Nelle produzioni automatizzate ad elevati volumi, è necessario tenere sotto controllo i parametri macchina e lo stato degli utensili per garantire la migliore efficienza possibile del processo ed evitare che possano insorgere dei problemi con conseguente dispendi di tempi e costi.

Ecco allora un elenco di possibili criticità di lavorazione, riferite in particolare alla lavorazione di fresatura, con i relativi consigli utili per gestirli e risolverli al meglio.

Vibrazione

La presenza di vibrazioni è una delle complicanze più frequenti da cui conseguono la realizzazione di superfici poco rifinite e scarsamente precise, una minore durata dei taglienti e la generazione di intense sollecitazioni delle parti critiche della macchina. Le cause della vibrazione possono essere diverse:

• Fissaggio debole. In questo caso, è utile valutare la direzione delle forze di taglio, fornire il supporto adeguato, ridurre la profondità di taglio o migliorare il fissaggio.
  In alternativa, si può scegliere una fresa con passo largo e differenziato oppure selezionare una geometria a L con un piccolo raggio di punta e un tratto piano parallelo limitato oppure ancora un inserto a grana fine non rivestito. Attenzione: se rispetto alle forze di taglio il pezzo non ha un supporto sufficiente, è importante evitare la lavorazione.

• Pezzo debole in senso assiale. Quando questo accade, si può prendere in considerazione una fresa per spallamenti con geometria positiva, scegliere un inserto con geometria a L, ridurre la forza di taglio assiale, selezionare una fresa con passo largo e differenziato, migliorare il fissaggio dell’utensile oppure controllarne l’usura e il runout del supporto.

• Sporgenza utensile eccessivamente elevata. I possibili metodi di intervento sono: usare frese con passo largo e differenziato, bilanciare le forze di taglio radiali e assiali, ridurre al minimo la sporgenza, usare una geometria dell’inserto con taglio leggero oppure usare la fresatura discorde per la finitura o frese di grandi dimensioni. Un’altra possibilità è quella di ridurre la profondità di taglio assiale.

• Fresatura di spallamento retto con mandrino debole. Per risolvere il problema si possono selezionare fresa e inserto positivi e con taglio leggero oppure scegliere il diametro della fresa più piccolo possibile. In alternativa, provare la fresatura discorde e modificare la flessione del mandrino per verificare che sia accettabile per la fresatrice.
• Avanzamento tavola irregolare. Una possibile soluzione è provare la fresatura discorde oppure serrare il meccanismo di avanzamento della macchina.

• Dati di taglio. I rimedi più adatti sono: ridurre la velocità di taglio, aumentare l’avanzamento e modificare la profondità di taglio.

• Insufficiente stabilità. In questo caso, è bene ridurre la sporgenza e cercare di migliorare anche la stabilità.

• Vibrazione agli angoli, risolvibile programmando grandi raggi di punta con ridotta velocità di avanzamento.

Intasamento truciolo

La causa principale è la presenza di un ostacolo comune in caso di esecuzione di cave complete, soprattutto con materiali che tendono a generare trucioli lunghi. L’intasamento può provocare danni all’angolo dell’inserto, scheggiatura e rottura del tagliente e rimacinazione dei trucioli.

Per risolvere la situazione è possibile: migliorare l’evacuazione del truciolo usando abbondante fluido da taglio o aria compressa, ridurre la velocità di avanzamento, provare la fresatura discorde per l’esecuzione di cave profonde, usare frese con passo largo oppure suddividere i tagli profondi in più passate

Rimacinazione dei trucioli

La rimacinazione dei trucioli si osserva nell’esecuzione di cave dal pieno e di tasche (soprattutto quando il materiale lavorato è il titanio) oppure nella fresatura di cavità e tasche profonde. Provoca fratture del tagliente, intasamento da truciolo ed è molto pericolosa per la sicurezza e la durata del tagliente.

I rimedi possibili sono essenzialmente 4:

• eliminazione dei trucioli con l’aiuto di aria compressa o abbondante fluido da taglio;
• riduzione della velocità di avanzamento;
• suddivisione di tagli profondi in più passate;
• modifica della posizione della fresa e del percorso dell’utensile.

Finitura superficiale insoddisfacente

Anche in questo caso, le cause possono essere molteplici. La vibrazione, di cui abbiamo già parlato, è una di queste a cui vanno aggiunte:

• Avanzamento eccessivo per giro, risolvibile impostando la fresa assialmente o classificando gli inserti, oppure controllando il runout del mandrino e le superfici di montaggio della fresa, riducendo l’avanzamento per dente fino al 70% della larghezza del tratto piano e usando inserti raschianti.

• Formazione di tagliente di riporto. In questo caso, le soluzioni sono: aumentare la velocità di taglio, usare inserti con taglienti affilati e con lato superiore liscio, interrompere il fluido di taglio oppure utilizzare una geometria di inserto positiva.
• Taglio in tirata. In questo caso sarà necessario controllare l’inclinazione del mandrino, il valore di runout assiale e il parallelismo sui tratti piani e sull’inserto raschiante usato, ridurre le forze di taglio radiali, scegliere un diametro di fresa inferiore e regolare le superfici di montaggio in modo che la fresa non “sfarfalli”.
• Sbordatura del pezzo. Per risolvere la situazione è bene provare a ridurre l’avanzamento, utilizzare una fresa con passo normale o stretto, selezionare un angolo di registrazione più adatto (45°), una geometria di taglio più leggera e un inserto affilato, monitorare l’usura sul fianco e riposizionare la fresa per garantire che il truciolo in uscita sia più sottile.

Formazione di bave

Avviene specificatamente nel caso di superleghe HRSA/acciaio inossidabile. Le possibili soluzioni sono utilizzare un raggio utensile più grande così che l’angolo di entrata risulti minore e mantenere la profondità di taglio al di sotto del raggio.

Potenza macchina

Va sempre tenuto conto della curva di potenza, poiché il rendimento della macchina potrebbe diminuire in caso di giri al minuto troppo bassi. Se questo accade, i possibili interventi comprendono: il passaggio da un passo normale a uno largo, l’utilizzo di una fresa positiva oppure di una più piccola, la riduzione della velocità o della profondità di taglio.

Usura degli utensili

Quando si parla di utensili, si devono prendere in considerazione diverse tipologie di usura:

Usura sul fianco

Se l’usura è rapida e causa un’insoddisfacente finitura superficiale o il mancato rispetto delle tolleranze, le soluzioni più congeniali sono: ridurre la velocità di taglio e aumentare l’avanzamento.

Se, invece, si tratta di un’usura eccessiva che causa una breve durata del tagliente, i modi migliori per intervenire sono aumentare l’avanzamento, optare per una fresatura concorde, eliminare i trucioli con l’aiuto di aria compressa, controllare i dati di taglio raccomandati.

Quando l’usura non è uniforme e causa danni agli angoli, è opportuno:

• moderare il runout al di sotto di 0,02 mm;
• controllare mandrino e pinza;
• ridurre al minimo la sporgenza dell’utensile;
• suddividere la profondità di taglio assiale in più di una passata;
• migliorare il fissaggio di utensile e pezzo da lavorare;
• diminuire la velocità di avanzamento e di taglio.

​Craterizzazione

Parliamo di un’usura eccessiva con indebolimento del tagliente o di una rottura nella parte posteriore del tagliente che provoca una finitura superficiale di scarsa qualità.
In questo caso gli interventi possibili prevedono la scelta di una qualità rivestita Al₂0₃ e di una geometria di inserto positiva, oppure la riduzione della velocità al fine di ottenere una temperatura più bassa e poi l’avanzamento.

Deformazione plastica​

Si tratta di una particolare tipologia di deformazione che causa insufficiente controllo di truciolo, finitura superficiale inadeguata e rottura dell’inserto. Per rimediare a questa situazione è necessario selezionare una qualità più resistente all’usura oltre a ridurre la velocità di taglio e di avanzamento.

Scheggiatura​

A causa del martellamento da parte del truciolo, sia la parte del tagliente sottoposta al taglio, sia la parte superiore, sia il supporto dell’inserto, possono risultare danneggiati e causare una rugosità superficiale non soddisfacente, oltre a un’eccessiva usura sul fianco.

Come risolvere questa situazione?
Scegliendo una qualità più tenace, un inserto con un tagliente più robusto, aumentando la velocità di taglio, utilizzando una geometria positiva, riducendo l’avanzamento all’inizio del taglio e migliorando la stabilità.

Usura a intaglio​

Parliamo di un tipo di usura con finitura superficiale insoddisfacente e rischio di rottura del tagliente. Per rimediare, è possibile ridurre la velocità di taglio o scegliere una qualità più tenace.

Microfessurazioni termiche​

Si tratta di piccole microfessurazioni perpendicolari al tagliente con sgretolamento dello stesso e finitura superficiale non soddisfacente. Le microfessurazioni termiche sono dovute a variazioni di temperatura che avvengono in seguito a lavorazioni a taglio interrotto e adduzione di refrigerante variabile.
Cosa fare? Selezionare una qualità più tenace con una migliore resistenza alle sollecitazioni termiche e valutare se applicare o meno il fluido da taglio.

Tagliente di riporto (T.d.R.)​

In conseguenza a questo particolare tipo di usura, la finitura superficiale risulta insoddisfacente e il tagliente può sgretolarsi. Ci sono due possibili soluzioni: aumentare la velocità di taglio e passare a una più adatta geometria dell’inserto.

Se invece il materiale del pezzo si salda al tagliente è necessario aumentare la velocità di taglio e l’avanzamento, selezionare una geometria positiva e utilizzare olio nebulizzato o fluido da taglio.

L'articolo Fresatura: suggerimenti e risoluzione dei problemi di lavorazione sembra essere il primo su Lavorazioni Meccaniche conto terzi - Gima S.p.A..

Il processo di fresatura richiede la rotazione di un utensile tagliente a geometria definita montato su un mandrino e la contemporanea movimentazione degli assi motorizzati. È però indispensabile conoscere le caratteristiche dei materiali da lavorare per scegliere le frese e gli inserti più adatti.

La scelta degli inserti

Quando si sceglie un inserto bisogna sempre tenere presente:

1. Materiale del componente (ISO P – M – K – N – S – H).
2. Tipologia di metodo di lavoro (finitura, lavorazione media, sgrossatura).
3. Condizioni di lavorazione (buone, medie, difficili).

Le specifiche qualità degli inserti, insieme alla scelta dei giusti parametri di lavorazione, consentono di ottimizzare la durata dell’utensile e la qualità delle superfici lavorate. In base al materiale da lavorare, è possibile distinguere diverse qualità dell’utensile tramite codici ISO, ad esempio:

• ISO P (Acciaio): anti usura sul fianco, deformazione plastica e craterizzazione
• ISO M (Acciaio inossidabile): impedisce il tagliente di riporto e l’usura a intaglio
• ISO K (Ghisa): evita l’usura sul fianco e la deformazione plastica

Fresatura dell’acciaio

Quando il materiale utilizzato è l’acciaio, è utile sapere che la lavorabilità varia in base agli elementi leganti, al trattamento termico e al processo di fabbricazione scelto. Possono quindi sussistere diversi problemi quali, la formazione di bave e tagliente di riporto se l’acciaio è dolce o a basso tenore di carbonio, oppure la scheggiatura se l’acciaio è duro.

Sgrossatura – suggerimenti e linee guida

In molti casi può essere necessario fresare a secco e prestare attenzione al posizionamento della fresa per evitare trucioli di elevato spessore in uscita.

Fresatura dell’acciaio inossidabile

Per acciaio inossidabile si intendono due particolari categorie:

• Acciaio austenitico e duplex;
• Acciaio ferritico e martensitico.

I principali problemi legati alla lavorazione di questo materiale sono la formazione di bave, la finitura superficiale, la scheggiatura dei taglienti causata da microfessurazioni termiche, il tagliente di riporto/incollamento e l’usura a intaglio.

Sgrossatura – suggerimenti e linee guida

1. Scegliere elevate velocità di taglio (v_c = 150-250 m/min);
2. Lavorare a secco per ridurre i problemi di microfessurazione termica.

Finitura – suggerimenti e linee guida

1. Utilizzare, se è necessario migliorare la finitura superficiale, il fluido da taglio o il refrigerante nebulizzato/lubrificazione minimale;
2. Evitare un avanzamento eccessivamente ridotto perché può provocare una maggiore usura dell’inserto.

Fresatura dell’alluminio

Parlare di alluminio è limitativo poiché il gruppo ISO N di cui fa parte, non comprende solo questo materiale, ma anche leghe a base di magnesio, rame e zinco. ​
La lavorabilità dell’alluminio varia a seconda della quantità di Si (silicio) contenuto. Il tipo ipoeutettico è il più comune e il quantitativo di silicio presente è inferiore al 13%. Se si lavora questa tipologia di alluminio è bene sapere che i taglienti di riporto/incollamento, possono provocare la formazione di bave e problemi di finitura superficiale. Inoltre, per evitare segni di graffiature sulla superficie è necessaria una buona formazione ed evacuazione del truciolo.

Suggerimenti e linee guida

• Nel caso dell’alluminio, è consigliabile utilizzare il fluido da taglio per evitare l’incollamento sui taglienti dell’inserto e per migliorare la finitura superficiale;
• scegliere una velocità di taglio maggiore migliora le prestazioni del tagliente.
• prestare attenzione al fatto che i giri al minuto massimi della fresa non siano superati;
• utilizzare un macchinario con funzione “look ahead” per evitare errori dimensionali.

Fresatura del titanio e HRSA

La sigla HRSA indica le superleghe resistenti al calore, usualmente classificate in tre gruppi: leghe a base di nichel, leghe a base di ferro e leghe a base di cobalto, mentre il titanio può essere sia puro sia in lega. La caratteristica di tutti questi materiali è quella di essere difficilmente lavorabili, specie in condizioni di invecchiamento, per questo la loro fresatura richiede l’utilizzo di macchine molto potenti, con un’elevata rigidità. L’uso di questi macchinari genera molto calore, il che può limitare la velocità del taglio e provocare due particolari tipologie di usura: a intaglio e a scheggiatura.

Suggerimenti e linee guida

Quando si lavorano questi materiali è consigliabile aggiungere un refrigerante (meglio se ad alta pressione) per agevolare la rimozione del truciolo e tenere sotto controllo il calore del tagliente. L’unico caso in cui non va utilizzato è quando la fresatura è con inserti in ceramica, perché provocherebbe uno shock termico.

Può capitare che, a causa dell’eccessiva usura sul fianco, dello sgretolamento del filo tagliente e dell’usura a intaglio, sia necessaria la sostituzione dell’utensile o che la finitura superficiale risulti insoddisfacente. Per evitare che questo accada, la soluzione migliore è quella di sostituire i taglienti a intervalli frequenti e fare in modo che l’usura sul fianco intorno al tagliente non superi i 0,2 mm (se la fresa ha un angolo di registrazione di 90 gradi).

Sgrossatura con frese a inserti in ceramica

La prima considerazione da fare è che la ceramica ha un’elevata tendenza all’usura a intaglio e ciò significa utilizzare inserti rotondi per garantire un angolo di registrazione piccolo. Va inoltre specificato che questo particolare tipo di fresatura viene effettuato a una velocità nettamente superiore rispetto alla velocità del metallo duro, con guadagni produttivi decisamente più elevati.

Fresatura dell’acciaio temprato

Nella lavorazione degli acciai temprati e rinvenuti con durezza >45 – 65 HRC, sono compresi gli inserti in acciaio per stampi (imbutitura), gli stampi per forgiatura e per fusione. In tutti questi casi i principali problemi che possono scaturire sono: sbordatura del pezzo oppure usura abrasiva sul fianco dell’inserto.

Suggerimenti e linee guida

È assolutamente indispensabile lavorare a secco e non utilizzare fluido da taglio, scegliere il metodo di fresatura trocoidale e usare una fresa a passo stretto con alta velocità di taglio.

Fresatura della ghisa

Un capitolo a parte è rappresentato dalle differenti tipologie di ghisa: grigia, nodulare, a grafite compatta (CGI) oppure nodulare austemperata (ADI). Ognuna di esse può presentare diverse problematiche.Tra le più comuni, ci sono quelle della ghisa grigia e della ghisa a grafite compatta che possono soffrire di usura abrasiva sul fianco e microfessurazioni termiche. Inoltre, gli inconvenienti del componente lavorato sono le scheggiature sul lato di uscita della fresa e i problemi di finitura superficiale.

Suggerimenti e linee guida

• Lavorare a secco per ridurre al minimo i problemi di microfessurazione termica. Quando però è necessario usare il fluido da taglio per evitare polvere e simili, meglio scegliere un utensile adatto alla fresatura a umido;
• per la sgrossatura: usare inserti di metallo duro con rivestimenti di elevato spessore. Per la finitura: usare inserti di metallo duro con rivestimenti sottili o addirittura senza rivestimenti;
• per evitare la sbordatura del pezzo, controllare l’usura sul fianco e diminuire l’avanzamento f_z, per ridurre lo spessore del truciolo.

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Tornitura e fresatura producono i trucioli come materiale di scarto e, in tutte le lavorazioni, impiegano appositi macchinari CNC che garantiscono, oltre a un notevole risparmio sui tempi di lavorazione, un elevato livello di automazione.

Le operazioni di fresatura in torneria

La fresatura è senza dubbio un tipo di lavorazione molto versatile, adatto a un’ampia serie di applicazioni. Grazie alle ultime generazioni di macchine multiasse, per esempio, mediante fresatura, si possono realizzare anche superfici piane o complesse direttamente durante la fase di tornitura.

Le operazioni che possono essere effettuate durante l’intero ciclo produttivo sono davvero tante, ognuna con un nome diverso a seconda del tipo di fresa utilizzato e del movimento necessario a rimuovere il materiale in eccesso dal pezzo lavorato.

I metodi di fresatura tradizionali

Esistono ancora fresatrici azionate manualmente, ma, nella maggior parte dei casi, i vecchi modelli sono stati quasi del tutto sostituiti da macchinari automatizzati meccanicamente o digitalmente attraverso il controllo numerico computerizzato (lavorazioni meccaniche CNC).

Spianatura

Ecco alcuni tra i più comuni metodi di fresatura:

• Spianatura: un’operazione che può essere eseguita utilizzando un’ampia gamma di utensili e, molto spesso, con frese ad angolo di registrazione a 45º o con inserti tondi.
  

  Fresatura di cave

• Spianatura ad elevato avanzamento: si tratta di un particolare tipo di spianatura con elevato avanzamento per dente (fino a 4 mm/dente). Questo è un metodo di fresatura molto produttivo anche se la profondità di taglio è limitata a meno di 2mm.
• Fresatura di spallamenti: una tipologia di fresatura che genera due facce contemporaneamente e che per questo necessita di una combinazione di fresatura periferica e di spianatura. Fondamentale è ottenere uno spallamento a 90°.
• Contornatura: operazione che consente di generare delle superfici piane su tutto il perimetro (contorno) del pezzo, utilizzando delle frese a candela o a riccio.
• Fresatura di cave: un’operazione abbastanza tradizionale in cui viene impiegata una fresa a candela per realizzare una cava rettilinea o curvilinea su un piano o con rampa.
  

  Smussatura

• Profilatura: operazione che consente di ottenere delle superfici curve e sagomate utilizzando delle frese con testa sferica.
• Smussatura: il metodo prevede l’esecuzione di smussi, tagli a V, scarichi, preparazione per la saldatura e la sbavatura lungo i bordi del pezzo. Le frese utilizzabili per questo tipo di operazioni possono essere non solo quelle specifiche per la smussatura ma anche quelle per la spianatura, la contornatura o le frese a candela.

I metodi di fresatura avanzata

Profilatura

All’interno di una moderna torneria, oggi si utilizzano tendenzialmente centri di tornitura e fresatura multasse che permettono di ottenere grande flessibilità rispetto alle macchine tradizionali, grazie all’esecuzione di più operazioni durante la stessa fase produttiva.

Nel caso specifico quindi della fresatura eseguita nel tornio, le principali operazioni sono:

• Profilatura: questo tipo di fresatura, è tipicamente impiegato per operazioni di finitura e superfinitura e necessita di frese a candela con testa sferica.
• Torni-fresatura: grazie a questo metodo è possibile ottenere la fresatura di una superficie ricurva, mentre il pezzo ruota intorno al proprio punto centrale. Con la torni-fresatura è possibile realizzare forme più particolari rispetto a quelle conosciute convenzionalmente.
  

  Fresatura in rampa circolare

• Fresatura in rampa lineare: si tratta di una lavorazione in rampa su due assi e consente di ottenere superfici piane e inclinate.
  

  Filettatura

• Fresatura in rampa circolare: questa operazione è una valida alternativa alla foratura che, attraverso un semplice processo e grazie alla rotazione in senso antiorario, consente un taglio radiale ridotto e una migliore evacuazione del truciolo grazie alla strategia di fresatura concorde.
• Filettatura: la filettatura può essere realizzata, in alternativa alla maschiatura, con delle frese per filettare.

Avere a disposizione macchinari e centri di lavoro CNC vuol dire avere la possibilità di utilizzare metodi di fresatura all’avanguardia ed eseguire qualsiasi lavoro di torneria, ottenendo lavorazioni meccaniche di precisione un tempo impossibili da realizzare.

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La corretta terminologia nell’ambito della produzione di particolari fresati e torniti, si accompagna, infatti, a un ricco formulario, da avere sempre sottomano per riuscire a impostare con la massima precisione possibile i parametri di lavoro delle macchine e ottenere così un prodotto rispondente alle esigenze richieste, nell’ambito di una produzione efficiente.

Glossario della fresatura

Che si tratti di produrre minuterie metalliche di precisione o effettuare lavorazioni meccaniche più pesanti, non ci si può esimere dall’approfondire gli aspetti teorici che riguardano la fresatura. Di seguito un elenco dei principali termini che un addetto alla fresatura e torni-fresatura deve conoscere.

Velocità di rotazione mandrino, velocità di taglio e diametro della fresa

• La velocità di rotazione del mandrino (n) viene misurata in giri/min e indica il numero di giri al minuto compiuti da una fresa montata sul mandrino.
• La velocità di taglio (v_c) è misurata in m/min e rappresenta la velocità periferica di lavorazione del pezzo da parte del tagliente. E’ importante rispettare i valori consigliati dal produttore dell’utensile e degli inserti.
• Il diametro specifico della fresa (D_c), che a sua volta ha un diametro di taglio effettivo (D_e), serve per calcolare la velocità di taglio (v_c) e la velocità di taglio effettiva (v_e).

Avanzamento e numero di denti

• L’avanzamento per dente (f_z mm/dente) si calcola in base al valore massimo da utilizzare per lo spessore del truciolo; il valore viene usato per il calcolo dell’avanzamento tavola, il quale è a sua volta determinato dal numero di denti della fresa.
• Il numero dei denti che ha disposizione un utensile (z_n) può variare notevolmente e va scelto in base all’avanzamento della tavola che si vuole ottenere, oltre ovviamente al tipo di lavorazione da eseguire; questo dato si differenzia dal numero di denti effettivo (z_c) che, invece, è rappresentato dal numero reale di denti in presa.

Profondità di taglio 

Nell’ambito della fresatura si distinguono due diverse tipologie di profondità di taglio:

• assiale (a_p in mm), che si riferisce allo spessore del materiale che deve essere asportato; come per la velocità di taglio, è importante attenersi alle specifiche dell’utensile.
• radiale (a_e in mm), che corrisponde alla larghezza della superficie del pezzo da lavorare occupata dall’utensile.

Potenza netta, coppia e forza di taglio specifica

• Per potenza netta (P_c) si intende la potenza che il macchinario per la fresatura deve generare affinché i taglienti possano svolgere il loro lavoro.
• La coppia (M_c) corrisponde, invece, al valore del momento torcente fornito dalla fresatrice durante il taglio.
• La forza di taglio (k_c) si misura in N/mm² ed è una costante propria del materiale che viene lavorato.

Diametro e posizione della fresa 

Quando si effettua una lavorazione meccanica di fresatura è necessario scegliere, innanzitutto, il diametro della fresa. Il diametro viene scelto sulla base della potenza che può generare il macchinario, alla geometria da realizzare e alla larghezza del pezzo.

Una volta stabilito questo parametro occorre posizionare in modo corretto la fresa: i denti e il pezzo devono entrare in contatto nel modo più preciso possibile per garantire un’operazione di fresatura di qualità ed ottimizzare la durata degli utensili.

Le regole fondamentali a cui attenersi per stabilire una corretta posizione della fresa sono 3:

• per ottenere una direzione migliore in favore delle forze di taglio è consigliabile spostare la fresa fuori dal centro;
• regola dei 2/3: la fresa è impegnata nel taglio per i 2/3 del diametro, questa è la miglior condizione possibile.;
• la fresa dovrebbe avere un diametro superiore dal 20% al 50% rispetto alla larghezza di taglio.

Fresatura concorde o discorde

La posizione della fresa, come già detto è molto importante se si vuole realizzare un oggetto molto preciso e rispondente ai requisiti richiesti, ma quale tipologia di fresatura è meglio adottare? Nell’industria meccanica si distinguono due tipi di fresatura: quella concorde e quella discorde.

Con la fresatura concorde la fresa ha un moto di rotazione che procede lungo la medesima direzione di avanzamento del pezzo. 
La tipologia concorde è consigliabile per diverse ragioni:

• i trucioli non vengono rimacinati dalla fresa;
• non sfregando sul pezzo, conserva al meglio i taglienti;
• favorendo il trasferimento di calore nel truciolo, preserva al tempo stesso la fresa e il pezzo da lavorare.

Nella fresatura discorde, invece, la fresa e il pezzo avanzano in direzione opposta l’una all’altro, rovinando molto più facilmente i taglienti. Di solito, questa fresatura è sconsigliata se si vogliono garantire delle condizioni di taglio ottimali; viene utilizzata per lo più nelle lavorazioni pesanti.

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La fresatura, inoltre, è stata adottata anche nella produzione di cavità, fori e filettature, che storicamente venivano effettuate solo con macchine e utensili convenzionali. Lo sviluppo di nuovi macchinari di software tecnologicamente avanzati ha permesso di superare il confine delle consuete applicazioni, portando l’industria della minuteria meccanica a un livello più avanzato in termini qualitativi e di produttività.

I macchinari per fresatura: un settore in continua evoluzione

Come già detto, le macchine per la fresatura sono molto cambiate nel corso del tempo. Inizialmente, tutte le macchine si distinguevano in quattro categorie principali, ovvero i modelli verticali e orizzontali, per fresatura o tornitura. Oggi, invece, si parla di veri e propri centri di lavorazione a 3, 4 o 5 assi in grado di muoversi in tutte le direzioni e soprattutto di macchinari in grado di effettuare sia le operazioni di tornitura che di fresatura.

Le macchine CNC a 3 assi sono più indicate per effettuare lavorazioni di spianatura e per la fresatura di spallamenti; per la creazione di profilature tridimensionali, invece, è preferibile utilizzare macchinari a 4 o 5 assi. Queste ultime rappresentano una categoria ormai molto diffusa nell’industria meccanica, tuttavia, nonostante rappresentino il meglio dello sviluppo tecnologico del settore, possono risultare meno stabili rispetto alle macchine a 3 assi e, quindi, meno adatte per lavorazioni pesanti.

Un’altra tipologia di macchinario presente sul mercato è il transfer. Sono macchine sviluppate ad-hoc per la produzione di un singolo componente e garantiscono un’elevata produttività; utilizzata nella produzione su larga scala, riesce, infatti, ad eseguire lavorazioni consecutive come foratura, maschiatura e fresatura.

Qualità della lavorazione

La qualità di una superficie fresata dipende in gran parte dalla stabilità della macchina, oltre che dagli utensili e dalle condizioni di lavoro. È, inoltre, fondamentale che la potenza della macchina sia adeguata per la lavorazione da effettuare e che il mandrino sia dimensionato correttamente.

Stabilità

La stabilità è una caratteristica molto importante della macchina, in quanto influisce notevolmente sulla qualità della superficie lavorata. Affinché non si verifichino vibrazioni o errori di lavorazione è necessario, dunque, valutare al meglio aspetti come la sporgenza dell’utensile, per esempio, oppure se è opportuno usare un adattatore anti-vibrante.

Potenza e coppia

La relazione tra potenza e coppia in una macchina per la fresatura è di primaria importanza, in quanto ne consegue la buona riuscita del pezzo lavorato. Un primo aspetto di cui tenere conto è che la potenza varia in base a determinati fattori, quali:

• velocità di taglio
• geometria della fresa
• quantità di metallo da asportare
• spessore medio del truciolo

Maggiore è il volume di materiale da asportare, maggiore sarà la richiesta di potenza. Questo è un aspetto da tenere in considerazione soprattutto nei nuovi macchinari, dove il mandrino è direttamente collegato al motore; in questo caso, infatti, se la velocità di rotazione è molto elevata, la coppia disponibile si riduce.

Viceversa, ad una coppia elevata corrisponde, solitamente, una velocità mandrino inferiore; le lavorazioni e gli utensili dovranno, quindi, essere adatti al contesto. Con i mandrini a trasmissione diretta la tendenza è quella di eseguire lavorazioni con elevati avanzamenti e piccole profondità di taglio.

Dimensione del mandrino

Considerato lo stretto rapporto che intercorre tra potenza e coppia, un aspetto fondamentale per una corretta configurazione della fresatrice è la scelta della dimensione del mandrino. L’installazione della fresa corretta, infatti, permetterà di raggiungere l’obiettivo di lavorazione prefissato, garantendo stabilità e precisione.

Le misure tra cui scegliere sono ISO 30, 40, 50, 60, ciascuna con delle proprie caratteristiche; normalmente per i lavori di fresatura che necessitano di una velocità di taglio elevata e, quindi, di una coppia più bassa è meglio usare un mandrino di dimensioni ridotte, mentre per lavorazioni di sgrossatura pesante è preferibile una fresa più grande.

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Cos’è la torneria automatica?

La torneria automatica permette di realizzare dei lavori di alta precisione affidandosi a tecniche e strumenti di ultima generazione. Oltre alla sola tornitura, possono essere eseguite lavorazioni complementari: tra le più importanti troviamo la fresatura, la foratura, la filettatura e la barenatura.

L’operazione di fresatura nella lavorazione dei metalli e delle minuterie metalliche

La fresatura permette di partire da un semilavorato ed ottenere un pezzo finito mediante uno specifico processo di lavorazione che prevede, di base, l’asportazione di materiale: la fresa ruota e il pezzo lavorato trasla. Ad una prima fase di sgrossatura segue una fase di finitura, la quale permette di affinare la lavorazione ottenendo tolleranze dimensionali più precise.

Nel settore delle minuterie metalliche può essere necessario creare o modificare dei fori e questo è possibile mediante le operazioni di foratura e di barenatura.

Perché sono molto importanti le operazioni di foratura e di barenatura nel settore delle minuterie metalliche

Le minuterie metalliche sono applicabili a qualsiasi settore industriale e in qualsiasi branca della meccanica di precisione. Sono particolarmente utilizzate per comporre sistemi meccanici più complessi e, per questo motivo, non è raro dover operare una lavorazione su piccole dimensioni, che ne rende critiche le peculiarità.

Nella torneria di precisione sono estremamente importanti le operazioni di foratura e di barenatura.

La foratura prevede l’asportazione di truciolo tramite un utensile che compie un moto di taglio rotatorio e che avanza in direzione dell’asse del moto di taglio. Questa operazione avviene in diversi momenti:

• la centratura, che consiste nell’individuare l’asse del foro;
• la foratura, l’esecuzione vera e propria del foro;
• l’allargatura, che permette di aumentare il diametro del foro, se necessario;
• l’alesatura, ovvero la rifinitura del foro.

Per operare la foratura sono disponibili diversi utensili. I più utilizzati riguardano le punte per fori da centro, le punte a forare dalla punta elicoidale e gli alesatori.

Le punte da centro sono utilizzate per effettuare un pre-foro di diametro inferiore rispetto alla quota finale, il quale permette il centraggio della punta. Le punte a forare possono essere con taglienti ad elica destra o sinistra. Ne esistono tipi diversi e coprono la lavorazione di diversi materiali: acciai da costruzione, ghise, materiali teneri o duri.

La barenatura, invece, permette di ottenere dei fori di dimensioni molto precise, tramite l’allargamento di diametri usando una punta non rotante le cui specifiche possono variare. L’elemento chiave è il bareno. Questa tecnica di lavorazione è utilizzata in situazioni critiche in cui il controllo del truciolo non è immediato ed è necessario usare degli utensili estremamente precisi ed affilati in modo da rendere possibile la corretta evacuazione del truciolo stesso.

Cosa utilizzare per ottenere prodotti di prestigio

I risultati ottenuti durante l’operazione di fresatura dipendono molto dalla scelta e dalla qualità degli utensili utilizzati per eseguire la lavorazione. Innanzitutto, è necessario ottimizzare tempi e modalità di lavorazione: si possono ottenere degli ottimi risultati impiegando degli adattatori modulari a cambio rapido che garantiscono adattabilità, stabilità, precisione e rapidità. Un set di questo tipo è utile quando si ha a che fare con produzioni miste, componenti di diverse dimensioni o lavorazioni di diverso tipo da effettuare in un lasso di tempo breve.

Può risultare molto utile dotarsi anche di un utensile antivibrante che renda minimo il rischio legato alle vibrazioni e che aumenti la produttività, la sicurezza di lavorazione e la qualità della finitura, dimezzando le tempistiche.

Per quanto riguarda, invece, il trattamento degli spallamenti e dei contorni precisi, è necessario dotarsi di asportatori che garantiscano un’estrema precisione e rispettino degli standard elevati di sicurezza: un valido esempio sono gli utensili integrali o a inserti intercambiabili. Questi garantiscono l’asportazione di volumi di truciolo molto importanti e possono essere utilizzati per lavorare qualsiasi materiale. Nel caso di profilatura tridimensionale, invece, si può ricorrere alla fresa a testa sferica o con inserti rotondi.

Per realizzare delle operazioni di smussatura bisogna scegliere degli utensili ad hoc che permettano di lavorare nel modo più giusto le diverse superfici, siano essi piccoli fori, bordi di varia grandezza interni o esterni oppure tagli a V.

Sia per operazioni di sgrossatura che di finitura, bisogna sempre prestare particolare attenzione all’utensile che si va ad utilizzare: sono da tenere sempre ben presenti la profondità e la velocità del taglio e le tolleranze dimensionali e di rugosità superficiale.

Gima Spa, l’alleato per tutti i tipi di fresatura e lavorazione meccanica

In un panorama così estremamente complesso bisogna affidarsi a dei professionisti delle lavorazioni meccaniche che valuteranno insieme al cliente l’iter di fresatura più giusto e che permetta di ottenere dei risultati definitivi. Gima Spa, grazie alla lunga esperienza nel settore, all’acquisizione di macchinari all’avanguardia – per esempio è una delle officine specializzate nell’utilizzo dei torni automatici CNC a fantina mobile – e all’aggiornamento del personale, è una garanzia nei principi di efficienza, rapidità e qualità.

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L’operazione di fresatura è una lavorazione meccanica che permette la realizzazione di un pezzo attraverso l’asportazione di truciolo dallo stesso. A differenza della tornitura, in cui i particolari ottenuti sono simmetrici rispetto a un asse di rotazione centrale, nella fresatura viene imposto un moto rotatorio a un utensile chiamato fresa che va ad agire su un pezzo in moto di avanzamento lineare.

Nella tornitura, inoltre, l’utensile che incide il pezzo in lavorazione è solamente uno, di forma cuneiforme e che si muove secondo un moto rettilineo. La fresa, invece, è dotata di una serie di “punte” chiamate taglienti che, con carichi intermittenti, vanno ad agire sul pezzo per asportarne il truciolo, e restituire così la forma richiesta dal pezzo.

È necessario adottare una serie di accorgimenti per ottenere buone fresature e affinché i taglienti della fresa si mantengano integri a lungo nel tempo. Andremo a elencare alcuni consigli di seguito.

Fresatura concorde e discorde: quale scegliere?

La fresatura concorde è quella in cui il moto di rotazione della fresa procede nella stessa direzione del moto di avanzamento lineare del pezzo; nella fresatura discorde, invece, avviene il contrario: pezzo e fresa procedono in direzione opposta. Dal punto di vista della buona conservazione dei taglienti è quasi sempre consigliabile la fresatura concorde, per una serie di motivi:

• la fresatura discorde prevede uno sfregamento sul pezzo più intenso da parte del tagliente che, dunque, si rovina maggiormente;
• la fresatura concorde favorisce il trasferimento di calore nel truciolo, proteggendo sia il pezzo che l’utensile;
• con questa tipologia di movimento è più difficile che i trucioli vengano rimacinati dalla fresa, in quanto vengono automaticamente “gettati” dietro di essa.

Sono pochi i casi in cui è preferibile adottare la fresatura discorde, ad esempio nelle lavorazioni pesanti, quando si ha a che fare con macchine vecchie e poco stabili, in quanto la fresatura concorde genera movimenti discendenti che a loro volta possono causare movimenti indesiderati del pezzo in lavorazione.

La fresatura concorde, inoltre, prevede che l’utensile entri nel pezzo allo spessore massimo del truciolo (spiegheremo meglio questo concetto nel paragrafo dedicato). Ciò significa che l’utensile è sottoposto a carichi meccanici elevati ed è importante assicurarsi che gli utensili utilizzati siano adatti a sostenerli (i materiali con cui  vengono realizzati i taglienti oggi – metallo duro, ceramiche ed acciai rapidi – sono realizzati con polveri apposite, studiate per resistere in maniera egregia alla compressione).

Quando applicare il fluido da taglio?

In questo caso è necessario distinguere fra operazioni di sgrossatura e di finitura del pezzo: durante l’operazione di sgrossatura, i taglienti subiscono variazioni di temperatura considerevoli e ciò, a lungo andare, provoca microfessure e un riduzione della loro durata. La regola generale è che, per evitare questo tipo di danni, le operazioni di sgrossatura devono essere sempre eseguite a secco, mentre quelle di finitura, in alcuni casi, possono essere coadiuvate dall’utilizzo di fluidi lubrificanti (questo perché durante queste lavorazioni i taglienti sono sottoposti a variazioni di temperatura meno ampie).

L’utilizzo di fluido da taglio è possibile ad esempio quando la finitura riguarda pezzi in acciaio inossidabile e alluminio, durante operazioni di fresatura di leghe resistenti al calore o di ghisa ed è consigliabile per eliminare dal pezzo polvere e particelle di metallo o per raffreddare il componente, a seconda della necessità.

Controllare la vibrazione dell’utensile

La fresa tangenziale è un tipo di fresa più rigida, in grado di attenuare le vibrazioni

La stabilità del tagliente è fondamentale per una conservazione idonea dello stesso nel tempo; per questo motivo è importante limitare quanto più possibile le vibrazioni dell’utensile nelle operazioni di fresatura, andando ad agire in particolare:

• sul portautensile, in modo tale che ad esempio l’assieme utensile sia il più corto e rigido possibile e che con piccole frese si utilizzi un adattatore conico (e che comunque questo sia del diametro più grande possibile);
• sul percorso dell’utensile: usando nella spianatura una profondità di taglio ridotta e un avanzamento elevato, con inserti rotondi o a 45°; programmando inoltre un ampio raggio del percorso per evitare le vibrazioni nei raccordi e aumentando l’avanzamento se lo spessore del truciolo si riduce troppo;
• sul bloccaggio del pezzo e sulla macchina utensile: è fondamentale assicurarsi del corretto serraggio del pezzo sulla tavola, sincerandosi anche del buono stato di conservazione del mandrino e della capacità della macchina di contenere le vibrazioni.

Ingresso e uscita della fresa dal pezzo

La durata del tagliente dipende in larga misura da come viene programmata l’entrata della fresa nel pezzo di lavorazione, soprattutto in caso di acciai o materiali molto duri: un ingresso graduale è sempre preferibile a uno diretto ed è molto importante stabilire la giusta strategia di avvicinamento, a seconda della lavorazione richiesta.

Per evitare usure precoci dei taglienti della fresa, è importante porre la giusta attenzione anche a come queste escono dal pezzo in lavorazione, non solo a come ci entrano: se l’uscita è improvvisa e non uniforme, ad esempio, il rischio è quello che i taglienti si scheggino o si spezzino.

Per evitare ciò, è necessario calibrare in maniera corretta il cosiddetto “angolo di uscita”, che è quello inscritto fra il raggio della fresa e il punto di uscita del tagliente (concetto opposto rispetto a quello di angolo di registrazione, che descrive quello fra il raggio della fresa e il tagliente in ingresso): angoli di uscita superiori o inferiori a +/- 30° permettono di mantenere l’integrità del tagliente più a lungo nel tempo.

Spessore del truciolo

Un altro fattore fondamentale da considerare per una fresatura efficace è lo spessore massimo del truciolo producibile da un tagliente. È infatti estremamente importante non sovraccaricare i taglienti con spessori di truciolo troppo alti, ma è sconsigliabile anche tenerli troppo bassi, se non si vuole perdere in produttività ed efficienza del tagliente.

Il valore ideale a cui mantenere lo spessore del truciolo è indicato dalla case produttrici degli utensili, ed è costituito dalla media numerica fra le dimensioni minime e quelle massime supportabili.

La fresatura Gima Spa

Gima Spa è un’azienda all’avanguardia per lavorazioni meccaniche di torneria, e in particolare per quelle che richiedono operazioni di fresatura. Per questo specifico tipo di lavorazione, infatti, Gima Spa dispone di dieci fresatrici transfer e cinque centri di lavoro fino a quattro assi, per un servizio di produzione minuterie metalliche davvero su misura e per ogni esigenza.

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Si ringrazia Macchine Utensili News per la fornitura delle informazioni rielaborate in questo articolo.

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