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.

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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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