L'acciaio per utensili D2 è un acciaio legato ad alto contenuto di cromo (circa il 12% in peso) e carbonio (circa il 1,5%), progettato per resistere all'usura e mantenere la durezza anche a temperature elevate. Dopo trattamento termico (tempra e rinvenimento), raggiunge una durezza compresa tra 58 e 64 HRC (Rockwell C, scala di misura della durezza dei materiali metallici), un valore che lo colloca nel territorio della lavorazione di materiali duri.
Le proprietà che definiscono il comportamento durante la lavorazione sono tre:
Per la lavorazione, queste proprietà rendono il D2 un materiale che non può essere trattato come acciai più comuni come l'acciaio 1045 o l'alluminio: richiede strategie specifiche per controllare l'usura e garantire la precisione.
La lavorazione del D2 genera fenomeni che differiscono da quelli di materiali meno duri e abrasivi. Ecco i meccanismi chiave:
Le forze di taglio sono elevate, ma non per la resistenza alla trazione del materiale: il D2 ha una resistenza alla trazione inferiore a quella di alcuni acciai per utensili più duri, ma i carburi di cromo creano una resistenza locale al taglio. Le forze sono anche molto variabili: ogni volta che la punta dell'utensile incontra un carburo, la forza aumenta bruscamente, generando vibrazioni (chiamate chatter) che possono rovinare la finitura superficiale e rompere l'utensile.
Circa il 70-80% del calore generato durante il taglio del D2 si concentra sulla punta dell'utensile, a causa della bassa conducibilità termica del materiale. Questo calore può raggiungere temperature superiori a 1000°C, che modificano la struttura cristallina degli utensili di taglio (un fenomeno chiamato degradazione termica), riducendone la durezza e la resistenza all'usura.
Il D2 produce trucioli corti e fragili, simili a quelli dell'acciaio temprato. Questo è un vantaggio per l'evacuazione del truciolo, ma i trucioli sono molto abrasivi: quando vengono espulsi dalla zona di taglio, possono graffiare la superficie dell'utensile e la superficie del pezzo.
L'usura dell'utensile durante la lavorazione del D2 è combinata:
La scelta dei parametri di lavorazione del D2 è un equilibrio tra produttività, durata dell'utensile e precisione. Ecco le linee guida, con spiegazione dei compromessi:
La velocità di taglio è la velocità relativa tra la punta dell'utensile e il pezzo, espressa in metri al minuto (m/min). Per il D2, la velocità di taglio dipende dal tipo di utensile:
Compromesso: Velocità più alte aumentano la produttività ma accelerano l'usura dell'utensile. Per lavorazioni di sgrossatura, dove la durata dell'utensile è più importante della velocità, si sceglie la parte bassa della gamma. Per lavorazioni di finitura, dove la precisione è prioritaria, si può scegliere la parte alta della gamma se l'utensile è adatto.
L'avanzamento per giro è la distanza che l'utensile percorre lungo l'asse di taglio per ogni giro del mandrino, espressa in millimetri per giro (mm/giro). L'avanzamento per dente è la distanza per ogni dente dell'utensile, espressa in millimetri per dente (mm/dente). Per il D2:
Compromesso: Avanzamenti più alti aumentano la produttività ma generano forze di taglio più elevate e vibrazioni. Per lavorazioni di sgrossatura, si sceglie avanzamenti più alti per ridurre il numero di passaggi. Per lavorazioni di finitura, si sceglie avanzamenti più bassi per ottenere una finitura superficiale migliore e ridurre le vibrazioni.
La profondità di taglio assiale (ap) è la profondità di taglio lungo l'asse dell'utensile, e la profondità di taglio radiale (ae) è la larghezza del taglio. Per il D2:
Compromesso: Profondità di taglio più alte riducono il numero di passaggi ma aumentano le forze di taglio e l'usura dell'utensile. Per lavorazioni di sgrossatura, si sceglie profondità più alte per ridurre il tempo di lavorazione. Per lavorazioni di finitura, si sceglie profondità più basse per garantire la precisione.
La geometria dell'utensile è fondamentale per la lavorazione del D2:
Compromesso: Un angolo di spoglia negativo aumenta la resistenza dell'utensile ma aumenta le forze di taglio. Per lavorazioni di sgrossatura, si sceglie un angolo di spoglia più negativo per ridurre il rischio di rottura. Per lavorazioni di finitura, si può scegliere un angolo di spoglia leggermente positivo per ridurre le forze di taglio.
La scelta dei parametri dipende anche dalle caratteristiche della macchina. Ecco alcuni esempi di adattamento:
Ecco i problemi più comuni durante la lavorazione del D2, come riconoscerli e risolverli:
Riconoscimento: L'utensile si consuma in pochi minuti, la finitura superficiale peggiora, le dimensioni del pezzo non sono precise. Cause: Velocità di taglio troppo alta, avanzamento troppo basso, profondità di taglio troppo bassa, utensile non adatto (non rivestito o con rivestimento poco resistente). Soluzione: Ridurre la velocità di taglio del 20-30%, aumentare l'avanzamento del 10-15%, aumentare la profondità di taglio, usare utensili rivestiti con TiAlN o AlTiN.
Riconoscimento: L'utensile si rompe improvvisamente durante la lavorazione, si generano trucioli grandi e irregolari. Cause: Avanzamento troppo alto, profondità di taglio troppo alta, angolo di spoglia troppo positivo, vibrazioni, utensile non adatto. Soluzione: Ridurre l'avanzamento del 20-30%, ridurre la profondità di taglio del 15-20%, usare un angolo di spoglia negativo, ridurre la velocità di taglio per ridurre le vibrazioni, usare utensili con geometria adatta per materiali duri.
Riconoscimento: Si generano rumori forti e irregolari durante la lavorazione, la finitura superficiale presenta segni ondulati, le dimensioni del pezzo non sono precise. Cause: Velocità di taglio non adatta, avanzamento non adatto, profondità di taglio non adatta, utensile troppo lungo, fissaggio del pezzo non adatto. Soluzione: Modificare la velocità di taglio del 10-15%, modificare l'avanzamento del 10-15%, ridurre la profondità di taglio, usare un utensile più corto, migliorare il fissaggio del pezzo.
Riconoscimento: La superficie del pezzo presenta segni di usura, graffi o ondulazioni, le dimensioni non sono precise. Cause: Usura dell'utensile, velocità di taglio troppo alta, avanzamento troppo alto, profondità di taglio troppo alta, truciolo non evacuato correttamente. Soluzione: Sostituire l'utensile, ridurre la velocità di taglio del 10-15%, ridurre l'avanzamento del 10-15%, ridurre la profondità di taglio, migliorare l'evacuazione del truciolo (usare refrigerante ad alta pressione).
Riconoscimento: Le dimensioni del pezzo non corrispondono alle specifiche, le tolleranze non sono rispettate. Cause: Usura dell'utensile, vibrazioni, dilatazione termica del pezzo o dell'utensile, errori di impostazione della macchina. Soluzione: Sostituire l'utensile, ridurre le vibrazioni, usare refrigerante per ridurre la dilatazione termica, controllare e correggere l'impostazione della macchina.
Il D2 è un materiale eccellente per applicazioni che richiedono resistenza all'usura e durezza, ma non è adatto per tutte le applicazioni. Ecco i casi in cui il D2 è una scelta sbagliata:
| Categoria di lavorazione | Velocità di taglio (Vc, m/min) | Avanzamento per dente (fz, mm/dente) | Profondità di taglio assiale (ap, mm) | Profondità di taglio radiale (ae, mm) | Problema comune | Soluzione |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Sgrossatura (carburo non rivestito) | 10-15 | 0,05-0,1 | 0,5-1,5 | 0,3-0,8×diametro utensile | Usura rapida dell'utensile | Ridurre Vc del 20%, aumentare fz del 10% |
| Sgrossatura (carburo rivestito) | 20-25 | 0,05-0,1 | 0,5-1,5 | 0,3-0,8×diametro utensile | Rottura dell'utensile | Ridurre ap del 15%, usare angolo di spoglia negativo |
| Finitura (carburo rivestito) | 25-35 | 0,02-0,05 | 0,1-0,5 | 0,1-0,3×diametro utensile | Vibrazioni | Modificare Vc del 10%, usare utensile più corto |
| Finitura (CBN) | 40-60 | 0,01-0,03 | 0,05-0,2 | 0,1-0,2×diametro utensile | Finitura scadente | Ridurre fz del 10%, usare refrigerante ad alta pressione |
Prima di iniziare la lavorazione del D2, controlla questi punti:
Posso lavorare il D2 con utensili in HSS (Acciaio Rapido)? No, gli utensili in HSS non hanno la resistenza all'usura e la resistenza al calore necessarie per la lavorazione del D2. L'usura dell'utensile sarebbe molto rapida, e la durata dell'utensile sarebbe troppo breve per essere economica.
Qual è la migliore macchina Gree CNC per la lavorazione del D2? Dipende dal tipo di lavorazione. Per sgrossatura di pezzi grandi, la GA-MV856 è una buona scelta per la sua alta coppia. Per finitura di pezzi piccoli ad alta precisione, la GA-DV750 è ideale per la sua alta precisione. Per lavorazioni a 5 assi di geometrie complesse, la GA-UHD500 è la scelta migliore per la sua combinazione di precisione, potenza e coppia.
Posso lavorare il D2 senza refrigerante? Non è consigliato. Il calore generato durante il taglio del D2 è molto elevato, e senza refrigerante l'usura dell'utensile sarebbe molto rapida. Inoltre, il truciolo non verrebbe evacuato correttamente, causando graffi sulla superficie del pezzo e rotture dell'utensile.
Qual è la durata tipica di un utensile durante la lavorazione del D2? La durata dell'utensile dipende dai parametri di lavorazione e dal tipo di utensile. Per utensili in carburo cementato rivestiti, la durata è compresa tra 30 e 60 minuti per sgrossatura e tra 60 e 120 minuti per finitura. Per utensili in CBN, la durata è compresa tra 120 e 240 minuti per finitura.
Posso ottenere una finitura superficiale Ra < 0,8 µm con il D2? Sì, è possibile ottenere una finitura superficiale Ra < 0,8 µm con il D2, ma richiede parametri di lavorazione adatti e utensili di alta qualità. Usa velocità di taglio elevate, avanzamenti bassi, profondità di taglio basse e utensili in CBN o carburo cementato rivestiti con AlTiN. Inoltre, usa refrigerante ad alta pressione per evacuare il truciolo e raffreddare l'utensile.
