Gli utensili

1. Gli utensili LIUC - Ingegneria Gestionale

2. Caratteristiche dei materiali per utensili • Durezza a caldo: per resistere alle alte temperature raggiunte a causa di: • Deformazione del truciolo • Attrito truciolo/utensile • Attrito pezzo/utensile • Resistenza all’usura: a causa dello strisciamento pezzo/utensile LIUC - Ingegneria Gestionale

3. Caratteristiche dei materiali per utensili • Resilienza o tenacità: perché un materiale fragile comporterebbe la rottura dell’utensile in caso di urto specie nelle operazioni con taglio interrotto • Proprietà termiche: il calore che si sviluppa nell’area di contatto deve potersi facilmente disperdere per evitare il surriscaldamento LIUC - Ingegneria Gestionale

4. Caratteristiche dei materiali per utensili • Proprietà chimiche: occorre di fatto evitare, a causa delle alte temperature, fenomeni di • Ossidazione • Fusione e saldatura truciolo/utensile • Basso coefficiente di attrito per ridurre il surriscaldamento • Uso di liquidi refrigeranti LIUC - Ingegneria Gestionale

5. Scelta dei materiali per utensili • Parametri tecnici in funzione di: • Materiale in lavorazione • Tipo di lavorazione da effettuare • Parametri economici in funzione di: • Velocità di lavorazione • Caratteristiche di durata • Tempi di lavorazione LIUC - Ingegneria Gestionale

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7. Acciai non legati per utensili • Tenore di carbonio tra 0,5 e 1,5% • C70KU – C100KU – C120 KU - ….. (UNI2955) • Induriti con trattamenti termici • Tempra (790-830 °C) – 67 HRC • Rinvenimento (200-300 °C) – 63-65 HRC • Temperatura dell’utensile tra 250 e 300 °C LIUC - Ingegneria Gestionale

8. Acciai legati speciali (HS-High Speed) • Tenore di carbonio tra superiore all’1% • Elementi in lega a formare carburi insolubili nel reticolo: • Cromo per la resistenza all’usura • Vanadio e nickel per la tenacità • Tungsteno e molibdeno per la durezza a caldo • Manganese e silicio per la stabilità • 107 CrV 3 KU – 110 W 4 KU – X215 CrW 12 1 KU - ….. (UNI2955) • Induriti con trattamenti termici • Tempra (790-830 °C) – 67 HRC • Rinvenimento (200-300 °C) – 63-65 HRC • Temperatura utensile nell’intorno di 300 °C LIUC - Ingegneria Gestionale

9. Acciai legati speciali rapidi o superrapidi (HSS-High Super Speed) • Tenore di carbonio tra 0,8 e 1,5% • Elementi in lega in percentuale anche elevata a formare carburi insolubili nel reticolo: • Cromo 4% per la resistenza all’usura • Vanadio 3% per la tenacità • Tungsteno 20% (e molibdeno) per la durezza a caldo • Cobalto 12% per la stabilità ad alta temperatura nei superrapidi • Induriti con trattamenti termici • Tempra (790-830 °C) – 67 HRC • Rinvenimento (200-300 °C) – 63-65 HRC • HS 18-0-1 – HS 1-8-1 – HS 10-4-3-10 ….. (UNI2955) • Prodotti anche tramite sinterizzazione • Temperatura utensile nell’intorno di 600 °C LIUC - Ingegneria Gestionale

10. Leghe fuse non ferrose (stelliti) • Formate da leghe di: • Cromo 25-30 % per la resistenza all’usura • Tungsteno 15-20% per la durezza a caldo • Cobalto 45-50% per la stabilità ad alta temperatura • Non necessitano trattamento termico • Adatte a lavorare materiali molto usuranti • Prodotti per fusione o sinterizzazione in forma di barrette • 65 HRC – molto fragili • Temperatura utensile nell’intorno di 800 °C LIUC - Ingegneria Gestionale

11. Carburi metallici (Widia) • Wi-dia ovvero “wie diamant” • Prodotti per sinterizzazione: surriscaldamento (1400-1600 °C) ad alta pressione senza arrivare alla fusione di polveri finissime : • Carburo di Tungsteno (WC) 15-50% per la durezza a caldo • Cobalto 45-50% come legante • Carburi di titanio, di tantalio, di niobio In percentuali inferiori) • Adatti ad elevate prestazioni: • Elevatissima durezza 78HRC anche a 900-1000 °C • Elevata resistenza a compressione • Elevata conducibilità termica • Gruppi P, M, K a seconda del tipo di materiale da lavorare (UNI 4972) LIUC - Ingegneria Gestionale

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14. Materiali ceramici • Polveri di ossidi sinterizzati • Allumina (Al2O3), ossidi di silicio e cromo e alcuni carburi metallici (Mo, Cr, V) • Resistenza all’usura • Basso coefficiente di attrito • Bassa conducibilità termica • Elevata fragilità • Necessitano macchine precise e rigide LIUC - Ingegneria Gestionale

15. Diamanti • Durezza stabile ed elevatissima anche a temperature molto elevate (1000 °C) • Utilizzati diamanti impuri e sintetici (prodotti per sinterizzazione) per lavorazioni ad altissima temperatura e per affilatura utensili • Vengono sfaccettati per ottenere appositi angoli di taglio e incastonati su supporti metallici LIUC - Ingegneria Gestionale

16. Elementi che influenzano l’usura dell’utensile LIUC - Ingegneria Gestionale

17. Temperatura all’utensile • Resistenze per asportare il truciolo: • di deformazione interna del materiale (70%) • di attrito esterno tra utensile e materiale (30%) • L’energia spesa si trasferisce dunque essenzialmente in energia cinetica delle molecole e dunque in calore • Rischi per l’utensile. • Crollo della durezza • Ossidazione • Perdita dell’affilatura LIUC - Ingegneria Gestionale

18. Oli da taglio Oli minerali puri Oli composti Oli estrema pressione (EP) Soluzioni acquose Oli emulsionabili Fluidi sintetici Scelta del lubrificante in funzione di: Materiale in lavorazione Materiale dell’utensile Tipo di lavorazione Fluidi da taglio LIUC - Ingegneria Gestionale

19. Il truciolo • Il truciolo, ovvero parte di materiale che si distacca dal pezzo in lavorazione per mezzo dell’azione dell’utensile. La sua forma è funzione di: • Velocità di taglio • Geometria dell’utensile • Caratteristiche del metallo in lavorazione • Caratteristiche del materiale dell’utensile LIUC - Ingegneria Gestionale

20. Rompitruciolo • È un avvallamento che può trovarsi sulla faccia superiore del tagliente per costringere il truciolo a curvarsi • La curvatura porta il truciolo alla rottura e dunque al suo distacco dalla zona di taglio. • Il distacco rapido del truciolo riduce la temperatura all’utensile, la sua usura per scorrimento e il pericolo per operatori e macchina dovuti alla sua eccessiva lunghezza LIUC - Ingegneria Gestionale

21. Tagliente di riporto • È costituito da parte del materiale del pezzo che per l’elevata temperatura e pressione aderisce al tagliente dell’utensile • Quando si stacca provoca una scheggiatura del tagliente e irregolarità sulla superficie lavorata • Può essere evitato con: • Maggiori velocità di taglio • Uso di lubrorefrigeranti • Modificando la geometria dell’utensile LIUC - Ingegneria Gestionale

22. Tipi di utensile • Utensili monotaglienti: sono utilizzati prevalentemente in tornitura • Utensili pluritaglienti: sono quelli utilizzati in foratura, fresatura, alesatura e brocciatura • Utensili con geometria indefinita: sono utilizzati prevalentemente nelle operazioni di rettificatura LIUC - Ingegneria Gestionale

23. Utensili • Parti caratteristiche: • Stelo: parte di fissaggio alla macchina • Testa: parte che porta i taglienti fissi o riportati • Superficie di appoggio: parte inferiore dello stelo • Petto: superficie attiva sulla quale scorre il truciolo • Fianchi: superfici adiacenti al petto (fianco principale e fianco secondario) • Taglienti: spigoli di intersezione del petto con i fianchi (tagliente principale e tagliente secondario • Punta: intersezione di due taglienti LIUC - Ingegneria Gestionale

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25. Sistema di riferimento • Piano parallelo alla superficie di appoggio • Retta parallela all’asse dello stelo passante per la punta LIUC - Ingegneria Gestionale

26. Angoli caratteristici • Tagliente principale (Ψ): formato dalla proiezione del tagliente principale sul piano di riferimento con la retta di riferimento • Tagliente secondario (Ψs): formato dalla proiezione del tagliente secondario sul piano di riferimento con la retta di riferimento • Impostazione del tagliente principale (χ): formato dalla proiezione del tagliente principale sul piano di riferimento con l’asse di rotazione • Impostazione del tagliente secondario (χs): formato dalla proiezione del tagliente secondario sul piano di riferimento con l’asse di rotazione LIUC - Ingegneria Gestionale

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28. Angoli caratteristici • Inclinazione: formato dal tagliente con il piano di riferimento (λ) • Spoglia superiore del tagliente principale (γ) • Spoglia inferiore del tagliente principale (α) • Taglio (β) • Vale la relazione: α + β + γ = 90° LIUC - Ingegneria Gestionale

29. Angolidell’utensile LIUC - Ingegneria Gestionale

30. Influenza degli angoli sul taglio • L’angolo del tagliente principale (ψ) definisce la sezione del truciolo. • Tanto più è grande tanto maggiore è la durata dell’utensile perché la forza di taglio si distribuisce su una lunghezza più estesa • Lo spessore del truciolo non deve essere troppo basso per evitare difficoltà di incuneamento e dunque strisciamento LIUC - Ingegneria Gestionale

31. Angolo del tagliente principale LIUC - Ingegneria Gestionale

32. Influenza degli angoli sul taglio • L’angolo del tagliente secondario (ψs) influenza la rugosità del pezzo. • Deve essere inferiore a 90° per non strisciare sulla superficie già lavorata • Tanto più è grande tanto minore è la rugosità della superficie del pezzo • Influenza altresì la sezione del truciolo LIUC - Ingegneria Gestionale

33. Angolo del tagliente secondario LIUC - Ingegneria Gestionale

34. Influenza degli angoli sul taglio • L’angolo di spoglia inferiore del tagliente principale (α) deve ridurre al minimo lo strisciamento del fianco principale con la superficie lavorata a causa del ritorno elastico di quest’ultima. • Tanto più è grande tanto minore è lo strisciamento sul pezzo • Tanto più è grande tanto minore è la sezione resistente dell’utensile LIUC - Ingegneria Gestionale

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36. Influenza degli angoli sul taglio • L’angolo di spoglia superiore (γ) del tagliente principale determina la deformazione plastica di scorrimento del truciolo. • Tanto più è grande tanto minore è la forza necessaria per il taglio in quanto minore è la pressione truciolo-utensile: • Minore è la sollecitazione di attrito • Minore è la temperatura sull’interfaccia truciolo-pezzo • Tanto più è grande tanto minore è la sezione resistente dell’utensile. In taluni casi il suo valore varia per la presenza del rompitruciolo LIUC - Ingegneria Gestionale

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40. Influenza degli angoli sul taglio • L’angolo di inclinazione (λ) ha effetti simili a quello dell’angolo di spoglia superiore in quanto ha influenza: • Sulla direzione dello sforzo di taglio e del truciolo. Valori positivi comportano l’allontanamento del truciolo dalla superficie lavorata evitando: • Potenziale danneggiamento della superficie stessa o dell’utensile • Pericolo per l’operatore • Problemi nell’evacuazione del truciolo • Sulla sezione resistente dell’utensile LIUC - Ingegneria Gestionale

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42. Influenza del raggio di punta • Il raggio di punta tra i taglienti è essenziale al fine di: • Eliminare un pericoloso spigolo vivo • Dare robustezza all’utensile • Ridurre la rugosità del pezzo lavorato • Non deve essere troppo elevato per la possibile difficoltà di incuneamento dell’utensile nel pezzo LIUC - Ingegneria Gestionale

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44. Tipi di tagliente • Con placchetta saldata: quando la placchetta è tutt’uno con lo stelo • Con inserto fissato meccanicamente: quando la placchetta è intercambiabile e fissata sullo stelo con una vite • A taglio destro o sinistro: a seconda di come si presenta rispetto all’osservatore • A taglio frontale: quando il tagliente principale è perpendicolare all’asse dello stelo • Simmetrico: quando il tagliente principale può essere indifferentemente quello di destra o di sinistra LIUC - Ingegneria Gestionale

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46. Utensili con inserto • Gli inserti possono essere di forme disparate e consentono una rapida sostituzione in caso di usura salvaguardando il resto dell’utensile • Gli inserti per la lavorazione di materiali tenaci hanno il rompitruciolo • Esistono diversi tipi di bloccaggio (a staffa, a cuneo, a leva, …) LIUC - Ingegneria Gestionale

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48. Tipi di inserti LIUC - Ingegneria Gestionale

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50. Designazione degli inserti • Gli inserti vengono designati in base alla codifica ISO composta da 10 campi • I primi 4 con lettere a definire: forma, angolo di spoglia inferiore, tolleranze dimensionali, tipo • I campi 5, 6, 7 a definire con numeri la lunghezza, lo spessore e il raggio di punta dell’inserto • I campi 9,10 a definire con lettere il tipo di tagliente ed il verso di taglio LIUC - Ingegneria Gestionale