Risposta rapida: Gli utensili da taglio per tornio sono classificati in base all'operazione che eseguono: utensili da tornitura (riduzione del diametro esterno), utensili da spianatura (superfici terminali piane), utensili da alesatura (allargamento di fori interni), utensili per scanalatura (canali stretti e scanalature per O-ring), utensili per filettatura (filettature esterne e interne), utensili da troncatura (taglio del pezzo) e utensili per zigrinatura (texturizzazione della superficie). Ciascun tipo presenta una geometria, una resistenza dei taglienti e un design per il controllo dei trucioli distinti, ottimizzati per la propria specifica modalità di taglio — non sono intercambiabili. La scelta del materiale dell’utensile dipende dal materiale del pezzo: HSS per lavorazioni generiche a bassa velocità, carburo (rivestito o non rivestito) per la maggior parte delle lavorazioni di produzione, CBN (nitruro di boro cubico) per acciaio temprato con durezza superiore a circa HRC 45–50 e PCD (diamante policristallino) per alluminio e metalli non ferrosi. La corretta scelta dell’utensile determina la precisione dimensionale (±0,010–0,050 mm nella tornitura di produzione), la finitura superficiale (Ra 0,8–3,2 µm dopo una passata di tornitura di finitura) e la durata dell’utensile — tutti fattori che incidono sul costo totale per pezzo in modo più diretto rispetto alla macchina utensile stessa.
Perché la scelta degli utensili da tornio determina i risultati della lavorazione
Un tornio CNC garantisce il movimento degli assi, la velocità del mandrino e il posizionamento dell’utensile, ma è l’utensile da taglio a determinare la geometria del taglio, le forze applicate, il calore generato e le condizioni superficiali del pezzo finito. Due torni identici che eseguono lo stesso programma sullo stesso materiale producono risultati notevolmente diversi se gli utensili da taglio non sono adeguati all’operazione o al materiale.
Il meccanismo di finitura superficiale: La rugosità superficiale Ra su una superficie tornita è determinata principalmente dall'avanzamento per giro e dal raggio della punta dell'utensile: Ra ≈ f²/(8r), dove f è l'avanzamento per giro (mm/giro) e r è il raggio della punta (mm). Con un'avanzata di 0,1 mm/giro e un raggio di punta di 0,8 mm, il valore teorico di Ra è di circa 1,6 µm — valore ottenibile in produzione. Passando a un raggio di punta di 0,4 mm a parità di velocità di avanzamento si ottiene un valore di Ra ≈ 3,1 µm. Si tratta di risultati determinati dalla geometria dell’utensile; nessuna regolazione della programmazione può compensare una geometria errata dell’utensile.
Il meccanismo di usura degli utensili: Il tasso di usura dell’utensile è esponenzialmente sensibile alla velocità di taglio e alla generazione di calore. L’utilizzo di un inserto in carburo standard progettato per l’acciaio sul titanio Ti-6Al-4V a una velocità adeguata per l’acciaio (150–200 m/min) provoca il cedimento dell’utensile in pochi minuti, poiché la conduttività termica del titanio (~7 W/m·K) concentra il calore di taglio sulla punta dell’utensile anziché dissiparlo attraverso il truciolo. Riducendo la velocità all’intervallo corretto per il titanio (30–80 m/min) e utilizzando un inserto in carburo con rivestimento TiAlN appropriato, la durata dell’utensile si estende a 20–40 minuti per tagliente — un miglioramento di 5–10 volte che deriva interamente dalla corretta selezione dell’utensile e dei parametri.
Le conseguenze in termini di costi: Ogni cambio utensile non pianificato su un tornio CNC comporta un tempo di fermo macchina (in genere 3–8 minuti per il cambio dell’inserto e il ri-azzeramento), l’ispezione del primo pezzo dopo il cambio utensile e il potenziale scarto di eventuali pezzi prodotti con un utensile deteriorato. Su un pezzo con un tempo di ciclo di 4 minuti, un guasto dell’utensile ogni 20 minuti (dovuto a una scelta errata dell’utensile) aggiunge circa 15–20% al tempo di ciclo effettivo. Una corretta selezione dell’utensile, che ne prolunghi la durata a 60 minuti per tagliente, riduce questo sovraccarico a circa 5% — un miglioramento del tempo di ciclo di 10–15% attribuibile interamente alla scelta dell’utensile.
Le principali tipologie di utensili da taglio per tornio
Utensili da tornitura
Gli utensili da tornitura riducono il diametro esterno (OD) di un pezzo in rotazione mediante l'avanzamento lungo l'asse Z (parallelo all'asse di rotazione). Sono il tipo di utensile da tornitura più comunemente utilizzato e si suddividono ulteriormente in configurazioni per sgrossatura e finitura.
Utensili per tornitura di sgrossatura utilizzare inserti con un raggio di punta maggiore (in genere 0,8–1,2 mm), angolo di spoglia negativo o neutro e una scanalatura a T (smussatura) sul tagliente per rinforzare il bordo. Queste geometrie privilegiano la resistenza del tagliente e il controllo dei trucioli in presenza di elevati carichi di truciolo (profondità di taglio 2–5 mm, velocità di avanzamento 0,2–0,5 mm/giro) rispetto alla qualità della finitura superficiale. Gli utensili di sgrossatura asportano rapidamente la maggior parte del materiale in eccesso e producono intenzionalmente un valore Ra compreso tra 3,2 e 6,3 µm — risultato accettabile poiché seguirà l’utensile di finitura.
Utensili di finitura per tornitura utilizzare inserti con raggio di punta più piccolo (0,2–0,8 mm), angolo di spoglia positivo e un tagliente più affilato. Con un carico di truciolo ridotto (profondità di taglio 0,1–0,5 mm, velocità di avanzamento 0,05–0,15 mm/giro), questi utensili producono un Ra compreso tra 0,8 e 3,2 µm e mantengono tolleranze di diametro molto strette (±0,010–0,025 mm), poiché la minore forza di taglio riduce la deflessione dell’utensile.
Utensili per la lavorazione frontale
Gli utensili da spianatura lavorano la faccia frontale del pezzo perpendicolarmente all’asse di rotazione, creando una superficie piana che definisce la lunghezza del pezzo e fornisce un punto di riferimento. La geometria di taglio è simile a quella degli utensili da tornitura, ma orientata per l’avanzamento radiale (asse X) anziché per quello assiale (asse Z). La planarità e la perpendicolarità rispetto all’asse sono i risultati fondamentali; un utensile da spianatura rettificato in modo errato o che presenta deviazioni produce una superficie frontale concava o convessa anziché perfettamente piana.
Utensili da foratura
Gli utensili di alesatura (barre di alesatura) lavorano il diametro interno (ID) di un foro, allargando e rifinendo un foro preforato o alesato in via grossolana. La principale sfida ingegneristica nell’alesatura è la deflessione dell’utensile: la barra di alesatura deve raggiungere l’interno del foro e la sua rigidità a sbalzo diminuisce con il cubo della sua lunghezza non supportata. Una barra di alesatura che risulta rigida a 30 mm di estensione dalla torretta può deformarsi eccessivamente a 80 mm di estensione a parità di forza di taglio, causando una conicità nel diametro del foro e potenzialmente vibrazioni.
Il rapporto profondità/diametro è il parametro determinante: le barre di alesatura sono in genere stabili fino a un rapporto di circa 4:1 (rapporto lunghezza/diametro della barra); oltre tale valore, per ottenere risultati accettabili sono necessarie barre di alesatura in metallo pesante (lega di tungsteno) o con smorzamento delle vibrazioni. L'alesatura consente di ottenere tolleranze del diametro interno comprese tra ±0,010 e 0,025 mm e una finitura superficiale Ra compresa tra 0,8 e 3,2 µm — risultati significativamente migliori rispetto alla foratura (che raggiunge tolleranze di diametro comprese tra ±0,050 e 0,100 mm).
Utensili per scanalatura
Gli utensili per scanalatura (noti anche come utensili da troncatura e scanalatura, o utensili da taglio in larghezze ridotte) realizzano canali stretti perpendicolari all’asse di rotazione. La geometria dell’inserto presenta un tagliente stretto e rinforzato — in genere largo 2–6 mm — progettato per tagliare contemporaneamente su tre lati (entrambe le pareti laterali e la faccia inferiore della scanalatura). Questo impegno su tre lati genera un’elevata forza di taglio radiale che deve essere sostenuta da un sistema di fissaggio rigido.
Applicazioni comuni: scanalature per O-ring (tolleranza di larghezza ±0,025–0,050 mm, in linea con le tolleranze della sezione trasversale degli O-ring definite dalla norma AS568 o ISO 3601), scanalature per anelli di ritegno (DIN 471/472, tolleranze di larghezza e posizione ±0,010–0,025 mm), smussi di scarico per il raggio di smussatura delle filettature e scanalature per anelli elastici. La larghezza della scanalatura è determinata dalla larghezza dell’inserto; per specifiche di larghezza diverse sono necessari inserti per scanalature separati.
Utensili per filettatura
Gli utensili per la filettatura utilizzano inserti specifici per ogni profilo, la cui geometria del tagliente corrisponde esattamente alla forma della filettatura: ISO 60° per le filettature metriche, UN 60° per le filettature unificate in pollici, ACME 29° per le viti di trasmissione e così via. La filettatura viene realizzata tramite un avanzamento sincronizzato sull’asse Z: per ogni giro del mandrino, l’utensile avanza esattamente di un passo di filettatura in direzione Z, tracciando il percorso elicoidale della filettatura.
La filettatura viene eseguita in più passate (in genere da 4 a 12 passate a seconda della profondità della filettatura, del materiale e dell’avanzamento dell’utensile per ogni passata), ciascuna delle quali asporta una profondità controllata di materiale. Le classi di tolleranza delle filettature (6g per quelle esterne, 6H per quelle interne secondo la norma ISO 965-1) si ottengono programmando la corretta profondità di avanzamento accumulata e verificando il risultato con anelli di controllo o calibri a tampone. L’utilizzo di un inserto di tornitura per uso generico per la filettatura produce un profilo della filettatura arrotondato anziché i fianchi netti e ben definiti necessari per un corretto innesto della filettatura.
Utensili da taglio
Gli utensili da taglio di separazione tagliano il pezzo in senso radiale (avanzamento verso l’interno sull’asse X) per separare il pezzo finito dalla barra o dal mandrino. L’inserto a lama stretta (in genere largo 2–4 mm) riduce al minimo lo scarto di materiale derivante dal taglio. La troncatura è un’operazione meccanicamente impegnativa: l’inserto deve mantenere un taglio stabile e privo di vibrazioni a profondità crescenti, con l’evacuazione dei trucioli che diventa progressivamente più difficile man mano che l’utensile si avvicina al centro. La prassi standard prevede una bassa velocità di avanzamento (0,02–0,08 mm/giro), refrigerante attraverso il mandrino, se disponibile, e un portautensili fissato saldamente.
Utensili per zigrinatura
Gli utensili di zigrinatura non tagliano il materiale, ma deformano plasticamente la superficie del pezzo utilizzando rulli in acciaio temprato con un motivo definito (zigrinatura a rombi, zigrinatura diritta) che imprime il motivo sulla superficie sotto l’azione di una forza applicata. La zigrinatura viene utilizzata per migliorare la presa (maniglie, manopole di regolazione, impugnature di strumenti chirurgici) e per l’accoppiamento a pressione (inserti zigrinati inseriti a pressione nella plastica). La profondità e l’uniformità del motivo zigrinato dipendono dalla corretta velocità di avanzamento rispetto al passo della zigrinatura.
Scelta del materiale dell'utensile in base al materiale del pezzo
| Materiale del pezzo | Materiale consigliato per gli utensili | Motivo principale | Parametri chiave di taglio |
|---|---|---|---|
| Leghe di alluminio (6061, 7075) | Carburo non rivestito o PCD | Bassa durezza; il bordo affilato previene la formazione di BUE; PCD per grandi volumi | Elevata velocità lineare (300–600 m/min) |
| Acciaio dolce (1018, 1045) | Carburo rivestito (TiN, TiCN) | Resistenza all'usura e tenacità equilibrate | SFM moderata (100–200 m/min) |
| Acciaio legato (4140, 4340) | Carburo rivestito (TiAlN) | Maggiore durezza; rivestimento resistente al calore | SFM moderata (80–150 m/min) |
| Acciaio inossidabile 303 | Carburo rivestito con angolo di spoglia positivo | Inferiore indurimento da deformazione rispetto al 304 | SFM moderata (80–150 m/min) |
| Acciaio inossidabile 304/316 | Carburo rivestito (TiAlN), angolo di spoglia positivo, rompitruciolo dedicato | Indurimento da lavoro; richiede un'alimentazione continua e costante | SFM più basso (50–120 m/min); non effettuare mai soste |
| Titanio Ti-6Al-4V | Carburo rivestito in TiAlN; si consiglia l'uso del refrigerante a filo mandrino | La bassa conduttività termica trattiene il calore sulla punta dell'utensile; reattività chimica con il WC-Co | Bassa velocità lineare (30–80 m/min) |
| Inconel 718 | Carburo rivestito o ceramica (sgrossatura); CBN (finitura) | Elevata indurimento da deformazione e ritenzione del calore | Velocità di avanzamento molto bassa (20–50 m/min) |
| Acciaio temprato (HRC 45–65) | CBN (nitruro di boro cubico) | Il carburo convenzionale si usura rapidamente; il CBN mantiene la propria durezza fino a oltre 1.000 °C | Bassa velocità di avanzamento (100–200 m/min per il CBN) |
| Ottone, leghe di rame | Carburo non rivestito o con rivestimento TiN; bordo affilato | Bassa durezza; rischio di BUE ad alta velocità | Elevata velocità lineare (150–350 m/min) |
Perché il CBN è necessario per l'acciaio temprato: Gli inserti in carburo iniziano a perdere durezza al di sopra di circa 700–800 °C. Nell’acciaio temprato con durezza superiore a HRC 45, le forze di taglio specifiche e le temperature associate superano questa soglia, causando una rapida usura del fianco e una deriva dimensionale. Il CBN mantiene la sua durezza al di sopra dei 1.000 °C e non reagisce chimicamente con i materiali a base di ferro (a differenza del diamante, che reagisce con l’acciaio alle temperature di taglio). Il risultato pratico è che il CBN è in grado di mantenere una precisione dimensionale di ±0,010–0,020 mm nella tornitura dell’acciaio temprato per 15–30 minuti per tagliente — un processo denominato “tornitura a duro” che in molte applicazioni elimina la necessità della rettifica cilindrica.
Geometria dell'utensile: come l'angolo di taglio, l'angolo di sfaccettatura e il raggio di punta influenzano le prestazioni
Angolo di inclinazione (γ): L’angolo di spoglia è l’angolo tra la faccia dell’utensile (la superficie su cui scorre il truciolo) e un piano perpendicolare alla velocità di taglio. Una spoglia positiva (faccia inclinata verso il pezzo) riduce la forza di taglio e la generazione di calore — vantaggiosa per materiali morbidi e duttili come l’alluminio e l’acciaio dolce, dove la resistenza del tagliente è meno critica. Un angolo di spoglia negativo (faccia inclinata in direzione opposta al pezzo, creando un cuneo di taglio più ottuso) aumenta la resistenza del tagliente ed è necessario per tagli interrotti, materiali duri e velocità di avanzamento elevate, dove altrimenti si verificherebbe la scheggiatura del tagliente. La maggior parte degli inserti in metallo duro per acciaio e acciaio inossidabile utilizza angoli di spoglia effettivi neutri o leggermente positivi, ottenuti grazie alla geometria dell’inserto e al design del rompitruciolo.
Angolo di sfaccettatura (α): L'angolo di sfaccettatura è lo spazio libero tra il fianco dell'utensile (la superficie dietro il tagliente) e la superficie del pezzo in lavorazione. Una sfaccettatura insufficiente fa sì che il fianco sfreghi contro il pezzo anziché tagliarlo in modo netto, generando calore e accelerando l'usura del fianco. Un angolo di spoglia eccessivo indebolisce il tagliente riducendo l’angolo del cuneo di sostegno. Gli angoli di spoglia tipici sono compresi tra 5 e 8° per la tornitura dell’acciaio, tra 8 e 12° per l’alluminio e tra 4 e 6° per i tagli interrotti, dove la resistenza del tagliente è più importante della riduzione dell’attrito.
Raggio del naso (r): Il raggio di punta collega il tagliente principale e quello secondario. Un raggio di punta maggiore garantisce una migliore finitura superficiale (valore Ra inferiore a parità di velocità di avanzamento) e offre una maggiore resistenza del tagliente, distribuendo le forze di taglio su un arco più lungo. Un raggio di punta minore riduce la forza di taglio radiale — aspetto fondamentale per i pezzi a pareti sottili che potrebbero deformarsi in presenza di un carico radiale eccessivo. Scelta pratica: utilizzare il raggio di punta massimo che non provochi vibrazioni durante l’allestimento. Per passate di finitura su allestimenti rigidi, 0,8–1,2 mm; per pareti sottili o sporgenti lunghi dell’utensile, 0,2–0,4 mm.
Progettazione del rompichip: Gli inserti in carburo presentano elementi stampati o rettificati sulla superficie di taglio (geometria rompitruciolo) che deformano e spezzano i trucioli in pezzi di lunghezza gestibile. Un efficace controllo dei trucioli impedisce che trucioli lunghi e filiformi si avvolgano attorno all’utensile o al pezzo (problema particolarmente rilevante con l’acciaio e l’acciaio inossidabile), riduce l’accumulo di trucioli nella lavorazione automatizzata e migliora l’accesso del refrigerante alla zona di taglio. I design dei rompitrucioli sono specifici per ogni materiale: gli inserti per l’alluminio utilizzano geometrie aperte ad alto angolo di spoglia; gli inserti per l’acciaio inossidabile utilizzano rompitrucioli più stretti che favoriscono l’arricciamento del truciolo senza favorire la formazione di bordi di accumulo.
Errori comuni nella scelta degli utensili e relative conseguenze
| Errore | Conseguenza | L'approccio corretto |
|---|---|---|
| Utilizzo di un inserto di finitura per la sgrossatura | Scheggiatura del tagliente già nelle prime passate; durata dell’utensile <5–10 minuti | Utilizzare un inserto di sgrossatura rinforzato (raggio di punta maggiore, tagliente più resistente) per un carico di truciolo elevato; utilizzare l'utensile di finitura solo per la passata finale |
| Utilizzo di carburo non rivestito su acciaio inossidabile 304 | Formazione di bordi incrostati (BUE); il valore Ra supera i 3,2 µm; durata dell'utensile <15 minuti | Utilizzare un inserto in carburo rivestito in TiAlN con angolo di spoglia positivo e rompitruciolo dedicato in acciaio inossidabile; avanzamento continuo e costante |
| Utilizzo di utensili HSS su pezzi che richiedono velocità di taglio tipiche del carburo | L'utensile si ammorbidisce a causa del calore generato; rapida usura dei fianchi; variazione dimensionale | Adattare il materiale dell'utensile alla velocità di taglio richiesta; l'acciaio rapido (HSS) è generalmente limitato a <40 m/min nell'acciaio |
| Raggio del naso non conforme ai requisiti di finitura superficiale | Il raggio Ra supera i valori specificati (raggio troppo piccolo) oppure si verificano vibrazioni dovute a un raggio eccessivo in caso di configurazione flessibile | Calcolare il valore teorico di Ra a partire da f²/8r; verificare con un taglio di prova; ridurre il raggio in caso di vibrazioni |
| Selezione basata esclusivamente sul prezzo unitario di inserimento più basso | Durata dell'utensile 30–50% più breve; maggiore numero di sostituzioni dell'utensile per lotto; costo effettivo per pezzo più elevato | Calcolare il costo per pezzo (costo dell'inserto ÷ numero di pezzi per spigolo) anziché il costo per inserto |
| Utilizzo di un inserto di tornitura generico per la filettatura | Fianchi della filettatura arrotondati; angolo di filettatura errato; interferenza durante il montaggio o malfunzionamento del calibro per filettature | Utilizzare un inserto specifico per la filettatura, conforme allo standard richiesto |
Punti di forza
- I tipi di utensili da taglio per tornio sono specifici per ciascuna operazione e non sono intercambiabili: gli utensili per scanalatura, quelli per filettatura, quelli per alesatura e quelli per tornitura presentano ciascuno geometrie distinte, ottimizzate per la rispettiva modalità di taglio; l’utilizzo di un utensile da tornitura per la scanalatura, ad esempio, non consente di rispettare la tolleranza di larghezza della scanalatura, poiché la geometria dell’inserto non è progettata per un impegno su tre lati.
- Il materiale dell'utensile dipende dalla durezza e dalle proprietà termiche del pezzo: carburo per la maggior parte delle lavorazioni di produzione, CBN per l'acciaio temprato con durezza superiore a HRC 45 (dove il tasso di usura del carburo diventa economicamente insostenibile), PCD per l'alluminio e i metalli non ferrosi nella produzione ad alto volume, carburo rivestito (TiAlN) per l'acciaio inossidabile e il titanio, dove sono richieste resistenza al calore e ridotta affinità chimica.
- La formula relativa alla finitura superficiale Ra ≈ f²/(8r) dimostra che il raggio della punta e la velocità di avanzamento determinano direttamente il valore di Ra ottenibile: con un avanzamento di 0,1 mm/giro e un raggio di punta di 0,8 mm, il valore teorico di Ra è ≈ 1,6 µm. Specificare un requisito di finitura superficiale senza verificare che sia realizzabile con la geometria dell’inserto disponibile e l’avanzamento richiesto è una delle discrepanze più comuni tra il disegno e la produzione.
- La rigidità della barra di alesatura limita la tolleranza del diametro interno ottenibile in profondità: al di sopra di un rapporto lunghezza/diametro di circa 4:1, le barre di alesatura standard subiscono una deflessione tale, alle tipiche forze di taglio in finitura, da causare variazioni misurabili del diametro e della conicità. Le alesature profonde di precisione (con rapporto L/D superiore a 4:1) richiedono l'uso di barre di alesatura in lega di tungsteno o con smorzamento delle vibrazioni per mantenere una tolleranza di ±0,020 mm.
- La suddivisione delle operazioni di sgrossatura e finitura tra utensili dedicati riduce sia il costo totale degli utensili sia il tempo di ciclo: gli utensili di sgrossatura ottimizzati per un elevato carico di truciolo durano più a lungo nella sgrossatura rispetto a un inserto di finitura utilizzato per entrambe le operazioni; gli utensili di finitura ottimizzati per un basso carico di truciolo e per la qualità della superficie garantiscono un valore Ra migliore e rispettano tolleranze più strette rispetto a un inserto di sgrossatura utilizzato con avanzamenti ridotti.
- La maggior parte dei problemi di tornitura (finitura superficiale scadente, breve durata dell'utensile, vibrazioni) è dovuta alla scelta dell'utensile o ai parametri, non alla macchina: due torni identici che eseguono lo stesso programma producono risultati diversi se uno è dotato dell'inserto adatto al materiale e l'altro no.
- Per i team di approvvigionamento e progettazione OEM: i disegni tecnici dei componenti torniti dovrebbero specificare la finitura superficiale (valore Ra) e le tolleranze di diametro sulle caratteristiche critiche, anziché fare riferimento a un blocco di tolleranza generico. Ciò consente ai fornitori di lavorazioni meccaniche di verificare che il valore Ra richiesto sia ottenibile con velocità di avanzamento e geometria degli inserti compatibili con la produzione, nonché di individuare tempestivamente se una tolleranza stretta richieda utensili specializzati (CBN per l’acciaio temprato, barra di alesatura di precisione per fori profondi con tolleranze strette) che dovrebbero essere inclusi nel prezzo.
Domande frequenti
Quali sono le principali tipologie di utensili da taglio per tornio e a cosa serve ciascuna di esse?
I principali tipi di utensili da taglio per tornio sono: utensili da tornitura (riducono il diametro esterno mediante avanzamento assiale lungo il pezzo); utensili da spianatura (lavorano la faccia frontale perpendicolare all’asse di rotazione); utensili da alesatura (allargano e rifiniscono i fori interni); utensili da scanalatura (realizzano canali stretti di larghezza definita — scanalature per O-ring, scanalature per anelli di ritegno); utensili per filettatura (realizzano filettature elicoidali utilizzando inserti con profilo specifico sincronizzati alla rotazione del mandrino); utensili da troncatura (tagliano radialmente il pezzo per separare il pezzo finito); e utensili per zigrinatura (deformano plasticamente la superficie per creare un motivo zigrinato che favorisca la presa). Ciascuno presenta una geometria specifica per la propria modalità di taglio; non sono intercambiabili.
Quando è opportuno utilizzare il CBN al posto del carburo per gli utensili da taglio per tornio?
Il CBN (nitruro di boro cubico) viene utilizzato al posto del carburo quando il pezzo da lavorare è in acciaio temprato con durezza superiore a circa HRC 45–50. A questo livello di durezza, l’usura dei fianchi del carburo diventa rapida poiché le temperature di taglio superano l’intervallo operativo efficace del carburo (~700–800 °C). Il CBN mantiene la propria durezza al di sopra dei 1.000 °C e non reagisce chimicamente con le leghe a base di ferro alle temperature di taglio. La tornitura in CBN dell’acciaio temprato (“tornitura dura”) consente di ottenere tolleranze di diametro di ±0,010–0,020 mm e una finitura superficiale Ra 0,4–1,6 µm — sostituendo in molte applicazioni la rettifica cilindrica per i pezzi temprati. Al di sotto di HRC 45, il carburo rivestito risulta più economico del CBN.
In che modo il raggio del nasello influisce sulla finitura superficiale nella tornitura?
La rugosità superficiale teorica Ra nella tornitura si calcola come Ra ≈ f²/(8r), dove f è la velocità di avanzamento per giro (mm/giro) e r è il raggio della punta dell’utensile (mm). Un raggio di punta maggiore produce un valore Ra inferiore (finitura più liscia) a parità di velocità di avanzamento, poiché la geometria ad arco genera cuspidi superficiali meno profonde tra le passate di avanzamento adiacenti. Ad esempio, con un avanzamento di 0,1 mm/giro: con r = 0,4 mm, Ra ≈ 3,1 µm; con r = 0,8 mm, Ra ≈ 1,6 µm; con r = 1,2 mm, Ra ≈ 1,0 µm. Il limite pratico del raggio di punta è dato dalla rigidità della macchina: un raggio di punta elevato aumenta la forza di taglio radiale, causando vibrazioni (chatter) se la configurazione non è sufficientemente rigida. La regola di progettazione è: utilizzare il raggio di punta più grande che non produca chatter nella configurazione specifica.
Che cos’è il bordo accumulato (BUE) e quale configurazione degli utensili del tornio lo provoca?
L'accumulo di materiale sul tagliente è una condizione in cui il materiale del pezzo si salda alla punta del tagliente sotto l'effetto della pressione e della temperatura di taglio, modificando la geometria effettiva dell'utensile. Si verifica più comunemente quando: la velocità di taglio è troppo bassa per il materiale (il materiale subisce una deformazione plastica anziché essere tagliato in modo netto); l’angolo di spoglia dell’utensile è negativo (una maggiore forza di compressione fa sì che il materiale si attacchi); oppure il materiale dell’utensile e quello del pezzo presentano affinità chimica alle temperature di taglio. Nell’acciaio inossidabile 304, l’accumulo sul tagliente (BUE) è la causa principale di una finitura superficiale scadente e del rapido degrado dell’utensile quando si utilizza carburo non rivestito a basse velocità. La strategia di prevenzione consiste nell’utilizzare un inserto in carburo rivestito in TiAlN (il rivestimento riduce l’adesione chimica tra il pezzo e l’utensile), nell’utilizzare un inserto con angolo di spoglia positivo progettato per l’acciaio inossidabile e nel mantenere un avanzamento continuo e costante, evitando soste o rallentamenti — che consentono allo strato indurito per deformazione di accumularsi davanti all’utensile.
Come si devono scegliere gli utensili da tornitura per l'acciaio inossidabile (304/316)?
Gli acciai inossidabili 304 e 316 sono difficili da tornire a causa della loro tendenza all’incrudimento durante la lavorazione e della loro conduttività termica relativamente bassa (circa 16 W/m·K). La corretta configurazione dell’utensile di tornitura è: inserto in carburo con rivestimento TiAlN e angolo di spoglia positivo (riduce la forza di taglio e abbassa la temperatura nella zona di taglio); un rompitruciolo progettato per l’acciaio inossidabile che favorisce l’arricciamento e l’evacuazione dei trucioli senza favorire la formazione di BUE; velocità di taglio compresa tra 80 e 120 m/min con il carburo (inferiore rispetto all’acciaio poiché è necessario gestire il calore); e un avanzamento costante e ininterrotto — l’avanzamento non deve rallentare né arrestarsi a metà taglio, poiché la permanenza dell’utensile su un punto della superficie indurito per deformazione degrada rapidamente il tagliente. L’utilizzo di un inserto non rivestito o con angolo di spoglia negativo sull’acciaio inossidabile 304 produce tipicamente BUE, una superficie ruvida (Ra >3,2 µm) e una durata dell’utensile inferiore a 15 minuti per tagliente.
Redatto dal team di ingegneri di CMS, con oltre 15 anni di esperienza nella tornitura CNC per la produzione di alberi, boccole, raccordi, componenti medicali, parti aerospaziali e componenti torniti di precisione in leghe di alluminio, acciaio inossidabile, titanio, Inconel, acciaio per utensili e tecnopolimeri. Riferimenti tecnici: Guida alle applicazioni di tornitura Sandvik Coromant (classi e geometrie degli inserti), Guida di riferimento alle soluzioni di tornitura Kennametal, Machinery’s Handbook (Utensili da taglio — Tornitura e alesatura), Kalpakjian S. e Schmid S.R. — Ingegneria e tecnologia di produzione (capitolo «Utensili da taglio a punta singola»), Manuale ASM Vol. 16 (Lavorazione meccanica — Materiali e geometria degli utensili di tornitura).
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