN090300, BN-S20 SNGN090404 |
| Brasato | Margini di lavorazione ridotti, lavorazioni meno esigenti | Finitura Ra0.8, precisione non elevata | BN-H11 DNGA160404, BN-H20 VNGA160404 |
| PCBN | Componenti di stampi e matrici, alberi temprati, parti di cuscinetti | Finitura Ra0.4, precisione entro 2μm | (generico per alta precisione) |