Identificazione dei tipi di trucioli di fresatura CNC

1.0 Introduzione

Uno dei processi di lavorazione CNC più comuni utilizzati per creare articoli non rotanti e non cilindrici utilizzati in una varietà di settori è la fresatura. Le frese ad alta velocità vengono utilizzate dalle fresatrici per dare al prodotto lavorato la forma richiesta. La taglierina produce piccoli trucioli dal metallo sul pezzo da lavorare. Una volta terminato il taglio, questi trucioli vengono rimossi dal pezzo da lavorare. Questi trucioli sono disponibili in varie forme e dimensioni a seconda dei materiali utilizzati nel pezzo, dell'ambiente di taglio e di qualsiasi deformazione avvenuta durante l'operazione. I trucioli risultanti sono spesso classificati in base alla loro forma come trucioli continui, trucioli non continui, trucioli continui con bordo di riporto e trucioli non omogenei.

1.1 La tecnologia di lavorazione della fresatrice

La fresatura è la tecnica di lavorazione di un pezzo nella forma e nelle dimensioni richieste, tramite contatto rapido con una fresa. Durante questa procedura di fresatura, la fresa separa i trucioli di metallo dalla superficie di lavorazione tagliando il metallo sulla superficie del pezzo in trucioli e spingendo e allargando la superficie della lama. La tensione nel pezzo aumenta costantemente con l'aumentare del carico di lavoro, con la sollecitazione nel punto di contatto con il bordo della lama che è la più grande. Questo è l'effetto di taglio della lama. La sostanza metallica si crepa e si separa per prima dove la tensione è maggiore e più concentrata sul pezzo.

Di conseguenza, l'azione di taglio della lama provoca sempre la separazione del materiale dello strato superficiale metallico dal substrato metallico del pezzo in lavorazione per formare prima. Il metallo da tagliare verrà diviso lungo la direzione del movimento della lama per produrre una superficie lavorata quando viene applicata una forza meccanica sufficiente mentre l'utensile e il pezzo in lavorazione continuano a muoversi l'uno rispetto all'altro. Lo strato di taglio si deforma sia elasticamente che plasticamente a causa della pressione davanti all'utensile, formando infine trucioli che fuoriescono lungo la parte anteriore dell'utensile. Davanti all'utensile, questo è l'effetto di spinta.

Sotto l'azione del tagliente, il metallo tagliato genera quattro aree di deformazione: anteriore e posteriore dell'utensile, l'area di deformazione base, l'area di deformazione per attrito davanti all'utensile, la regione di deformazione davanti alla lama e la zona di deformazione per attrito dietro l'utensile Zona di deformazione. Nelle quattro zone deformative esistono relazioni e interazioni tra gli stati tensionali interni e le circostanze deformative.

2.0 Tipi di truciolo e loro condizioni di formazione

Il metallo davanti all'utensile si contrae durante il taglio man mano che si sposta ulteriormente nel pezzo in lavorazione. Una compressione troppo grande fa sì che il metallo si separi dal pezzo in lavorazione e scorra plasticamente sotto forma di un truciolo (deformazione da taglio). Il taglio principale fa sì che il metallo scorra sul piano di taglio. La superficie non tagliata davanti all'utensile è dove il piano di taglio inizia a estendersi ad angolo verso l'alto. Il valore dell'angolo di taglio è influenzato dal tipo di materiale e dalle circostanze di taglio. Quando l'angolo di taglio è modesto, il percorso di taglio è lungo, i trucioli sono spessi e la forza di taglio è elevata. È vero anche il contrario. Il taglio secondario è causato dall'attrito mentre il truciolo si sposta sulla faccia della punta dell'utensile. I trucioli si surriscaldano a causa dell'attrito che aumenta la temperatura di esercizio del processo di fresatura.

Le quattro categorie principali di trucioli creati da una fresatrice sono le seguenti: Truciolo discontinuo; Chip continuo; Chip continuo con bordo di riporto; Chips non omogenei.

2.1 Chip discontinuo

I trucioli discontinui hanno una forma irregolare e spesso si deformano a causa di fratture ripetute. Ghisa, ottone e bronzo sono solo alcuni esempi di metalli duri e delicati i cui pezzi sono noti per creare trucioli discontinui. In condizioni in cui è presente un attrito sostanziale tra il pezzo e l'utensile, anche i pezzi duttili possono produrre trucioli discontinui. Un utensile con un angolo di spoglia corto, una velocità di taglio elevata, un taglio profondo nel materiale e altri fattori potrebbero provocare la formazione di trucioli discontinui.

È possibile migliorare la finitura superficiale dei materiali fragili e ridurre il consumo energetico attraverso la formazione di trucioli discontinui. Nei materiali duttili, tuttavia, lo sviluppo di trucioli discontinui determina una lucidatura superficiale scadente e potrebbe allungare il processo di lavorazione.

2.2 Chip continui

I trucioli continui si formano generalmente quando metalli malleabili, come acciaio, rame o alluminio, vengono lavorati a velocità di taglio elevate. La differenza di temperatura tra la punta dell'utensile e il pezzo duttile aumenta durante il processo di taglio. Un flusso di trucioli lungo e continuo viene creato quando strati successivi del metallo rimosso vengono uniti insieme mediante saldatura. Le seguenti circostanze di lavorazione tipicamente danno origine a trucioli continui:

• profondità di taglio minima
• ampio angolo di spoglia
• elevata velocità di taglio
• utilizzando lubrificanti o refrigeranti per ridurre l'attrito del truciolo dell'utensile
• tagliente affilato

I trucioli continui offrono una qualità della superficie liscia, una maggiore longevità dell'utensile e un minore consumo di energia. Tuttavia, potrebbe essere difficile smaltire alcuni tipi di chip. I rompitrucioli sono necessari per migliorare le condizioni di smaltimento.

2.3 Chip continuo con tagliente di riporto

L'elevato attrito tra l'utensile e il truciolo durante il taglio di metalli duttili porta alla creazione di trucioli continui con il BUE. Alcuni frammenti di truciolo hanno la tendenza ad aderire alla punta dell'utensile in queste circostanze. Il nuovo tagliente continua a svilupparsi come materiale legato finché non si separa dalla punta dell'utensile. Una scarsa finitura superficiale deriva dal legame del materiale di accumulo con il truciolo e la superficie del pezzo durante il processo di rottura. Il processo di formazione del BUE è spesso definito "saldatura del truciolo". Le seguenti circostanze in genere determinano una scheggiatura continua con il BUE:

• Basso angolo di spoglia;
• basso tasso di taglio;
• elevate forze di attrito;
• mangime abbondante.

I trucioli BUE continui hanno un impatto negativo sulla durata dell'utensile, aumentano il consumo di energia e determinano finiture superficiali scadenti, quindi è essenziale evitarli.

La prevenzione della saldatura dei trucioli può essere migliorata adottando misure per ridurre l'attrito utilizzando lubrificanti, evitare il contatto metallo su metallo utilizzando rivestimenti per utensili e abbassare la temperatura utilizzando refrigeranti.

2.4 Chip seghettati

I trucioli dentellati, noti anche come trucioli non omogenei, sono semi-continui. A causa delle zone di deformazione di taglio bassa e alta, hanno un aspetto a denti di sega. I materiali utilizzati per realizzare questi trucioli hanno in genere una conduttività termica limitata o una resistenza meccanica che è influenzata dall'ammorbidimento termico. I materiali utilizzati nei pezzi lavorati che possono produrre trucioli non omogenei durante la lavorazione includono nichel, acciaio inossidabile austenitico e leghe di titanio. Una delle ragioni dei trucioli non omogenei è una notevole quantità di deformazione che si forma sulla superficie del truciolo dell'utensile durante il taglio di materiali duri a velocità di taglio medie.

3.0 Confronto tra chip continui, discontinui e continui con bordo di riporto

La tabella seguente confronta e contrappone i chip continui, discontinui e continui con il bordo di riporto.

3.1 Controllo trucioli

La creazione di trucioli lunghi e fibrosi si verifica quando i metalli malleabili, come l'acciaio, vengono lavorati a velocità di taglio elevate e angoli di spoglia significativi. La sicurezza degli operatori della macchina potrebbe essere a rischio e il prodotto potrebbe subire danni rimanendo impigliato nell'utensile. Inoltre, la rimozione di questi trucioli caldi, continui e dai bordi taglienti può risultare impegnativa. I chip devono essere suddivisi in dimensioni gestibili. I trucioli possono separarsi mediante rottura automatica o rottura forzata. I trucioli spesso si arricciano durante il taglio di materiali duttili a causa della differenza di temperatura e portata. I tre diversi metodi con cui i trucioli arricciati possono autorompersi sono i seguenti:

• dalla deformazione causata dal raffreddamento che provoca la frattura spontanea;
• tramite impatto sul pezzo;
• entrando in contatto con lo strumento.

L'utilizzo di un rompitruciolo è di gran lunga la tecnica di rottura forzata più tipica.

3.2 Rompitrucioli

Lo scopo fondamentale dei rompitrucioli è quello di far sì che i trucioli si avvolgano più strettamente di quanto farebbero altrimenti. Durante l'arricciatura forzata il truciolo si rompe quando colpisce l'utensile o il pezzo da lavorare. I rompitrucioli migliorano il controllo del truciolo e riducono le forze di taglio, aumentando l'efficienza della lavorazione.

La maggior parte dei rompitrucioli moderni si trova sull'utensile da taglio sotto forma di scanalature o ostacoli. La chiave per creare la tensione che consentirà al truciolo di rompersi facilmente è scoprire la forma appropriata per un determinato scenario di lavorazione durante la progettazione dei rompitruciolo. Il tagliente principale dei rompitrucioli con scanalatura ha una piccola scanalatura dietro di esso.

Il raggio di curvatura del truciolo è una funzione della forma della curva. Il design geometrico dei rompitruciolo di tipo ostruzione è insolito e assomiglia a un gradino. L'ostacolo può essere separato dallo strumento di taglio o fissato ad esso. Per il tipo "fissato", possono essere modificati per diverse circostanze di lavorazione.

4.0 Conclusione

La fisica e la scienza dei materiali sono delicatamente intrecciate durante l'operazione di fresatura. L'interazione delle sollecitazioni tra il pezzo in lavorazione e l'utensile da taglio durante il processo di fresatura determina la rimozione del materiale. Il colore e la dimensione del truciolo sono determinati dalla natura di queste forze di contatto. I trucioli includono informazioni utili per la ricerca e la diagnostica degli ingegneri di taglio. Tuttavia, se i trucioli non vengono gestiti correttamente, possono portare a una riduzione della produttività della macchina. Durante la lavorazione, possono apparire trucioli segmentati, continui e continui con BUE di tre tipi diversi. 

Sia i parametri dell'operazione di fresatura che la scelta del materiale influiscono sulla formazione del truciolo.

Quando si migliora l'efficacia complessiva della fresatura e si pianifica il funzionamento autonomo delle macchine, lo smaltimento dei trucioli è un elemento cruciale da tenere in considerazione. Come regola generale, i rompitrucioli dovrebbero essere utilizzati nelle impostazioni di fresatura anche se i trucioli segmentati e i trucioli continui possono autorompersi in determinate circostanze di lavorazione.

L'aggrovigliamento dei trucioli con l'utensile, le vibrazioni e i danni all'utensile sono tutti evitati quando i trucioli vengono spezzati da un rompitruciolo in lunghezze gestibili. Inoltre, i rompitrucioli riducono la resistenza al taglio, evitando che il tagliente si scheggi e si rompa. È importante scegliere il rompitruciolo appropriato per il lavoro mentre se ne utilizza uno. Dobbiamo selezionare i rompitrucioli appropriati per ciascuna operazione di tornitura, come finitura, media e sgrossatura. Utilizzare un rompitruciolo adeguato alla profondità di taglio, alla velocità di avanzamento, alla velocità del mandrino e alla lucidatura della superficie previste.