Come procedere alla fresatura di materiali differenti

Fresatura di acciaio

La lavorabilità dell'acciaio differisce in funzione degli elementi leganti, del trattamento termico e del processo di lavorazione (forgiatura, fusione, ecc.).

Negli acciai dolci, a basso tenore di carbonio, la formazione di tagliente di riporto e di bave sul pezzo sono i problemi principali. Negli acciai più duri, il posizionamento della fresa diventa più importante per evitare la scheggiatura.

Raccomandazioni

Le raccomandazioni, quali il posizionamento della fresa per evitare trucioli di elevato spessore in uscita o l'indicazione di fresare sempre senza fluido da taglio, devono essere sempre tenute a mente, soprattutto nelle operazioni di sgrossatura.

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Fresatura di acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile può essere categorizzato in ferritico/martensitico, austenitico e duplex (austenitico/ferritico), ognuno con diverse raccomandazioni di lavorazione per la fresatura.

Fresatura di acciaio inossidabile ferritico/martensitico

Classificazione del materiale: P5.x

Gli acciai inossidabili ferritici hanno una lavorabilità comparabile a quella degli acciai debolmente legati, pertanto è possibile fare riferimento alle indicazioni di lavorazione per la fresatura dell'acciaio.

Gli acciai inossidabili martensitici hanno proprietà autotempranti più elevate ed esercitano forze di taglio molto alte all'entrata nel taglio. Per ottenere buoni risultati, verificare che percorso utensile e metodo di interpolazione in entrata siano corretti e usare una velocità di taglio superiore, v_c, per superare l'effetto autotemprante. Velocità di taglio superiori e una qualità più tenace con tagliente rinforzato favoriscono la sicurezza.

Fresatura di acciaio austenitico e acciaio inossidabile duplex

Classificazione del materiale: M1.x, M2.x e M3.x

I criteri di usura dominanti in caso di fresatura di acciai inossidabili austenitici e duplex sono scheggiatura dei taglienti dovuta a microfessurazioni termiche, usura ad intaglio e tagliente di riporto/incollamento. Sul componente, la formazione di bave e la finitura superficiale sono i problemi principali.

Microfessurazioni termiche

Scheggiatura del tagliente dell'inserto

Formazione di bave e finitura superficiale inaccettabile

Consigli per la sgrossatura

• Usare elevate velocità di taglio (v_c = 150–250 m/min (492–820 piedi/min) per evitare la formazione di tagliente di riporto
• Lavorare senza fluido da taglio, in modo da minimizzare i problemi legati alle microfessurazioni termiche

Consigli per la finitura

• Il fluido da taglio, preferibilmente sotto forma di nebbia d'olio/lubrificazione minimale, è talvolta necessario per migliorare la finitura superficiale. Nella fresatura di finitura, i problemi legati alle microfessurazioni termiche sono minori perché il calore generato nella zona di taglio è inferiore
• Con una qualità Cermet è possibile ottenere una finitura superficiale soddisfacente senza fluido da taglio
• Un avanzamento, f_z, troppo ridotto può provocare una maggiore usura dell'inserto poiché il tagliente asporta il truciolo nella zona incrudita dalla deformazione

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Fresatura della ghisa

Esistono cinque tipi principali di ghisa:

• Ghisa grigia (GCI)
• Ghisa nodulare (NCI)
• Ghisa malleabile (MCI)
• Ghisa a grafite compatta (CGI)
• Ghisa duttile austemperata (ADI)

Ghisa grigia

Classificazione del materiale: K2.x

I criteri di usura predominanti nella fresatura di ghisa grigia sono l'usura abrasiva sul fianco e le microfessurazioni termiche. Sul componente, la sbordatura sul lato di uscita della fresa del pezzo e i problemi di finitura superficiale sono i principali inconvenienti.

Usura tipica dell'inserto

Sbordatura sul componente

Consigli per la sgrossatura

• È preferibile lavorare senza fluido da taglio, in modo da minimizzare i problemi legati alle microfessurazioni termiche. Usare inserti di metallo duro con rivestimenti di elevato spessore
• Se la sbordatura del pezzo è un problema: Controllare l'usura sul fiancoRidurre l'avanzamento, fz, per ridurre lo spessore del trucioloUsare una geometria più positivaUtilizzare preferibilmente frese a 65/60/45 gradi
• Se occorre usare fluido da taglio per evitare la generazione di polvere, scegliere qualità per la fresatura con refrigerante
• Il metallo duro rivestito è sempre la scelta prioritaria, ma è possibile anche usare la ceramica. Si noti che la velocità di taglio, v_c, dovrebbe essere molto elevata, 800–1000 m/min (2624–3281 piedi/min). La formazione di bave sul pezzo limita la velocità di taglio. Non utilizzare fluido da taglio

Consigli per la finitura

• Usare inserti di metallo duro con rivestimenti sottili oppure un metallo duro senza rivestimento
• Le qualità in CBN possono essere utilizzate per la finitura ad elevate velocità. Non utilizzare fluido da taglio

Ghisa nodulare

Classificazione del materiale: K3.x

La lavorabilità della ghisa nodulare ferritica o ferritica/perlitica è molto simile a quella dell'acciaio debolmente legato. Pertanto, devono essere seguiti i consigli sulla fresatura forniti per i materiali in acciaio in merito alla selezione di utensili, geometrie e qualità degli inserti.

La ghisa nodulare perlitica è più abrasiva e richiede la scelta di qualità pensate per la ghisa.

Utilizzare qualità con rivestimento PVD e lavorazione con refrigerante.

Ghisa a grafite compatta (CGI)

Classificazione del materiale: K4.x

Contenuto perlitico inferiore al 90%

Questo tipo di CGI, che spesso ha una struttura perlitica dell'80% circa, è il più comunemente soggetto a fresatura. Componenti tipici sono blocchi motore, testate dei cilindri e collettori di scarico.

I consigli relativi alla fresa sono gli stessi della ghisa grigia; tuttavia, è opportuno selezionare geometrie dell'inserto più affilate e positive per ridurre al minimo la formazione di bave sul componente.

La fresatura circolare può essere un ottimo metodo alternativo rispetto alla barenatura tradizionale nella CGI.

Ghisa duttile austemperata (ADI)

Classificazione del materiale: K5.x

La sgrossatura viene normalmente eseguita in condizioni non temprata e può essere raffrontata alla fresatura di un acciaio fortemente legato.

L'operazione di finitura, tuttavia, viene eseguita sul materiale temprato, che è molto abrasivo. Questa operazione è paragonabile alla fresatura di acciai temprati, ISO H. Le qualità con elevata resistenza all'usura abrasiva sono preferibili.

Rispetto alla NCI, la durata utensile sui materiali ADI è ridotta a circa il 40% e le forze di taglio sono del 40% circa maggiori.

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Fresatura di materiali non ferrosi

Il gruppo di materiali non ferrosi comprende non solo l'alluminio ma anche leghe a base di magnesio, rame e zinco. La lavorabilità cambia soprattutto in base al tenore di Si. L'alluminio ipoeutettico è di gran lunga il più diffuso, con un tenore di Si inferiore al 13%.

Alluminio con tenore di Si inferiore al 13%

Classificazione del materiale: N1.1-3

I criteri di usura principali riguardano il tagliente di riporto e l'incollamento sui taglienti, che provocano la formazione di bave e problemi di finitura superficiale. La formazione e l'evacuazione del truciolo sono fondamentali per evitare segni di graffiature sulla superficie del componente.

Raccomandazioni

Inserti con riporto in PCD

• Per ottenere buona truciolabilità e resistenza al tagliente di riporto, utilizzare inserti con riporto in PCD con tagliente affilato e lappato
• Scegliere geometrie positive con spigoli taglienti
• Diversamente dalla maggior parte delle applicazioni di fresatura, sull'alluminio è opportuno utilizzare sempre il fluido da taglio per evitare l'incollamento sui taglienti e migliorare la finitura superficiale Tenore di Si < 8%: usare fluido da taglio a una concentrazione del 5% Tenore di Si 8–12%: usare fluido da taglio a una concentrazione del 10%Tenore di Si > 12%: usare fluido da taglio a una concentrazione del 15%
• Generalmente, una velocità di taglio più elevata migliora le prestazioni e non incide negativamente sulla durata utensile
• È consigliabile mantenere un valore h_ex di 0.10–0.20 mm (0.0039–0.0079 poll.). Valori troppo bassi possono comportare la formazione di bave

Attenzione: evitare di superare il valore massimo di giri/min della fresa

• A causa degli elevati avanzamenti tavola, è opportuno usare una macchina con funzione "look ahead" per evitare errori dimensionali
• La durata utensile è sempre limitata dalla formazione di bave o dalla finitura superficiale del componente. L'usura dell'inserto è difficile da usare come criterio della durata utensile

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Fresatura delle superleghe resistenti al calore (HRSA)

Le superleghe resistenti al calore (HRSA) possono essere classificate in tre gruppi; leghe a base di nichel, di ferro e di cobalto. Il titanio può essere puro o in lega. La lavorabilità delle HRSA e del titanio è scarsa, soprattutto in condizioni di ricottura che richiedono particolari sollecitazioni sugli utensili da taglio.

HRSA e leghe di titanio

La fresatura di HRSA e titanio spesso richiede macchine con un'elevata rigidità, elevata potenza e momento torcente a bassi giri al minuto. Usura ad intaglio e scheggiatura del tagliente sono i tipi di usura più comuni. L'elevata generazione di calore limita la velocità di taglio.

Raccomandazioni

Usare frese con inserti rotondi per minimizzare l'usura ad intaglio

• Quando possibile, utilizzare frese con inserti rotondi per aumentare l'effetto di assottigliamento del truciolo
• Per profondità di taglio inferiori a 5 mm (0.197 poll.), l'angolo di registrazione dovrebbe essere inferiore a 45°. In pratica, è opportuno utilizzare un inserto rotondo con spoglia superiore positiva
• La precisione della fresa in direzione sia radiale che assiale è fondamentale per mantenere un carico costante sui denti, assicurare un'operazione fluida e prevenire la prematura rottura dei singoli denti della fresa
• La geometria del tagliente dovrebbe essere sempre positiva con arrotondamento ottimizzato per evitare l'adesione dei trucioli all'uscita dal taglio
• il numero di denti effettivamente in taglio durante il ciclo di fresatura dovrebbe essere il più alto possibile. In condizioni di stabilità, ciò assicura una buona produttività. Utilizzare frese a passo stretto

= durata utensile

= riduzione della durata utensile all'aumento dei parametri di taglio

I cambiamenti incidono in modo diverso sulla durata utensile; la velocità di taglio, v_c, è quella che ha una maggiore influenza, seguita da a_e, ecc.

Fluido da taglio/refrigerante

A differenza della fresatura nella maggior parte degli altri materiali, è sempre consigliato un refrigerante che agevoli la rimozione del truciolo, controlli il calore del tagliente ed eviti la rimacinazione dei trucioli. Un refrigerante ad alta pressione (70 bar (1015 psi)) applicato attraverso mandrino/utensili è sempre preferibile rispetto ad un refrigerante esterno a bassa pressione.

Eccezione: il fluido da taglio non dovrebbe essere applicato in caso di fresatura con inserti ceramici, a causa dello shock termico.

Il fluido da taglio che scorre attraverso la fresa è vantaggioso quando si usano inserti di metallo duro

Usura dell’inserto/utensile

Le cause più comuni di rottura dell'utensile e di finitura superficiale insoddisfacente sono l'usura ad intaglio, l'eccessiva usura sul fianco e la sbordatura del filo tagliente.

Il metodo migliore è quello di sostituire i taglienti a intervalli frequenti, in modo da garantire un processo affidabile. L'usura sul fianco attorno al tagliente non dovrebbe superare 0.2 mm (0.0078 poll.) per una fresa con angolo di registrazione di 90 gradi o un valore massimo di 0.3 mm (0.0118 poll.) per gli inserti rotondi.

Usura tipica dell'inserto

Fresa con inserti in ceramica per la sgrossatura di HRSA

La fresatura con inserti in ceramica normalmente avviene ad una velocità di 20-30 volte superiore rispetto a quella del metallo duro, sebbene a velocità di avanzamento minori (~0.1 mm/z (0.0039 poll./z)), con guadagni elevati in termini di produttività. Dato il taglio intermittente, si tratta di un'operazione che genera meno calore della tornitura. Per questo motivo, in caso di fresatura si adottano velocità di 700–1000 m/min (2297–3280 piedi/min) rispetto ai 200–300 m/min (656–984 piedi/min) della tornitura.

Raccomandazioni

• Usare prevalentemente inserti rotondi, per assicurare un basso angolo di registrazione e prevenire l'usura ad intaglio
• Non utilizzare fluido da taglio/refrigerante
• Non utilizzare inserti in ceramica per la lavorazione del titanio
• Gli inserti in ceramica possono incidere negativamente sull'integrità e sulla topografia della superficie e non vengono quindi utilizzati quando ci si avvicina alla forma del componente finito
• La massima usura sul fianco quando si usano inserti in ceramica su HRSA è 0.6 mm (0.024 poll.)

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Fresatura di acciai temprati

Questo gruppo contiene acciai bonificati di durezza >45–65 HRC.

I componenti tipici sono:

• Inserti in acciaio per utensili per stampi per imbutitura
• Matrici in plastica
• Stampi per forgiatura
• Stampi per fusione
• Pompe di alimentazione carburante

I problemi principali sono usura abrasiva sul fianco dell'inserto e sbordatura del componente.

Raccomandazioni

• Scegliere geometrie di inserto positive con spigoli taglienti. Ciò riduce le forze di taglio e permette un'azione di taglio più "dolce"
• Evitare il fluido da taglio
• La fresatura trocoidale è un metodo adatto che consente elevati avanzamenti tavola associati a basse forze di taglio e che mantiene contenuta la temperatura su tagliente e pezzo, favorendo produttività, durata utensile e tolleranze del componente
• La strategia di lavorazione "leggera ma rapida" dovrebbe essere applicata anche nella spianatura ovvero a piccole profondità di taglio, sia a_e che a_p. Usare una fresa a passo stretto e velocità di taglio relativamente alte

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