Il punto cruciale di ogni lavorazione meccanica per l’asportazione di truciolo è dove il tagliente dell’utensile incontra il pezzo in lavorazione.
In questo punto avvengono dei fenomeni molto particolari che se vengono gestiti in modo efficiente permettono una lavorazione di qualità.
In questo articolo andremo ad osservare quali sono i fattori che influenzano e permettono una corretta formazione del truciolo e come è possibile gestirli.
Come avviene la formazione del truciolo?
La meccanica della formazione del truciolo è governata da una serie di fenomeni fisici, tra cui la deformazione plastica del materiale e lo strappamento della superficie.
Quando l’utensile penetra nel pezzo, nella zona di taglio si sviluppano pressioni e temperature elevate. A seguito di ciò, il materiale si deforma plasticamente prima di staccarsi definitivamente dal pezzo.
Questo fenomeno è localizzato in una zona chiamata “zona di deformazione primaria”, che è caratterizzata da piani di scorrimento plastico.
Qui, il materiale si muove lungo questi piani, accumulando energia meccanica che si trasforma principalmente in calore a causa dell’attrito e delle alte pressioni.
Uno degli aspetti critici nella lavorazione per l’asportazione di materiale è il controllo dell’angolo di scorrimento plastico, che gioca un ruolo chiave nella formazione del truciolo.
Questo angolo, che determina la direzione lungo la quale avviene la deformazione plastica del materiale, è influenzato da vari fattori, tra cui la velocità di taglio, lo spessore del truciolo, la geometria dell’utensile e le forze coinvolte nel processo di taglio.
La corretta gestione di questi parametri è essenziale per controllare la qualità del processo e prevenire fenomeni indesiderati come il surriscaldamento e l’eccessiva usura dell’utensile.
Influenza della velocità di taglio
La velocità di taglio influisce direttamente sull’angolo di scorrimento plastico e sul comportamento del truciolo.
Quando la velocità di taglio aumenta, l’energia trasferita al materiale durante il taglio incrementa, provocando un innalzamento di temperatura e una maggiore deformazione plastica.
Questa condizione deve essere controllata per creare delle condizioni ottimali in relazione al materiale in lavorazione e al materiale del tagliente.
Velocità di taglio troppo elevate comportano alte temperature creando un’usura precoce e ridotte durate del tagliente.
Velocità di taglio troppo basse possono tenere la temperatura al di sotto dei valori minimi necessari per un completo deflusso del truciolo per strisciamento sull’utensile e generare incollaggi temporanei di sue parti sul petto dell’utensile.
Il fenomeno è noto come tagliente di riporto, esso determina aumento della rugosità e dell’usura con conseguente riduzione della durata del tagliente.
Ricordiamo inoltre che il metallo duro utilizzato per la creazione degli utensili ha bisogno di lavorare a determinate temperature per massimizzare le sue performance e non rischiare rotture.
Geometria dell’utensile e angolo di taglio
La geometria dell’utensile è un altro fattore determinante nella formazione del truciolo. L’angolo di spoglia superiore (l’angolo tra la superficie di taglio dell’utensile e il pezzo) gioca un ruolo cruciale.
Un angolo di spoglia positivo tende a ridurre la resistenza al taglio, favorendo la formazione di trucioli continui e diminuendo lo sforzo di taglio.
Tuttavia, l’utensile può diventare più fragile con angoli di spoglia troppo elevati, soprattutto in caso di materiali duri.
D’altro canto, un angolo di spoglia negativo aumenta la robustezza dell’utensile, soprattutto per lavorare materiali duri e fragili, ma provoca una compressione maggiore del materiale.
Questa compressione fa sì che i trucioli si frammentino più facilmente, creando trucioli discontinui, che possono essere vantaggiosi in termini di raffreddamento e di usura, ma peggiorano la finitura superficiale.
Anche l’angolo di registrazione (l’angolo tra l’asse longitudinale dell’utensile e la superficie del pezzo) influisce sul comportamento del truciolo.
Angoli di registrazione più piccoli (vicini ai 10°) tendono a formare trucioli più sottili, mentre angoli maggiori producono trucioli più spessi e aumentano le forze radiali, che possono causare vibrazioni.
Forze di taglio e deformazione
Semplificando molto l’analisi di questo fenomeno possiamo dire che le forze di taglio interagiscono con il materiale in lavorazione per determinare l’angolo di scorrimento plastico.
Se la velocità di taglio è la principale responsabile della temperatura, lo spessore del truciolo (che è controllato tramite i parametri di avanzamento) e l’angolo di spoglia superiore dell’utensile controllano le pressioni che vanno a determinare l’angolo dello scorrimento plastico.
L’aumento di quest’angolo comporterà un innalzamento di pressione e un conseguente innalzamento di temperatura.
Quando dobbiamo lavorare materiali molto duri, sono richiesti angoli di spoglia molto piccoli, o addirittura negativi per far in modo che l’utensile abbia la robustezza necessaria a sopportare quel tipo di lavorazione.
In questo caso necessario diminuire le velecità di taglio e avanzamento per cercare di mantenere l’inclinazione e la temperatura dello scorrimento plastico nel range ottimale.
Anche gli attriti che si generano sul petto e sul fianco dell’utensile giocano un ruolo molto importante nell’aumento di temperatura.
Quando è possibile utilizzare il lubrorefrigerante può essere di grande aiuto per diminuire l’attrito e controllare la temperatura nella zona di taglio.
Come controllare la formazione del truciolo
In questo video vediamo come è possibile gestire al meglio questi parametri per controllare la formazione del truciolo.
Conclusione
La formazione del truciolo è profondamente influenzata da una combinazione di fattori, tra cui la velocità di taglio, la geometria dell’utensile, lo spessore del truciolo e le forze in gioco.
Il controllo dell’angolo di scorrimento plastico e dello spessore del truciolo è essenziale per gestire il comportamento del materiale durante la lavorazione.
L’ottimizzazione di questi parametri permette non solo di migliorare la qualità della lavorazione, ma anche di estendere la vita utile dell’utensile, prevenendo problemi come l’usura eccessiva o la formazione di trucioli indesiderati.
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