CONSIGLI PER UNA MIGLIORE FORMAZIONE DEL TRUCIOLO

La buona formazione del truciolo, che porta ad un truciolo a forma di spirale, garantisce una buona durata dell'utensile.

ELEMENTI CHE INFLUENZANO LA FORMAZIONE DEI TRUCIOLI

La buona formazione del truciolo, che porta ad un truciolo a forma di spirale, garantisce una buona durata dell'utensile, una facile manipolazione ed rimozione dei trucioli, un processo di taglio stabile e affidabile, una buona qualità e rugosità della superficie lavorata e un processo efficiente. In breve, dei buoni trucioli devono avere dimensioni ottimali, essere facili da maneggiare e non richiedere uno sforzo per essere generati.

Utensile

Condizioni di taglio

Materiale

Refrigerante

Angolo di spoglia
Angolo del tagliente

Raggio di punta

Rivestimento

Geometria tagliente e rompi-truciolo

Avanzamento

Profondità di taglio
Rapporto di spessore del truciolo

Velocità di taglio

Durezza
Resistenza a trazione
Duttilità
Struttura

Lavorazione a secco
Raffreddamento a emulsione
Lubrificazione ad alta pressione(Seco Jetstream)

Element influence chip

Figura 6: Esempi di elementi tipici che influenzano la formazione dei trucioli.

Esistono diversi fattori che possono essere utilizzati praticamente per influenzare il processo di formazione dei trucioli. Possono essere raggruppati in fattori relativi all'utensile da taglio, alle condizioni di taglio, al materiale e al sistema di lubrorefrigerazione.

I fattori relativi al materiale comprendono la durezza, la resistenza a trazione, la duttilità e la struttura del materiale stesso. Tali elementi non possono essere variati per migliorare il processo di formazione dei trucioli ma l’operatore deve essere consapevole del loro impatto sulla formazione del trucioli.

L'influenza del sistema di raffreddamento sulla formazione del chip è piuttosto arbitraria. È molto difficile notare comportamenti costanti relativi al tipo di sistema di raffreddamento e l’impatto dello stesso sulla formazione dei trucioli. Un'eccezione è il cosiddetto sistema HPDC (High Pressurised Directed Cooling). Quando sono impiegati, si può chiaramente osservare come i sistemi HPDC portino a trucioli molto più corti. Tale tipo di sistema di raffreddamento è applicato nel sistema di utensili Seco Jetstream.

L'impatto delle caratteristiche dell'utensile sulla formazione dei trucioli è stato trattato in precedenza. Gli elementi più importanti sono l'angolo di spoglia (angoli di spoglia maggiori generano trucioli più lunghi), l'angolo del tagliente (angoli del tagliente minori generano trucioli più lunghi), il raggio di punta (un raggio di punta maggiore tende a generare trucioli più lunghi) e infine la geometria del tagliente e della rottura dei trucioli. L'impatto del tipo di rivestimento sulla formazione di trucioli non è chiaramente definibile.

Il modo più pratico per influenzare la formazione di trucioli è quello di variare le condizioni di taglio. Queste ultime possono essere variate molto facilmente e influenzano direttamente la formazione dei trucioli. La condizione di taglio base con cui lavorare è il rapporto di spessore del truciolo (snellezza del truciolo). Quando il rapporto di spessore del truciolo è troppo basso, i trucioli saranno del cosiddetto tipo quadrato. Tale tipo di trucioli deve essere evitato perché creano carichi troppo alti sulla punta dell'utensile e così facendo, ne limitano seriamente la durata. Un rapporto di spessore del truciolo troppo elevato porterà a trucioli molto sottili, a forma di nastro e molto difficili da spezzare in pezzi corti.

Il rapporto di spessore del truciolo è definito come la larghezza di taglio divisa per lo spessore del truciolo. Per evitare uno spessore del truciolo troppo piccolo, la profondità di taglio per un dato avanzamento deve essere abbastanza grande. Piccole profondità di taglio, combinate con certi valori di avanzamento, porteranno a trucioli quadrati. Per evitare un rapporto di spessore del truciolo eccessivo per una data profondità di taglio, l'avanzamento deve essere abbastanza elevato. Un avanzamento troppo ridotto porterebbe, in questo caso, a trucioli a forma di nastro che sono infrangibili.

In pratica, nella maggior parte dei casi, la profondità di taglio è un fattore dato. In una tale situazione, l'avanzamento rappresenta la chiave per ottenere una formazione dei trucioli soddisfacente. Valori di avanzamento troppo ridotti porteranno a trucioli lunghi a forma di nastro, mentre valori troppo elevati porteranno a trucioli di forma quadrata che sono anche dannosi per il funzionamento delle macchine.

L'influenza della velocità di taglio sulla formazione dei trucioli è di natura più complessa e sarà discussa più in dettaglio in questo capitolo.

Chips with Jetstream

Figura 7: Esempio di come la formazione dei trucioli sia influenzata dall'uso del sistema di utensili Seco Jetstream. A sinistra sono mostrati i trucioli formati con utensili tradizionali, a destra i trucioli risultanti dall’uso di utensili Seco Jetstream.

DESCRIZIONE GENERALE DEI TIPI BASE DI TRUCIOLI

A seconda della sezione trasversale effettiva dei trucioli, se ne possono distinguere quattro diversi tipi:

Trucioli seghettati o segmentati o discontinui
Trucioli continui (con una zona di taglio primaria stretta e diritta) o trucioli continui con una zona di taglio secondaria presso l'interfaccia utensiletruciolo
Trucioli di riporto
Trucioli di taglio o trucioli corti

Tutti i trucioli hanno due superfici. La superficie esterna è in contatto con la faccia di spoglia dell'utensile. Tale superficie esterna deve avere un aspetto lucido e brillante. Ciò è causato dallo sfregamento del truciolo sul piano di spoglia. È questa parte del truciolo che causa l'usura dell'utensile sul piano di spoglia. Ogni truciolo ha anche una superficie interna. Questa è formata dalla superficie originale del pezzo in lavorazione.

La superficie interna avrà un aspetto frastagliato e ruvido. Ciò è causato dal meccanismo di taglio vero e proprio.

Truciolo seghettati Truciolo continuo Truciolo di riporto

Truciolo di taglio

Different types of basic chips

Figura 8: Diversi tipi di sezioni trasversali base dei trucioli.

I trucioli seghettati o segmentati (chiamati anche trucioli discontinui) sono trucioli semi-continui con grandi zone di ridotta deformazione da taglio e piccole zone di elevata deformazione da taglio (localizzazione del taglio). Questo tipo di trucioli si può incontrare quando si lavorano materiali con bassa conducibilità termica e alta tendenza all'incrudimento (resistenza del materiale che aumenta quando la tensione nel materiale aumenta, specialmente se combinata con una temperatura più alta (per esempio il titanio)). Le schegge hanno un aspetto simile a un dente di sega.

I trucioli continui si formano quando si lavorano materiali duttili quali l'acciaio dolce, il rame e l'alluminio. A causa della deformazione plastica del materiale duttile, vengono prodotti trucioli lunghi e continui. Dal punto di vista della pura azione di taglio, questa è una situazione desiderabile perché produce una buona rugosità superficiale, un basso consumo di energia e una maggiore durata degli utensili. Le condizioni che favoriscono la formazione di trucioli continui sono un ridotto spessore del truciolo, un'elevata velocità di taglio, un tagliente affilato, un grande angolo di spoglia sull'utensile da taglio, una faccia dell'utensile liscia e un sistema di lubrificazione efficiente. Tali trucioli sono tuttavia difficili da maneggiare e da rimuovere. Inoltre, i trucioli possono avvolgersi in una spirale o elica molto lunga e arricciarsi intorno al pezzo e all'utensile e possono ferire l'operatore alla rottura di quest’ultimo. La faccia dell'utensile rimane a contatto per un periodo più lungo, è ciò comporta un maggior calore da attrito. Questo problema può tuttavia essere corretto utilizzando dei rompi-trucioli.

La deformazione avviene lungo una stretta zona di taglio chiamata zona di taglio primaria. Alcuni trucioli continui possono sviluppare una zona di taglio secondaria presso l'interfaccia utensile-truciolo. Tale zona diventa più spessa all'aumentare dell'attrito. I trucioli continui possono anche svilupparsi quando è presente un'ampia zona di taglio primario con bordi curvi. Il limite inferiore della zona di deformazione (effetto di flusso laterale) può scendere al di sotto della superficie lavorata; ciò distorce la superficie lavorata e porta ad una pessima rugosità superficiale.

Un tagliente di riporto è formato da piccole particelle di materiale del pezzo in lavorazione che si depositano e si attaccano al tagliente. I taglienti di riporto si verificano principalmente nelle applicazioni su materiali teneri e duttili e quando si formano trucioli continui. Un tagliente di riporto può influenzare l'azione di taglio dell'utensile. Il materiale di un tagliente di riporto è estremamente duro e fragile. Quando al tagliente di riporto si aggiungono strati successivi, questo diventa instabile. Alla rottura del tagliente di riporto, una parte di esso si sposta in alto sulla faccia dell'utensile insieme al truciolo, mentre la parte restante rimane nella superficie lavorata. Quest'ultima influisce sulla rugosità della superficie lavorata.

La formazione di materiale di riporto (“Built up edge” in inglese) può essere ridotta, ad esempio, aumentando la velocità di taglio, aumentando l'angolo di spoglia, impiegando utensili più affilati, utilizzando un refrigerante ad alta concentrazione e adottando materiali da taglio aventi minore affinità chimica con il materiale del pezzo in lavorazione.

Built-up edge region

Free cutting region

Figura 9: Esempi di taglienti e trucioli di riporto per diverse velocità di taglio.

I trucioli di taglio o trucioli corti (chiamati anche trucioli discontinui) consistono in segmenti non collegati l'uno all'altro.

Tale tipo di trucioli viene prodotto quando si tagliano materiali fragili come il bronzo, l'ottone duro e la ghisa grigia. Anche materiali molto duri o materiali con inclusioni dure e impurità produrranno trucioli corti quando lavorati. I materiali fragili mancano della duttilità necessaria per una apprezzabile deformazione plastica del truciolo.

La quantità di deformazione che il truciolo subisce per deformazione è limitata dalla rottura ripetuta dello stesso. I trucioli discontinui sono prodotti con materiali fragili del pezzo in lavorazione, in condizioni quali trucioli di spessore elevato, bassa velocità di taglio e ridotto angolo di spoglia.

Quando la stabilità della macchina utensile è ridotta, i trucioli corti - a causa della natura intermittente del processo di formazione del truciolo in questo caso - possono portare a micro vibrazioni durante il funzionamento. Un vantaggio di questo tipo di trucioli è che sono facili da maneggiare e smaltire.

Se questi trucioli si formano in materiali fragili, la rugosità della superficie è discreta, il consumo di energia è basso e la durata dell'utensile è ragionevole. Con materiali duttili, tuttavia, la rugosità superficiale è pessima e l'usura dell'utensile è eccessiva.

A. Acciaio al carbonio con

B.Acciaio inossidabile duplex con trucioli

C. Acciaio al carbonio con tagliente di riporto

D. Ghisa con trucioli discontinui

Chip forms in some materials

Figura 10: Esempi di diverse forme di trucioli con diversi materiali del pezzo in lavorazione.

GEOMETRIE DI ROTTURA DEI TRUCIOLI

Quando si formano trucioli lunghi e continui durante la lavorazione, questi generalmente hanno un effetto negativo sull'efficienza dell'operazione. Esiste il rischio che danneggino l'utensile da taglio, il pezzo da lavorare e la macchina utensile. Possono inoltre portare a fermi di produzione non necessari a causa di problemi nella rimozione dei trucioli. Infine, possono creare condizioni di lavoro non sicure per l'operatore della macchina utensile. I trucioli devono essere frantumati in pezzi di ridotte dimensioni per facilitarne la rimozione, per motivi di sicurezza e per prevenire danni alla macchina utensile e al pezzo in lavorazione.

I trucioli svilupperanno una curvatura (ricciolo) mentre si formano. I fattori che influenzano la curvatura del truciolo sono: la distribuzione delle sollecitazioni nelle zone di taglio primarie e secondarie, gli effetti termici, le caratteristiche di incrudimento del materiale del pezzo, la geometria dell'utensile da taglio e, in una certa misura, il sistema di raffreddamento.

In generale, si può affermare che al diminuire dell'angolo di spoglia (utensile negativo), la curvatura del truciolo si restringe. Ciò porterà a frammenti di trucioli più corti. La funzione dei rompi-trucioli è di ridurre il raggio di curvatura dei trucioli e quindi di ridurli in frammenti più corti.

A. Truciolo

B. Senza rompi truciolo

C. Con rompi truciolo

D. Rompi truciolo

E. Utensile

F. Pezzo in lavorazione

Chipbreaking geometry

Figure 11: Principio di base di una geometria di rottura dei trucioli.

In relazione al tipo di operazione e alla combinazione di avanzamento e profondità di taglio, e al materiale del pezzo, si devono impiegare diversi tipi di geometrie di rottura del truciolo.

Chip and feed relationship Figura 12: Esempi di formazione di trucioli (la geometria mostrata è Seco MF2). A sinistra un'operazione

con f = 0,1 mm/giro in avanzamento e a destra un'operazione con f = 0,3 mm/giro in avanzamento.

A. Angolo

B. Tagliente

Chip breaking geometries

Figure 13: Diversi tipi di geometrie di rottura del chip.

La relazione tra il materiale del pezzo in lavorazione, le condizioni di taglio, il tipo di geometria di rottura del truciolo e il tipo di truciolo formato può essere illustrata in un cosiddetto diagramma di rottura del truciolo.

Un diagramma di rottura dei trucioli illustra le considerazioni da contemplare nella scelta della profondità di taglio e dell'avanzamento quando si lavora un determinato materiale del pezzo in lavorazione con una data geometria di rottura del truciolo.

L'asse orizzontale rappresenta l'avanzamento. L'avanzamento deve essere sempre maggiore di un determinato valore minimo (arrotondamento tagliente) e minore di un determinato valore massimo (metà del raggio di punta).

L'asse verticale mostra la profondità di taglio. La profondità di taglio deve essere sempre maggiore del raggio di punta, per avere una buona formazione del truciolo. Altrimenti, la profondità di taglio non deve mai essere maggiore dei due terzi della lunghezza del tagliente. In quest'ultimo caso, è consigliabile operare tramite fattori di sicurezza.

Tali fattori di sicurezza dipendono dalla forza del tagliente. Per gli inserti, questi fattori di sicurezza variano tra il 75 % (nel caso di inserti quadrati o rombici) e il 20 % (nel caso di inserti a copiare con un angolo superiore ridotto) della lunghezza del tagliente.

Chip breaking diagram

Figura 14: Diagramma di rottura dei trucioli. Questo è un metodo grafico per illustrare le limitazioni di avanzamento e D.O.C. imposte dalla geometria dell'inserto, dalla forma dei trucioli e dalla forza di taglio.

Sia la profondità di taglio che l'avanzamento, devono inoltre rimanere entro certi limiti. Il rapporto di spessore del truciolo massimo deve essere inferiore a un certo valore limite, per evitare la formazione di trucioli troppo lunghi a forma di nastro. Il rapporto di spessore del truciolo deve anche essere maggiore di un valore minimo per evitare rifiuto al taglio e rapida usura. I limiti sopra descritti sono indicati nel diagramma da due linee inclinate. I valori minimo e massimo del rapporto di spessore del truciolo dipendono dal materiale del pezzo in lavorazione. Per evitare frequenti rotture del tagliente, le forze di taglio non devono diventare eccessive. Tale limite è indicato nel diagramma di rottura dei trucioli da una linea curva.

Ogni combinazione di avanzamento e profondità di taglio che ricade nella zona blu in Figure 14 produrrà trucioli di forma corretta. Se però si seleziona una combinazione al di fuori di questa zona blu, il funzionamento del tagliente e la geometria di controllo dei trucioli non saranno ottimali: i trucioli saranno troppo lunghi oppure le rotture dei taglienti si verificheranno con frequenza inaccettabile.

Cutting speed & chip formation

Figura 15: illustra l'influenza della velocità di taglio sulla formazione dei trucioli

La linea orizzontale indica l'avanzamento, mentre sugli assi verticali si può vedere il tipo di trucioli. In generale, all’aumentare del valore dell'avanzamento, i trucioli mostrano la tendenza ad essere più corti. Tale dipendenza è maggiore quando le velocità di taglio sono basse. All’aumentare della velocità di taglio, tuttavia, la dipendenza tra l'avanzamento e il tipo di truciolo generato diminuisce.

Utilizzo dei gruppi di materiali ISO, inserti con forma base negativa

Un diagramma di rottura dei trucioli è un metodo grafico per illustrare diversi tipi di geometrie di rottura dei trucioli e i loro campi di applicazione, relativi gli uni agli altri. Figure 16 mostra un esempio di un diagramma di tale tipo. In questo diagramma, diverse geometrie di rottura dei trucioli (denominate FF1, FF2, MF1 ... RR97) sono classificate in relazione alla rispettiva forza del tagliente e campo di applicazione. L'asse orizzontale indica la forza di taglio relativa della geometria. In una certa misura si può anche affermare che l'asse orizzontale rappresenta un'indicazione circa l'avanzamento con cui si può utilizzare una determinata geometria. L'asse verticale indica il tipo di applicazione, che va dalla finitura (piccole profondità di taglio) fino alla sgrossatura (grandi profondità di taglio). In una certa misura l'asse verticale rappresenta la profondità di taglio relativa con cui si può utilizzare una determinata geometria. La profondità di taglio effettiva sarà naturalmente influenzata anche dalla dimensione effettiva dell'inserto (la lunghezza del tagliente). I diversi colori indicano con quale materiale costituente il pezzo e le geometrie possono essere impiegate. I colori utilizzati sono quelli stabiliti dall’ISO per alcuni gruppi di materiali (blu per gli acciai, rosso per le ghise, giallo per gli acciai inossidabili, arancione per le superleghe e grigio per i materiali temprati).

Una geometria posizionata in basso a sinistra in questo diagramma, sarà molto tagliente e genererà chip corti. Ma sarà anche una geometria che non presenterà un’elevata resistenza del tagliente, quindi le condizioni di taglio (profondità di taglio e avanzamenti) dovranno essere mantenute su valori ridotti. Al contrario, le geometrie in alto a destra nel diagramma implicano elevata resistenza del tagliente e possono essere utilizzate con condizioni di taglio elevate. I trucioli formati con questo tipo di geometrie tenderanno tuttavia ad essere lunghi.