La tornitura dura è un processo di lavorazione meccanica per asportazione di truciolo che consiste nel rimuovere materiale da acciai già temprati, cioè con una durezza superiore a 45 HRC (Rockwell C, scala di misura della durezza dei metalli). A differenza della tornitura convenzionale, che viene eseguita su materiali non temprati o parzialmente temprati, la tornitura dura si rivolge a pezzi che hanno già raggiunto la loro durezza finale o quasi finale, con l’obiettivo di ottenere tolleranze dimensionali e rugosità superficiali paragonabili a quelle della rettifica.
Le proprietà degli acciai temprati che influenzano direttamente la lavorazione sono:
Un vantaggio chiave della tornitura dura è la possibilità di sostituire la rettifica, un processo tradizionale per la finitura di pezzi temprati. La rettifica utilizza una mola abrasiva per rimuovere piccoli quantitativi di materiale, ma ha limiti in termini di flessibilità (è difficile lavorare profili complessi) e costi di attrezzaggio. La tornitura dura, invece, permette di lavorare pezzi con forme più complesse in un’unica operazione, riducendo i tempi di attrezzaggio e i costi complessivi.
La lavorazione di acciai temprati con utensili a inserti in CBN (Nitruro di Boro Cubico, un materiale sintetico con durezza superiore a quella del carburo di tungsteno e paragonabile al diamante) presenta caratteristiche uniche che differiscono dalla tornitura convenzionale:
Le forze di taglio sono più elevate rispetto alla lavorazione di acciai non temprati, a causa della maggiore resistenza del materiale. Tuttavia, la distribuzione delle forze è diversa: la forza di taglio principale (quella che agisce nella direzione del movimento dell’utensile) è più bassa rispetto alla forza radiale (quella che spinge l’utensile verso l’interno del pezzo) e alla forza assiale (quella che agisce lungo l’asse del pezzo). Questo è un aspetto critico, perché la forza radiale elevata può causare flessioni dell’utensile o del pezzo, compromettendo la precisione.
La lavorazione di materiali duri genera molto calore, ma una parte significativa viene asportata dal truciolo. Questo è un vantaggio: se il calore rimanente sul pezzo è limitato, non si verificano alterazioni della microstruttura superficiale (come la ricottura locale o la formazione di strati indesiderati). Tuttavia, se i parametri di taglio non sono corretti, il calore può accumularsi sull’utensile, accelerandone l’usura.
Il truciolo di acciai temprati è discontinuo, a causa della fragilità del materiale. Questo è un vantaggio per l’asportazione del calore, ma può causare problemi di evacuazione se non si sceglie la geometria dell’utensile adatta.
Gli inserti in CBN si usurano principalmente per tre motivi:
La scelta dei parametri di taglio dipende dalla durezza del materiale, dalla geometria del pezzo e dalle caratteristiche della macchina utensile. Di seguito i range comuni e i compromessi associati:
La velocità di taglio è la velocità relativa tra l’utensile e il pezzo, espressa in metri al minuto (m/min). Per acciai temprati con durezza tra 45 e 65 HRC, la velocità di taglio per inserti in CBN è compresa tra 50 e 200 m/min.
Per scegliere la velocità giusta, è importante considerare la potenza e la coppia della macchina. Per esempio, la macchina GA-MV856 (centro di lavorazione verticale con mandrino meccanico a giunzione diretta, conico BT40) ha una coppia massima di 95,5 Nm, sufficiente per lavorare a velocità medio-alte su pezzi di dimensioni medie. Al contrario, la GA-DV750 (centro di lavorazione verticale con mandrino elettrico ad alta velocità, conico HSK-E40) ha una coppia massima di 12,15 Nm, quindi è più adatta per lavorazioni di finitura a velocità elevate con profondità di taglio basse.
L’avanzamento è la distanza che l’utensile percorre per ogni giro del pezzo, espressa in millimetri per giro (mm/giro). Per la tornitura dura, l’avanzamento è compreso tra 0,05 e 0,3 mm/giro.
La profondità di taglio è lo spessore di materiale rimosso per ogni passata, espressa in millimetri (mm). Per la tornitura dura, la profondità di taglio è compresa tra 0,1 e 2 mm.
La geometria dell’inserto in CBN influisce sulla forza di taglio e sulla qualità della superficie. Le caratteristiche più importanti sono:
La tornitura dura può presentare diversi problemi, che possono essere riconosciuti e risolti con azioni specifiche:
La tornitura dura non è adatta a tutte le applicazioni. Ecco i casi in cui è meglio scegliere un altro processo:
Pezzi con durezza superiore a 65 HRC: Oltre questa soglia, anche gli inserti in CBN si usurano troppo velocemente, e la produttività diventa troppo bassa. In questi casi, è meglio usare la rettifica o la lavorazione con utensili diamantati.
Pezzi molto piccoli o con geometrie molto complesse: Per pezzi con dimensioni inferiori a 10 mm o con profili molto intricati, la tornitura dura può essere difficile da controllare, e la rettifica o la lavorazione a laser possono essere più adatte.
Lavorazioni su macchine con rigidità insufficiente: La tornitura dura richiede macchine con rigidità elevata per resistere alle forze di taglio. Per esempio, la GA-VT445 (centro di foratura e maschiatura a tre canali, con precisione di posizionamento di 0,008 mm) ha una rigidità inferiore rispetto a un centro di lavorazione verticale come la GA-MV856, quindi non è adatta per la tornitura dura di pezzi grandi o con profondità di taglio elevate.
Pezzi con requisiti di rugosità superficiale inferiore a Ra 0,2 μm: La tornitura dura può raggiungere rugosità superficiali fino a Ra 0,2 μm, ma per valori inferiori è meglio usare la rettifica o la lucidatura.
| Parametro/Problema | Range/Descrizione | Soluzione |
|---|---|---|
| Velocità di taglio (Vc) | 50-200 m/min | Ridurre se usura eccessiva; aumentare se produttività bassa |
| Avanzamento (f) | 0,05-0,3 mm/giro | Ridurre per finitura; aumentare per sgrossatura |
| Profondità di taglio (ap) | 0,1-2 mm | Ridurre per finitura; aumentare per sgrossatura |
| Usura eccessiva dell’utensile | Rugosità aumentata, tolleranze non rispettate | Ridurre Vc, f o ap; aumentare rigidità |
| Flessione del pezzo/utensile | Forma irregolare, rugosità non uniforme | Ridurre f o ap; migliorare fissaggio; usare macchina più rigida |
| Alterazioni della superficie | Colore bluastro, durezza superficiale ridotta | Ridurre Vc; aumentare ap; usare raffreddamento ad alta pressione |
| Trucioli lunghi | Trucioli non rotti, avvolti intorno all’utensile | Aumentare f o ap; scegliere inserto con rompitruciolo adatto |
Prima di iniziare una lavorazione di tornitura dura, controllare questi punti:
Posso sostituire completamente la rettifica con la tornitura dura? In molti casi sì, ma dipende dalle caratteristiche del pezzo. La tornitura dura può sostituire la rettifica per pezzi con tolleranze dimensionali fino a 0,005 mm e rugosità superficiali fino a Ra 0,2 μm. Tuttavia, per pezzi con requisiti più severi o con geometrie molto complesse, la rettifica può essere ancora necessaria.
Che tipo di macchina utensile è adatta per la tornitura dura? È necessaria una macchina con rigidità elevata, precisione di posizionamento e ripetibilità sufficienti. Per esempio, la GA-MV856 (centro di lavorazione verticale con precisione di posizionamento di 0,010 mm e ripetibilità di 0,006 mm) è adatta per lavorazioni di tornitura dura di pezzi di dimensioni medie. Per lavorazioni di alta precisione, la GA-UHD500 (centro di lavorazione a cinque assi ad alta precisione, con precisione di posizionamento di 0,006 mm e ripetibilità di 0,004 mm) è una scelta migliore.
Gli inserti in CBN sono più costosi di quelli in carburo di tungsteno? Sì, gli inserti in CBN hanno un costo iniziale più alto, ma la loro durata è molto maggiore rispetto a quella degli inserti in carburo di tungsteno per la lavorazione di acciai temprati. Inoltre, la possibilità di sostituire la rettifica riduce i costi complessivi del processo.
La tornitura dura può essere usata per la lavorazione di materiali non ferrosi? No, la tornitura dura è specifica per acciai temprati. Per materiali non ferrosi temprati, come le leghe di titanio o di alluminio, si usano altri processi di lavorazione.
Qual è la differenza tra la tornitura dura e la tornitura convenzionale? La principale differenza è la durezza del materiale lavorato: la tornitura convenzionale viene eseguita su materiali non temprati o parzialmente temprati, mentre la tornitura dura viene eseguita su acciai già temprati. Inoltre, la tornitura dura richiede utensili specifici (inserti in CBN) e macchine con rigidità elevata.
