Nella lavorazione meccanica, la comprensione approfondita del tagliente e del suo ruolo nell'evacuazione del truciolo è fondamentale per garantire precisione, efficienza e durata degli utensili. Questo articolo esplora le complessità di questi elementi, dalle definizioni di base alle innovazioni tecnologiche che stanno ridefinendo gli standard della foratura.
Comprendere il Tagliente: Elemento Chiave degli Utensili da Taglio
Per iniziare, è essenziale definire l'elemento centrale di ogni processo di taglio: il tagliente. Il tagliente è lo spigolo affilato situato sulla sommità della punta. Sono disposti simmetricamente rispetto all'asse di rotazione e separati dal nocciolo centrale. Un tagliente deve essere sempre in condizioni ottimali per garantire la precisione del foro: se un elemento è più lungo dell'altro, la punta si muove lateralmente producendo un foro ovale o più grande del diametro nominale. Inoltre, un tagliente usurato non incide ma sfrega, generando un calore eccessivo che può temprare il materiale o rovinare definitivamente la punta.
Per capire meglio come avviene la formazione del truciolo conviene riferirsi al caso del taglio ortogonale, cioè quello in cui il tagliente è rettilineo, parallelo alla superficie in lavorazione ed orientato perpendicolarmente alla direzione di avanzamento. In questo caso lo spessore del truciolo è costante e non si ha deformazione in direzione della larghezza del taglio. Questo tipo di lavorazione però nella pratica risulta essere molto raro. Il taglio obliquo è quello più frequente nelle lavorazioni meccaniche per asportazione di truciolo, ovvero con il tagliente dell’utensile non perpendicolare alla velocità di taglio. Sono due i taglienti dell’utensile, principale e secondario, e sono collegati da un raccordo circolare avente un certo raggio.
Gli angoli specifici del tagliente sono cruciali per la sua funzionalità. È l’angolo formato dalla somma dell’angolo α e dell’angolo β. Indica l’inclinazione tra l’utensile e la superficie in lavorazione. È l’angolo che si forma tra il tagliente e la direzione di avanzamento. Indica l’approccio del tagliente al pezzo e la sua ampiezza varia da i 45° a oltre 100°.
L'Evoluzione delle Punte da Foratura: Da Due a Multi-Taglienti
L’idea di aggiungere un tagliente ad una punta per aumentarne l’avanzamento non è una novità. Le punte in metallo duro a tre taglienti esistono già da tempo. I primi utensili di questo tipo sono stati creati già negli anni 50. Nella lavorazione della ghisa vengono ormai impiegati anche con sicurezza di processo. Il vantaggio è che si ottiene un maggior avanzamento grazie alla presenza del terzo tagliente.
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Tuttavia, per materiali a truciolo lungo, le punte a tre taglienti, finora, non erano ancora adatte, perché a causa del terzo tagliente avevano degli angoli di spoglia ridotti che a loro volta non erano in grado di evacuare l’elevato volume di trucioli creato. A causa della ridotta evacuazione dei trucioli aumentava il rischio di un ingorgo del truciolo e l’utensile rischiava di rompersi.
Per capire meglio le dinamiche, è utile confrontare le diverse configurazioni. Cosa sono le punte a due taglienti? Le punte del trapano a due taglienti sono utensili da taglio estremamente efficaci e simmetrici - tipo le punte del trapano Forstner - progettati per generare fori cilindrici. La loro configurazione a due canali elicoidali garantisce un equilibrio ottimale tra rigidità strutturale e capacità di evacuazione dei trucioli. Quindi, sono strumenti adatti a effettuare fori precisi. L'adozione di una punta a due taglienti rappresenta la scelta ideale nella manutenzione professionale. Questo strumento ha un ottimo equilibrio tra capacità di penetrazione e asportazione. Il vantaggio principale è la simmetria della geometria di taglio, che permette di scaricare le forze radiali in modo bilanciato sul mandrino, riducendo le vibrazioni che potrebbero compromettere la finitura superficiale del foro. Grazie alla presenza di due ampi canali elicoidali, queste punte offrono una sezione trasversale robusta, ideale per resistere alle sollecitazioni di torsione durante la foratura.
Una domanda è d'obbligo: perché passare da 2 a 4 taglienti? Aumentare questo parametro non è un evento casuale, ma trasforma l'utensile da uno strumento di sgrossatura a uno di finitura e precisione. La stabilità aumenta: con 3 o 4 punti di contatto simultanei sulle pareti del foro, la punta agisce come un alesatore. La punta a 4 taglienti è l'evoluzione utile per le lavorazioni di finitura e per la foratura di materiali compositi o cementizi rinforzati. Quando scegli e monti sul trapano una punta a 4 taglienti puoi sfruttare la precisione del foro: una caratteristica critica quando si opera su materiali eterogenei (come il cemento armato con tondini di ferro).
Meglio utilizzare le punte del trapano a 2 o a 4 taglienti? Come spesso capita in questi casi - tipo quando si sceglie il codolo per la punta del trapano o l'inclinazione dei taglienti - non esiste una risposta definitiva. Grazie ai due soli canali, lo spazio destinato all'evacuazione del truciolo è molto più ampio, rendendola ideale per fori profondi e per la foratura dal pieno in metalli duttili o acciai strutturali. Però la punta a 4 taglienti eccelle nella riduzione delle vibrazioni e nella qualità del foro in uscita dato che evita le scheggiature.
Punte da Foratura: Confronto tra 3 Taglienti e 4 Taglienti - Quale Scegliere?
L'Innovazione di Hoffmann Group: La Punta Garant MasterSteel Feed
Per superare le limitazioni delle punte a tre taglienti tradizionali, Hoffmann Group ha presentato l’anno scorso, per la prima volta, la nuova punta a tre taglienti in metallo duro Garant MasterSteel Feed che, anche su acciai a truciolo lungo e su acciai inox, raggiunge il 50% in più di avanzamento per giro offrendo una straordinaria durata. Inoltre sono state ottimizzate la forma della cuspide, la capacità della rottura mirata del truciolo e l’evacuazione del truciolo stesso.
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La progettazione della cuspide è determinante per la riuscita o meno della fuoriuscita rapida e sicura dei trucioli dalla zona di azione. Hoffmann Group ha raggiunto il suo obiettivo con una nuova cuspide protetta da un brevetto. Per poter far evacuare in maniera sicura i trucioli dagli angoli di spoglia delle punte a tre taglienti è necessario avere degli angoli di spoglia ampi. La punta Garant MasterSteel Feed ha, per questo motivo, un nocciolo rastremato che garantisce di avere alla fine della spirale angoli di spoglia sempre maggiori nonostante la stabilità del nocciolo rimanga invariata. Quanto sia importante la rappresentazione corretta della spirale si nota soprattutto nella progettazione di punte lunghe da 8xD e 12xD. Lo sviluppo di questi utensili ha richiesto particolarmente molto tempo. La spirale è stata modificata e migliorata diverse volte finché non è stata raggiunta la sicurezza di processo necessaria.
Per aumentare la durata dei taglienti Hoffmann Group ha trasferito, per la prima volta, il noto tagliente ad „S“ delle punte a due taglienti su un utensile a tre taglienti. Grazie al tagliente convesso la forza di taglio agisce sulla parte degli spigoli dei taglienti stessi rendendo stabili gli spigoli dei taglienti. Nel caso di una versione con taglienti concavi avviene il contrario e gli angoli del tagliente sono più soggetti a rotture.
Vantaggi e Applicazioni delle Punte a Tre Taglienti
Grazie al terzo tagliente, le punte a tre taglienti offrono diversi vantaggi nella foratura del foro pilota: i tre taglienti principali vanno in senso arcuato verso il centro dell’utensile e formano al centro un tagliente trasversale tetraedrico. Nel caso della punta a due taglienti, invece, il tagliente principale va a finire in un tagliente trasversale che va ad unire i due taglienti principali. La differenza si nota nella foratura di fori pilota. Nel caso della punta a due taglienti tradizionale il tagliente trasversale ha contatto contemporaneamente in diversi punti con il materiale; non c’è un punto fisso ben determinato. E quindi l’utensile può iniziare a sbandierare. Ciò avviene soprattutto quando si fa un foro pilota su una superficie non piana.
Mentre la punta a tre taglienti ha un tagliente trasversale con punti di contatto definiti. Il primo contatto tra materiale e utensile avviene, quindi, in una posizione ben determinata. Appena l’utensile penetra nel materiale le forze di taglio vanno ad agire sugli „spigoli“ del tagliente trasversale e sostengono inoltre l’autocentramento della punta. In tal modo si evita uno sbandieramento anche su superfici inclinate. Grazie a queste caratteristiche, il sistema a tre taglienti è praticamente predestinato per la progettazione di punte autocentranti. Soprattutto se si devono effettuare fori profondi di 8xD o addirittura 12xD si consiglia di voler preparare un foro pilota esatto per poter garantire la riuscita della lavorazione con la punta successiva. Le modifiche apportate alla pianificazione hanno reso possibile migliorare il potenziale dell’avanzamento delle punte e renderle adatte ad altri materiali anche a truciolo lungo, come per esempio il X5CrNi18-10 e anche per acciai da costruzione come il St37.
Risultati dei Test Comparativi
L'efficacia delle nuove soluzioni è stata confermata da rigorosi test. Lo hanno dimostrato anche i test fatti con le punte in metallo duro Garant MasterSteel Feed e le punte a tre taglienti tradizionali. Tra i vari test è stato lavorato anche l’acciaio bonificato 42CrMo4. Durante il test „hanno gareggiato“ utensili da 8,50 mm contro quelli da 6xD. Il mandrino usato era quello idraulico e l’avanzamento impiegato era di 0,44 mm/U ad una velocità di 140 m/min. Il risultato: rottura dell’utensile in entrata e corse troppo brevi per quanto riguarda la punta tradizionale. Nella foratura con cuspide modificata e forma dei taglienti concava e quindi con il nuovo sistema di foratura si ottengono corse maggiori, 2.702 fori e una durata di 102 metri.
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Nella foratura con punte a tre taglienti bisogna tener conto di una sicura evasione del truciolo e dello sviluppo della forza e della coppia. Infatti a causa della geometria si creano elevate forze di avanzamento. I test eseguiti hanno mostrato che usando gli stessi dati di taglio si innestano diverse forze di avanzamento a seconda che si tratti della versione a due o a tre taglienti. La differenza era rispettivamente per utensile del 46% e del 59%. L’intervento di un terzo tagliente permette un aumento di avanzamento del 50% per giro. Ma la teoria ci insegna che un aumento di avanzamento per giro fa aumentare anche la forza di avanzamento.
L'Importanza dell'Evacuazione e del Controllo del Truciolo
L'evacuazione efficace del truciolo è un aspetto critico per la sicurezza e la qualità del processo di foratura. A causa della ridotta evacuazione dei trucioli aumentava il rischio di un ingorgo del truciolo e l’utensile rischiava di rompersi. Particolari condizioni di taglio possono favorire il fenomeno dell’attrito adesivo (m*=1). La formazione del truciolo varia notevolmente a seconda del materiale del pezzo.
Il Rompitruciolo: Meccanismo e Scelta Strategica
Cos’è un rompitruciolo? Nel design attuale degli inserti, tuttavia, un rompitruciolo si riferisce all’intero insieme di specifiche del tagliente, includendo non solo la rottura del truciolo ma anche il controllo della resistenza al taglio e la robustezza del tagliente. Selezionare un rompitruciolo significa scegliere l’equilibrio ottimale di questi tre fattori.
Un rompitruciolo non è “sempre necessario”, né è vero che “più forte lavora, meglio è”. Un rompitruciolo che limita il truciolo aumenta la resistenza. Quando si enfatizza la rottura del truciolo, il vincolo del truciolo da parte del rompitruciolo aumenta lo spessore del truciolo, creando trucioli che hanno maggiori probabilità di graffiare la parete lavorata. Questi si avvolgono attorno al pezzo o all’utensile e graffiano la superficie lavorata. Questo indica che il rompitruciolo sta vincolando il truciolo troppo fortemente. Controlla la forma del truciolo - L’ideale è una forma che sia “né troppo corta, né troppo lunga e facile da evacuare”.
La formazione del truciolo differisce notevolmente a seconda del tipo di materiale del pezzo, e cambiano anche le caratteristiche richieste a un rompitruciolo. L’asse orizzontale mostra l’avanzamento (f), l’asse verticale mostra la profondità di taglio (ap) e l’intervallo applicabile di ogni rompitruciolo è indicato come un’area. La selezione del rompitruciolo non si esaurisce con la sola geometria del rompitruciolo. Avanzamento (f) - Se l’avanzamento è troppo basso, i trucioli diventano sottili e difficili da rompere. Refrigerante - L’intervallo efficace cambia a seconda della presenza o assenza di fluido da taglio e del metodo di fornitura. È determinata dalla combinazione di avanzamento, profondità di taglio, velocità e refrigerante.
Di seguito una tabella riassuntiva delle categorie di rompitrucioli e delle loro applicazioni ideali a seconda del materiale:
| Categoria Rompitruciolo | Caratteristiche Principali | Materiali e Condizioni Tipiche |
|---|---|---|
| Da finitura | Progettati con un’enfasi sull’affilatezza in intervalli di basso avanzamento e bassa profondità di taglio. Sono vantaggiosi per la qualità della superficie e mantengono bassa la resistenza al taglio. Utilizzato principalmente nelle operazioni di finitura. | L’acciaio a basso tenore di carbonio (C<0,25%) è duttile e incline all’adesione, incluso il tagliente di riporto. Un tagliente affilato e un angolo di spoglia positivo sono efficaci. Le leghe di alluminio hanno basse forze di taglio e tendono a produrre trucioli lunghi. Le leghe di rame come l’ottone e il bronzo generano trucioli relativamente corti. In generale, taglienti affilati e geometria positiva sono requisiti fondamentali. |
| Da taglio medio | Questi sono i più versatili e sono progettati per coprire facilmente un’ampia gamma di condizioni. | L’acciaio inossidabile austenitico è incline all’incrudimento, producendo trucioli duri e tagliente di riporto. L’acciaio inossidabile duplex ha un’elevata resistenza alla trazione e grandi forze di taglio. La ghisa grigia (GCI) ha elevate proprietà auto-rompenti e i trucioli tendono a rompersi corti. |
| Da sgrossatura | Design robusti che supportano elevate profondità di taglio, alti avanzamenti e tagli pesanti. | L’ADI (ghisa duttile austemperata) riduce la durata dell’utensile del 40-50% rispetto alla NCI. Le elevate forze di taglio dinamiche creano un carico pesante sul tagliente. Tra i materiali più difficili da lavorare, con un’elevata resistenza alla corrosione a caldo. |
L'Impatto dei Rivestimenti per Utensili
L'usura abrasiva: è causata dal contatto tra l’utensile e il materiale lavorato e si può notare generalmente sul fianco dell’utensile. Per contrastare questo fenomeno, i rivestimenti moderni giocano un ruolo cruciale. I rivestimenti SO.RI oltre a risolvere le problematiche di usura, aumentano la resa dell'utensile, migliorano qualità del particolare lavorato, aumentano la vita utile dell'utensile, permettono di ottimizzare l’evacuazione del truciolo, massimizzare la resistenza all’usura del tagliente e di conseguenza migliorare la resa dell’utensile, abbattendo i costi produttivi e i fermi macchina ottenendo un consistente risparmio di tempo e di denaro.