Tipologie di lavorazione

Utensili da tornitura e fresatura

Le caratteristiche che devono avere gli utensili da tornitura e fresatura sono un po’ differenti. Negli utensili da tornitura devo privilegiare la resistenza ad alte temperature, quindi in generale materiali con un sacco di tungsteno all’interno.

Nei materiali da fresatura invece devo privilegiare la resilienza.

Famiglie di materiali

I materiali che principalmente si usano rientrano in tre grandi famiglie:

• Acciai legati (HSS), base ferro con l’aggiunta di un sacco di elementi in lega. Ne aumenta la durezza, ma soprattutto la durezza ad alte temperature. Questi sono materiali a basso costo con buone prestazioni. Bassa velocità di taglio perché a temperatura alta perdono velocemente la durezza, ma riescono a resistere a forze maggiori.
• Ceramici, base carburi (carburo tungsteno è la base della maggior parte degli utensili). Questi sono materiali a costo più alto con prestazioni eccellenti. Hanno basso feed, ma alta velocità di taglio.
• Materiali puri, per esempio diamante cristallino oppure CBN (nitruro di boro cubico), quindi strutture cristalline estremamente ordinate che aumentano la durezza del materiale. Queste sono le prestazioni più elevate in assoluto, ma si va su costi estremamente importanti: questo vuol dire che diamante e carburo sono utilizzati per lavorazioni molto particolari.

Esistono poi delle vie di mezzo: dei materiali ibridi.

Strati di copertura

Quello che può essere interessante è capire come si creano strati di copertura del nostro materiale. In generale abbiamo un substrato sul quale viene posto uno o più strati di copertura.

Quello più classico è il substrato di carburo di tungsteno con sopra un nitruro di titanio. Questo migliora le prestazioni ma fino ad un certo punto perché ho una separazione abbastanza netta tra carburo di titanio e il substrato. Ho un carburo di titanio che non è il più duro in assoluto.

Quello che viene fatto, delle volte, è dichiarare dei gradienti. Si parte da un nitruro di titanio e piano piano si cambia la composizione fino ad un carburo di titanio, più duro ma con il difetto di non legare con il substrato. È un materiale non adesivo, ha bisogno di una base di titanio per potersi collegare.

Oppure si fanno dei multistrati. Una volta che si è consumato uno strato si va al successivo, poi al successivo e così via. Possono essere più o meno piccoli. Tra l’altro questi strati, essendo costituiti da materiali diversi, costituiscono una barriera termica. Dove ho il collegamento tra uno strato e l’altro si crea un’elevata resistenza termica e quindi il calore tende a non arrivare al substrato. Rimangono molto caldi gli strati superiori ma tende a non arrivare al substrato. Più questa strategia la faccio con strati piccolini (nano layer), più il mio approccio è efficiente (è chiaro che > numero strati, > costo operazione).

Tutti questi layer che sono stati inventati servono appunto a creare l’effetto barriera perché quando il nostro materiale viene tagliato, si genera calore. Il calore si genera sul piano di scorrimento o di deformazione, dove il materiale risulta deformato. Il calore è generato proprio da questo lavoro di deformazione (non solo, si crea un po’ di calore anche per attrito). Questo calore può andare via o con il truciolo (che sono violacei alcune volte) o per conduzione andrà a trasferirsi all’utensile. L’utilizzo di un sistema a bassa conducibilità termica, quindi uno strato isolante, fa sì che la maggior parte del calore vada via con il truciolo e poi si trasferisca all’utensile meno calore si trasferisce all’utensile, più bassa rimane la sua temperatura e quindi è più alta la sua durezza. In generale cerchiamo il giusto compromesso tra aumentare la durezza, con i trattamenti superficiali (quindi con i nano layer), ma anche di ridurre la conducibilità termica.

(Materiale metallico a bassa conducibilità termica – acciaio inox)

Tipologie di utensili

Esistono due tipologie di utensili:

• Quelli a placchette, tecnologia che si usa per gli utensili più grandi, riesco a rimuovere tanto materiale.
• Quelli più piccoli (costano di più, ma si usano per una questione puramente geometrica, in generale essere costretti ad usare un utensile piccolo è peggio, perché l’utensile piccolo è flessibile, quindi tenderà a vibrare più facilmente, quindi dovrò andare un po’ piano, questo significa che asporta meno materiale) ed è meno resistente).

In generale io cerco di utilizzare l’utensile più grande possibile compatibilmente con la feature geometrica che devo realizzare.

Fresa a quattro denti

Fresa a quattro denti: in generale più il dente è piccolo più è robusta la fresa. Più un dente è grande, più asporta però la mia fresa (il diametro della parte centrale) tende a diventare un po’ più piccolina.

Il dente ha:

• Una parte tagliente dove sono definiti i miei angoli, angolo di petto e angolo di dorso.
• Una spoglia, una parte che non diminuisce come il diametro, in modo da