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Gli utensili
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Caratteristiche dei materiali per utensili Durezza a caldo: per resistere alle alte
temperature raggiunte a causa di:Deformazione del trucioloAttrito truciolo/utensileAttrito pezzo/utensile
Resistenza all’usura: a causa dello strisciamento pezzo/utensile
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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
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Caratteristiche dei materiali per utensili Proprietà chimiche: occorre di fatto
evitare, a causa delle alte temperature, fenomeni diOssidazioneFusione e saldatura truciolo/utensile
Basso coefficiente di attrito per ridurre il surriscaldamentoUso di liquidi refrigeranti
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Scelta dei materiali per utensili
Parametri tecnici in funzione di:Materiale in lavorazioneTipo di lavorazione da effettuare
Parametri economici in funzione di:Velocità di lavorazioneCaratteristiche di durataTempi di lavorazione
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Nitruri,boruri
abrasivi
Diamanti
Materialiceramici
Carburimetallici
sinterizzati
Leghefuse nonferrose
Acciailegati
specialirapidi
Acciailegati
speciali
Acciainon legatispeciali
Materiali
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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 HRCRinvenimento (200-300 °C) – 63-65 HRC
Temperatura dell’utensile tra 250 e 300 °C
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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
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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
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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
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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)
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Materiali ceramici
Polveri di ossidi sinterizzatiAllumina (Al2O3), ossidi di silicio e cromo e
alcuni carburi metallici (Mo, Cr, V)Resistenza all’usuraBasso coefficiente di attritoBassa conducibilità termicaElevata fragilitàNecessitano macchine precise e rigide
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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
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Elementi che influenzano l’usura dell’utensile
Profondità di passata
Fluido lubrorefrigerante
Materiale in lavorazione
Materiale dell’utensileGeometria dell’utensile
Avanzamento
Velocità di taglio
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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
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Fluidi da taglio
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
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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 taglioGeometria dell’utensileCaratteristiche del metallo in lavorazioneCaratteristiche del materiale dell’utensile
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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
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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
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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
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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
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Sistema di riferimento
•Piano parallelo alla superficie di appoggio
•Retta parallela all’asse dello stelo passante per la punta
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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
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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°
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Angolidell’utensile
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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
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Angolo del tagliente principale
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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 lavorataTanto più è grande tanto minore è la rugosità
della superficie del pezzo Influenza altresì la sezione del truciolo
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Angolo del tagliente secondario
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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
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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
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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
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Influenza del raggio di punta
Il raggio di punta tra i taglienti è essenziale al fine di:Eliminare un pericoloso spigolo vivoDare robustezza all’utensileRidurre la rugosità del pezzo lavorato
Non deve essere troppo elevato per la possibile difficoltà di incuneamento dell’utensile nel pezzo
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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
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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, …)
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Tipi di inserti
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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
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ISO 1832
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Designazione degli utensili per tornitura esterna Gli utensili per tornitura esterna vengono
designati in base a codifica ISO composta da 10 campi I primi 5 con lettere a definire: tipo di fissaggio, forma
inserto, angolo di impostazione, angolo di spoglia inferiore, verso di taglio
I campi 6, 7 a definire con numeri le misure dei lati della sezione dello stelo
Il campo 8 a definire con lettera la lunghezza dello stelo
Il campo 9 a definire con numero Il campo 10 a definire con lettera
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Tornituraesterna
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Utensili per tornitura esterna
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Designazione degli utensili per tornitura interna Gli utensili vengono designati in base a codifica ISO
composta da 9 campi
Il campo 1 con lettera a definire la costituzione dell’utensile Il campo 2 a definire con numero il diametro dello stelo Il campo 3 a definire con lettera la lunghezza dello stelo I campi da 4 a 8 a definire con lettere: il tipo di fissaggio, la
forma dell’inserto, l’angolo di impostazione, l’angolo di spoglia inferiore, il verso di taglio
Il campo10 a definire con lettere la lunghezza del tagliente
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Torniturainterna
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Utensili per tornitura interna