Utensili per il taglio dei metalli Le grandezze e le caratteristiche geometriche che definiscono un utensile influenzano sia la formazione del truciolo sia le forze che l’utensile e il pezzo si scambiano durante la lavorazione, sia, infine, il grado di finitura del pezzo. Si possono identificare tre categorie di utensili: Utensili a punta singola (tornitura, piallatura) Utensili a più denti (foratura, fresatura) Utensili con geometria indefinita (operazioni di rettifica)

Alcuni esempi di utensili monotaglienti

Alcuni esempi di utensili politaglienti

Alcuni esempi di utensili per rettifica Fresa a disco Fresa a tazza Fresa a codolo per interni

I materiali degli utensili per il taglio dei metalli Tecnologie e Sistemi di Lavorazione Tecnologia Meccanica 2 I materiali degli utensili per il taglio dei metalli La scelta del materiale Il materiale La velocità La qualità Il costo La lavorazione

Le caratteristiche principali Elementi di lega Trattamenti termici Durezza a freddo Durezza a caldo Tenacità Resistenza all’usura Conducibilità termica Coefficiente d’attrito Costo Alta Basso “Temperatura di regime” Per acciai da 250°C a 600°C Utensili politaglienti Complementare alla durezza Invarianza dei profili Durata dell’utensile Smaltimento del calore Riscaldamento zona di taglio Materiale e riaffilatura

La classificazione dei materiali per utensili Acciai per utensili - Acciai speciali al carbonio - Acciai debolmente legati - Acciai fortemente legati Leghe fuse Carburi metallici sinterizzati Materiali ceramici Cermets Diamanti

Acciai speciali al carbonio Alto tenore di carbonio (0,6-1,5%, Si e Mn sotto 0,25%, S e P impurità) Processo termico di tempra (riscaldamento fino a 800-850°C, raffreddamento in acqua e rinvenimento a 300°C) Buona durezza a freddo (63-65 HRC che cresce con %C e diminuisce con T oltre i 250°C) Scarsa resistenza all’usura, buona tenacità, buona lavorabilità, basso costo Utilizzo di applicazioni a bassa velocità di taglio e con forme del tagliente precise (operazioni di finitura quali filettature, alesature) Durezza Tenacità, tensioni residue

Acciai debolmente legati Alto tenore di carbonio (0,6-1,5%) ed alliganti sotto al 5% (W, Mo, Cr, Va) per migliorare durezza, resistenza all’usura, resilienza e tenacità. Stessi trattamenti termici degli acciai speciali Durezza a freddo fino a 65 HRC con brusca caduta oltre i 300°C Applicazioni limitate dalla bassa durezza alle alte temperature Temprabilità

Carburi Acciai fortemente legati Medio tenore di carbonio (0,7-0,9%) ed alliganti oltre il 5% Durezza simile agli altri acciai (62-64 HRC) ma capacità di conservarla fino a 500°C per i rapidi e 600°C per i superrapidi Alliganti - Carbonio (presente anche come grafite, cementite Fe3C) - Tungsteno (12-21%) - Cromo (3-5%) - Molibdeno (0,5-1,1%) - Vanadio (1-3%) - Cobalto (2,5-7%) - Zolfo (<0,03%) High Speed Steels > Durezza < Tenacità > Durezza a caldo (WC e carburi complessi di Fe) < Velocità critica di tempra (autotemprante) > Durezza e resistenza ad usura (carburi di Cr, WC, martensite) < Ossidazione ad alta temperatura Carburi > Resistenza ad usura, durezza a caldo, temprabilità (formazione di carburi, simile a W e Cr) > Resistenza ad usura, durezza a caldo, capacità di taglio (V4C3) > Fragilità oltre il 3-4% > Durezza a caldo (soluzione in ferrite ed austenite) > Temperatura di tempra maggiore (solubilizzazione carburi) Impurità o autolubrificante

Tempra Processo di fabbricazione Fucinatura Ricottura a 850-900°C Profilatura Riscaldamento a 960°C Immersione in bagno di sale Raffreddamento Rinvenimento (560-580°C) Affilatura (Indurimento superficiale) Eliminazione tensioni residue Ottenimento degli angoli caratteristici Fusione della cementite con carburi insoliti 1250-1320°C, breve tempo Soluzione dei carburi complessi Tempra In acqua o olio (a seconda di VCT) Struttura martensitica (durezza) Raffreddamento scalare per ridurre le tensioni residue Riscaldamento lento in sabbia (tensioni residue) Durezza secondaria Composti duri in superficie (nitruro di Ti) Pallinatura, diamantatura, nitrurazione

Durezza secondaria Trasformazione austenite del processo di tempra e precipitazione carburi residui Utilizzo di acciai rapidi e superrapidi - Limitato dall’introduzione dei carburi metallici sinterizzati - Utensili di profilo complesso - Produzioni di piccole serie

Leghe fuse Cobalto (50%), cromo (25-35%) e tungsteno (10-15%), con piccole % di Fe, Mo, C (stelliti) Di scarso utilizzo (importanza storica) Notevoli proprietà ma alte temperature di produzione (pericolo di ossidazione) - Durezza 57-58 HRC (fino a 800-850°C) - Alta resistenza ad usura Alta fragilità (generata dal sistema di produzione che non fonde dei carburi) Non sono fucinabili né temprabili (si lavorano alla mola) Prodotto in forma di placchette per steli di acciaio al carbonio (collegamento per brasatura o meccanico) Stellitaggio (deposizione per fusione su materiali più duttili)

Resistenza ad abrasione Carburi metallici sinterizzati Metà anni ’20 WIDIA (wie diamant) Inizialmente WC (fino a 94%) e cobalto (6-10%) In seguito (da prove di taglio) si inserirono TiC (per resistenza ad usura del tagliente), TaC (durezza e resistenza a craterizzazione, fragilità), NbC (compensa la fragilità dovuta al TaC, durezza a caldo, resistenza ad usura e ad ossidazione) Alta resistenza ad usura ed alla compressione Alta durezza (74-78 HRC fino a 1000-1300°C) Durezza Resistenza ad abrasione Legante metallico

Scarsa tenacità e bassa resistenza agli shock termici Utilizzo in placchette (come per le leghe fuse) - Bloccaggio a staffa (semplice ma ostacola il flusso del truciolo) - Bloccaggio a vite o a leva (superficie libera ma minore resistenza meccanica)

Processo di fabbricazione

1 50 Nomenclatura ISO - Gruppo K (in prevalenza WC in matrice di Co) Lavorazione di ghise a truciolo corto, acciai temprati, materiali non ferrosi, plastica, legno - Gruppo M (presenza di TiC) Acciai in getti, ghise e leghe resistenti al calore - Gruppo P (TiC, TaC, NbC) Lavorazione di ghise malleabili a truciolo lungo, acciai (anche inossidabili) Scala da 1 a 50 Placchette rivestite (tagliente 3-4 volte più duro, VT raddoppiate) - Diffusione in fase gassosa - Lavorazione dei materiali duri (meno fragili e più economici dei ceramici) - Rivestimenti di TiC, TiN, Al2O3, multistrati 1 50 Velocità di taglio Avanzamento Tenacità Resistenza ad usura Sforzo di taglio

Materiali ceramici Alta resistenza a compressione e ad usura, altissima durezza (VT alte), alta refrattarietà Lavorazione di materiali molto duri Estrema fragilità (fissaggio allo stelo per brasatura di superfici metallizzate o dispositivi meccanici su inserti di metallo duro) Geometria ottimizzata del tagliente (sollecitazione di compressione, assenza di vibrazioni, alte VT) Al2O3 (fino a 99%) con ossidi metallici (Cr,Si) Sinterizzazione (1600-1800°C dopo compressione a freddo, oppure inserimento di ossidi metallici successivo) Compositi con whiskers di SiC

Diamanti Molto duri e molto fragili (macchine veloci, stabili, senza vibrazioni) Alta durata del tagliente, finitura paragonabile alla rettifica (micron, dovuta alla precisione del tagliente ed al basso coefficiente di attrito) Naturali, sintetici (riscaldamento della grafite in bagno di sale ad alta pressione) o sinterizzati (dalla polvere a 2400°C e 7 GPa) – Placchette Diamanti policristallini (strato di diamante e legante depositato su carburo) Non adatti a lavorare i materiali ferrosi (innesco di reazioni chimiche con ossigeno)

Cermets Altri materiali Ceramic Metals Sinterizzati di Al2O3 (carburi o nitruri di Si, carburi di B) con fino il 40% di carburi metallici (Mo, Cr, Va) Buona tenacità, refrattarietà e resistenza all’usura Altri materiali Nitruro di boro policristallino (altissima durezza, chimicamente inattivo, riaffilabile con utensili diamantati) Lavorazione di materiali ferrosi duri (da 45 HRC in poi) Boruri metallici (Ti, Zr, Mo, Ni, alta durezza con alto modulo elastico, buona resistenza ad usura e costo inferiore ai carburi) Coronite (circa 50% di nitruro di titanio in matrice di acciaio trattato, combina resistenza ad usura del primo con tenacità del secondo)