La lavorazione a secco è un processo di asportazione di materiale che non utilizza refrigeranti liquidi, emulsioni o lubrificanti durante la fase di taglio. A differenza della lavorazione con refrigerante, che serve a raffreddare l’utensile, lubrificare l’interfaccia tagliente e rimuovere i trucioli, la lavorazione a secco si basa su materiali e parametri specifici per gestire la generazione di calore e l’usura dell’utensile.
Tra i materiali più adatti a questo processo c’è la ghisa, un lega ferro-carbonio con un contenuto di carbonio superiore al 2% e una struttura caratterizzata da grafite (sotto forma di lamelle, sferoidi o vermicolari) dispersa nella matrice ferrosa. Le proprietà che rendono la ghisa ideale per la lavorazione a secco sono:
Per definire i parametri di lavorazione a secco, è fondamentale capire come la ghisa reagisce durante il taglio, in termini di forze, calore, formazione dei trucioli e usura dell’utensile.
Le forze di taglio sulla ghisa sono generalmente più basse rispetto a materiali come l’acciaio legato, grazie alla presenza della grafite che crea punti di debolezza nella struttura. Tuttavia, la durezza della matrice ferrosa (che può variare da 150 a 300 HB per le ghise comuni) influisce direttamente sulle forze: una ghisa più dura richiede forze di taglio maggiori, che possono portare a vibrazioni e usura accelerata dell’utensile.
La lavorazione a secco genera una quantità di calore significativa, concentrata principalmente nell’interfaccia tra l’utensile e il pezzo. Il calore si distribuisce in tre parti: circa il 70% viene assorbito dai trucioli, il 20% dall’utensile e il 10% dal pezzo.
Lo shock termico è il fenomeno che si verifica quando un materiale caldo viene raffreddato rapidamente, o viceversa. Nella lavorazione a secco, lo shock termico si presenta in due forme:
Queste variazioni di temperatura creano tensioni interne nell’utensile, che possono portare a cricche e rotture se l’utensile non è progettato per resistere a questo tipo di stress.
La ghisa produce trucioli di tipo discontinuo, cioè piccoli frammenti separati tra loro, a differenza dell’acciaio che produce trucioli continui. Questo è un vantaggio per la lavorazione a secco, perché i trucioli discontinui si rompono facilmente e non si attaccano all’utensile, riducendo il rischio di usura per adesione.
I principali meccanismi di usura che si verificano nella lavorazione a secco della ghisa sono:
I parametri di lavorazione a secco della ghisa devono essere bilanciati per ridurre l’usura dell’utensile, garantire la qualità del pezzo e mantenere la produttività. Ecco i range consigliati e i compromessi associati:
La velocità di taglio (Vc, espressa in metri al minuto, m/min) è la velocità periferica dell’utensile rispetto al pezzo. Per la lavorazione a secco della ghisa, i range consigliati sono:
Compromesso: Velocità più elevate aumentano la produttività, ma generano più calore e aumentano il rischio di usura per diffusione e cricche termiche. Velocità più basse riducono l’usura, ma abbassano la produttività e possono aumentare l’usura per abrasione se l’utensile rimane a contatto con il pezzo per più tempo.
L’avanzamento (f, espresso in millimetri per giro, mm/giro, o millimetri per dente, mm/dente) è la distanza che l’utensile percorre per ogni giro o per ogni dente. Per la lavorazione a secco della ghisa, i range consigliati sono:
Compromesso: Avanzamenti più elevati riducono il tempo di lavorazione, ma aumentano le forze di taglio e il rischio di vibrazioni. Avanzamenti più bassi garantiscono una finitura migliore, ma aumentano il tempo di lavorazione e l’usura dell’utensile.
La profondità di taglio (ap, espressa in millimetri, mm) è la quantità di materiale asportato per ogni passata. Per la lavorazione a secco della ghisa, i range consigliati sono:
Compromesso: Profondità di taglio maggiori riducono il numero di passate necessarie, ma aumentano le forze di taglio e il calore generato. Profondità di taglio minori garantiscono una finitura migliore, ma aumentano il numero di passate e il tempo di lavorazione.
La geometria dell’utensile è fondamentale per la lavorazione a secco della ghisa. Ecco le caratteristiche consigliate:
Compromesso: Utensili con geometrie più resistenti (angolo di spoglia basso, raggio di punta maggiore) garantiscono una durata maggiore, ma possono aumentare le forze di taglio e il rischio di vibrazioni. Utensili con geometrie più aggressive garantiscono un taglio più pulito, ma sono meno resistenti all’usura.
La scelta della macchina CNC influisce direttamente sulla possibilità di eseguire la lavorazione a secco della ghisa. Ecco i modelli Gree CNC adatti e le loro caratteristiche:
La lavorazione a secco della ghisa può presentare diversi problemi, che possono essere riconosciuti e risolti con azioni specifiche:
Riconoscimento: Usura eccessiva del tagliente dopo un numero ridotto di pezzi, finitura del pezzo scadente, aumento delle forze di taglio. Cause: Velocità di taglio troppo elevata, avanzamento troppo basso, geometria dell’utensile non adatta, materiale dell’utensile non adatto. Soluzioni: Ridurre la velocità di taglio del 10–20%, aumentare l’avanzamento del 10–15%, passare a un utensile con angolo di spoglia più basso e raggio di punta maggiore, utilizzare utensili in carburo rivestito o ceramica.
Riconoscimento: Cricche parallele sulla superficie del tagliente, rottura improvvisa dell’utensile. Cause: Shock termico eccessivo, velocità di taglio troppo elevata, materiale dell’utensile non adatto. Soluzioni: Ridurre la velocità di taglio, utilizzare utensili in carburo rivestito con TiAlN (che resiste meglio alle alte temperature), evitare interruzioni brusche del taglio.
Riconoscimento: Rumore anomalo durante la lavorazione, finitura del pezzo scadente, usura irregolare dell’utensile. Cause: Rigidità insufficiente della macchina, del pezzo o dell’utensile, velocità di taglio o avanzamento non adatti. Soluzioni: Aumentare la rigidità del sistema (utilizzare mandrini con conicità più robusta, come BT40 invece di HSK-E40 per operazioni di sgrossatura), ridurre la profondità di taglio, modificare la velocità di taglio per evitare la frequenza di risonanza della macchina.
Riconoscimento: Polvere di ghisa che si accumula sulla macchina, sui sensori e nell’ambiente di lavoro. Cause: Mancanza di un sistema di aspirazione adeguato, velocità di taglio troppo elevata. Soluzioni: Installare un sistema di aspirazione con filtri HEPA, ridurre la velocità di taglio, utilizzare utensili che producono trucioli più grandi.
La lavorazione a secco della ghisa non è adatta a tutte le applicazioni. Ecco i casi in cui è preferibile utilizzare la lavorazione con refrigerante:
| Problema | Causa principale | Soluzione | Parametro da modificare |
|---|---|---|---|
| Usura accelerata dell’utensile | Velocità di taglio troppo elevata | Ridurre la velocità, passare a utensili rivestiti | Vc: -10–20% |
| Cricche termiche | Shock termico eccessivo | Ridurre la velocità, utilizzare TiAlN | Vc: -15% |
| Vibrazioni | Rigidità insufficiente | Aumentare la rigidità, ridurre la profondità di taglio | ap: -20% |
| Polvere eccessiva | Velocità troppo elevata, aspirazione insufficiente | Ridurre la velocità, installare filtri HEPA | Vc: -10% |
| Finitura scadente | Avanzamento troppo elevato | Ridurre l’avanzamento | f: -10–15% |
Prima di iniziare la lavorazione a secco della ghisa, verificare i seguenti punti:
La lavorazione a secco della ghisa è più economica della lavorazione con refrigerante? Dipende dal contesto. La lavorazione a secco elimina i costi di acquisto, stoccaggio e smaltimento dei refrigeranti, ma può aumentare i costi degli utensili se non vengono selezionati e impostati correttamente. Per produzioni di medie dimensioni e materiali adatti, può risultare più economica.
Posso utilizzare la lavorazione a secco per la finitura di pezzi di ghisa con tolleranze di 0,01 mm? Sì, ma è necessario utilizzare una macchina con alta precisione, come il centro di lavorazione verticale GA-DV750 (precisione di posizionamento 0,003 mm), e impostare parametri adatti per ridurre la deformazione termica del pezzo.
Che tipo di utensile è meglio per la lavorazione a secco della ghisa? Gli utensili in carburo cementato rivestito con TiAlN sono una scelta versatile per la maggior parte delle applicazioni. Per velocità di taglio molto elevate, gli utensili in ceramica sono più adatti, mentre per operazioni di sgrossatura con forze di taglio elevate, gli utensili in carburo non rivestito possono essere una scelta economica.
Come posso ridurre la polvere di ghisa durante la lavorazione a secco? Oltre a installare un sistema di aspirazione con filtri HEPA, è possibile ridurre la velocità di taglio, utilizzare utensili che producono trucioli più grandi e mantenere pulita l’area di lavoro.
La lavorazione a secco della ghisa è adatta a tutti i tipi di ghisa? No. È adatta principalmente alla ghisa grigia (la più comune) e alla ghisa sferoidale con matrice ferritica. Non è adatta alla ghisa bianca (molto dura e fragile) e alla ghisa sferoidale con matrice martensitica (molto dura e resistente).
