FORATURA
Essendo un argomento di vasto contenuto tecnologico professionale, il testo spiega in modo dettagliato la funzione delle punte a elica per la foratura di pezzi realizzati con diversi materiali e leghe, trattando in linea generale l’argomento.
Tadaah è comunque in grado di personalizzare e offrire un servizio post vendita dei prodotti ai clienti che vogliono ottenere il massimo delle prestazioni dalla foratura
PUNTE A ELICA
Le punte a elica sono utensili creati per eseguire dei fori sulle macchine utensili quali torni, centri di lavoro, fresatrici, trapani, trapani a colonne, per realizzare prodotti nel settore manufatturiero meccanico, dentale, automotive, rubinetterie, idraulica, valvolame, elettrodomestici, elettroutensili. Le punte vengono anche utilizzate da liberi professionisti per montaggio, riparazioni, realizzazione di pezzi prototipo, hobbistica. Essendo un prodotto molto utilizzato e flessibile, nel tempo ha avuto una notevole evoluzione e ha permesso agli utilizzatori di poter scegliere all’interno di una ampia gamma.
La scelta delle punte a elica viene effettuata in base a diversi criteri che di seguito andiamo ad elencare:
- Materiale del pezzo che deve essere forato.
- Diametro della punta
- Profondità di foratura
- Tipo di raffreddamento punta
- Pressione del liquido refrigerante
- Quantità di pezzi da produrre
- Tipo di macchina utilizzata.
- Frequenza di utilizzo
Una volta stabilito esattamente il tipo di utilizzo, andremo a scegliere la punta più vicina alle nostre esigenze. Dobbiamo tenere presente durante questa scelta, che le punte hanno diverse caratteristiche, qualità a cui corrisponde di conseguenza una forbice molto ampia di prezzo.
Per dare un’idea generica della vasta gamma di punte, possiamo accennare alcune specifiche tecniche che le contraddistinguono:
Materiale della punta, rivestimento della punta, angolo dell’elica, geometria del vano, tipo di affilatura, angolo di affilatura, rugosità superficiale del vano.
PUNTE A ELICA IN HSS
Le punte in HSS e HSCO ACCIAIO SUPER RAPIDO SINTERIZZATO, normalmente queste punte vengono attualmente utilizzate durante operazioni di manutenzione, attrezzerie che eseguono pezzi singoli su acciai di facile lavorazione, meccanici nel settore automotive durante le piccole riparazioni su auto o carrozzeria. Hanno il vantaggio di essere estremamente economiche e tenaci. Spesso vengono anche vendute in assortimento con diversi diametri.
Possono essere utilizzate anche su macchine automatiche non estremamente precise. In caso di mancata coassialità tra i mandrini, spesso le punte oscillano fuori centro senza rompersi.
Possono essere utilizzate anche con un angolo dell’elica molto ampio per la foratura di leghe leggere.
PUNTE A ELICA IN METALLO DURO
Le punte in metallo duro sono quelle più utilizzate al momento per l’impiego su tutte le macchine utensili. Hanno un vasto campo di impiego, sono molto performanti e economiche per la lavorazione di grandi lotti, o utilizzate frequentemente anche per piccoli e medi lotti di produzione. Vengono impiegate per la lavorazione di tutti i materiali e leghe, vengono eseguite anche forature su pezzi temprati o su materiali di elevata durezza, dispongono di una ampia gamma di affilatura. Possono essere forate all’interno dell’elica per il passaggio di refrigerante ad alta pressione e inoltre possiedono diverse grane di metallo duro e diversi rivestimenti per incrementare le prestazioni e la durata tra una affilatura e l’altra.
In alcuni casi vengono utilizzate per modificare i pezzi già trattati termicamente. In tutte queste riparazioni però il loro utilizzo deve essere effettuato principalmente solo su macchine CNC, specialmente nel caso venga eseguita una foratura in un pezzo cementato e temprato, per il semplice motivo che l’avanzamento che viene dato alla punta è costante e quindi nel momento del passaggio tra la foratura sulla parte dura e l’ingresso nella parte tenera del pezzo, ne evitiamo la rottura in quanto l’azionamento rende costante l’avanzamento in questa particolare transizione.
Come viene costruita e realizzata una punta a elica.
Una punta a elica viene realizzata da un cilindro di metallo duro, solitamente carburi di tungsteno di diversa grana, avente come leganti e cementante, gli stessi leganti utilizzati negli utensili, inserti per fresatura e tornitura.
Il cilindretto in HM viene scavato con una elica a due principi, mantenendo una parte finale cilindrica perfettamente tonda in h6, che viene serrata nel mandrino portautensile.
L’elica viene realizzata con un passo che viene determinato in base ad una inclinazione chiamata angolo dell’elica.
L’angolo dell’elica, la lunghezza dell’elica e il profilo del vano, varia in base al tipo di materiale da lavorare.
La realizzazione dell’elica è una fase molto importante nella realizzazione della punta perché viene determina la sezione e il volume di truciolo da evacuare in base ai parametri di taglio e di avanzamento. Il vano dell’elica denominato anche “Faccia di taglio” ha una rugosità superficiale molto bassa (inferiore solitamente a Ra 0,4), in modo da aiutare lo scorrimento del truciolo in uscita dal foro.
Un angolo elica non calcolato correttamente, una finitura superficiale scarsa, un avanzamento eccessivo, impedisce la fuoriuscita del truciolo dal foro e ne causa la rottura.
Un vano troppo ampio, favorisce l’evacuazione del truciolo ma rende meno rigida la punta, diminuendo l’avanzamento si corre il rischio di rompere la punta per un aumento della temperatura che provoca lo scollamento del legante dal carburo di tungsteno.
L’elica inoltre ha una leggera inclinazione chiamata “rastrematura” che viene eseguita per evitare che la fascia cilindrica della punta, sfreghi sulla parete del foro durante la foratura.
Oltre alla faccia di taglio, sull’elica viene creata una fascetta o quadretto avente la dimensione da 0.1 a max 0.2 volte il diametro della punta. La fascetta viene generata sopra il centro con un valore corrispondente a 0.5 x spessore fascetta, ed ha una spoglia di 2°.
La realizzazione della fascetta sopra il centro dell’asse della punta, permette una stabilità della punta durante la foratura ed ha principalmente la funzione di mantenere costante il diametro di foratura, ottimizzare la cilindricità del foro, evitare la rottura della punta per effetto della rotazione e della forza di taglio tangenziale che tende a generare una forza torcente.
Affilatura e Geometrie della punta a elica
La generazione delle fascette genera sull’elica, essendo eseguito oltre il centro, generano automaticamente una superficie piena al centro della punta denominata “diametro del nocciolo”. La sezione del diametro del nocciolo è la parte meno tagliente della punta per i seguenti motivi: La velocità di taglio è vicinissima allo zero, la punta praticamente è come se fosse ferma, quindi spinge parecchio. Durante la affilatura dei taglienti principali, il nocciolo genera automaticamente “l’angolo raschiante centrale”.
Per poter tagliare e penetrare facilmente la punta nel materiale ed eseguire la foratura, è necessario eseguire una affilatura corretta della punta realizzando inizialmente l’angolo del tagliente principale ∂, che a sua volta genera il fianco principale.
L’affilatura del tagliente principale deve essere effettuata con molta precisione accertandosi che i lati generati dall’affilatura siano identici e perfettamente simmetrici. Inoltre lo spigolo vivo del punto “1” in rapporto allo spigolo del punto “2” e in relazione alle distanze S1 e S2 condizione, deve sempre essere rispettata la seguente condizione:
S1< S2
L’angolo del tagliente principale può variare a seconda del tipo di foratura che dobbiamo eseguire.
Una diversa affilatura normalmente viene effettuata in base al diametro della punta:
da Ø1 fino a Ø3 ∂ =120°
da Ø3 fino a circa Ø4,5 ∂ =130°
da Ø4,5 e oltre ∂ =140°
Questa affilatura viene eseguita sulle punte di piccolo diametro per evitare che la punta resti perfettamente in asse durante la foratura.
Per le punte oltre il diametro di 4.5mm viene eseguito un angolo più aperto dovuto alla dimensione della punta sufficientemente rigida da non deviare, ma con un angolo di 140° la punta penetra con meno forza nel materiale da forare
Di seguito nella figura sono raffigurate tutte le caratteristiche di una punta a elica
TIPI DI AFFILAURA DELL’ANGOLO TAGLIENTE PRINCIPALE E ANGOLO DEL TAGLIENTE CENTRALE.
Esistono diversi tipi di affilatura come evidenziati in figura.
Questi tipi di affilatura vengono eseguiti in base alle caratteristiche del materiale da lavorare. Sono creati in modo da permettere ampio spazio alla fuoriuscita del truciolo, migliorare la rigidità del tagliente principale, rendere il più affilato possibile angolo del tagliente centrale per una facile foratura dal pieno, assottigliando il più possibile il nucleo centrale
FORZE ESERCITATE DURANTE LA FORATURA
Le forze in campo durante la foratura sono principalmente due:
La forza F1 che si sviluppa in direzione della faccia di taglio (sul piano dell’elica) partendo dal punto che è il Ø/4 e che ha un’inclinazione perpendicolare alla metà dell’angolo dei taglienti principali.
La risultante delle forze dirette verso l’asse della punta, evitando l’oscillazione della punta in modo da eseguire un foro perfetto nel materiale da lavorare.
Risulta quindi comprensibile che l’affilatura con un angolo molto aperto provoca l’oscillazione della punta che tende a deviare dal centro, chiudendo l’angolo la punta cerca di restare in asse, ma un angolo eccessivamente chiuso tende a spingere e a rompere la punta nella zona del nocciolo o del nucleo centrale.
La direzione della forza F1 varia in base all’angolo di affilatura tagliente principale.
La forza “F” tende ad abbassare la punta sotto l’asse frontale.
Per compensare questa forza, considerando anche la forza centrifuga dovuta alla rotazione della punta o del pezzo (nel caso di un tornio), è stata realizzata la fascetta o il qudretto.
L’ampiezza della forza dipende dalla resistenza del materiale alla asportazione, (Fattore Ks). Possiamo inoltre scomporre la forza in due direzioni distinte tra loro, la forza Q1 e la forza Q2. Possiamo notare che se l’angolo tra i taglienti principali è più aperto, diminuisce la forza Q1 e aumenta la forza Q2, aumentando la forza Q2 possiamo pensare che il nostro pezzo durante l’azione della foratura, perde stabilità al centro, quindi presumibilmente potrebbe in teoria se molto chiuso, esercitare un sostegno durante una tornitura leggera esterna in concomitanza con la foratura.
Nel caso la punta sia profilata, non è da escludere l’esecuzione di un angolo speciale
La forza F invece risulta essere la forza di taglio che viene utilizzata per il calcolo del momento torcente e la potenza di foratura
Formule per il calcolo completo di una foratura.
In questo capitolo tratteremo le formule necessarie per calcolare una foratura nei diversi materiali, oltre a calcolare il tempo, in base alle tabelle che abbiamo precedentemente elencate e descritte, entreremo nel dettaglio inserendo anche il calcolo relativo alla potenza, momento torcente, forza di avanzamento, tutte queste informazioni ci potranno servire per capire se la punta sia in grado di sostenere la nostra lavorazione radiale, oppure sapere se le pinze con cui andremo a chiudere il gambo della nostra punta abbiamo un carico sufficiente per evitare l’arretramento della barra in pinza (in questo caso dobbiamo aggiungere anche il carico radiale di un eventuale utensile, se il motore ha sufficiente potenza per le nostre operazioni di foratura.
Legenda:
numero di giri n
Diametro della punta ∅p
Velocità di taglio = Vt
Velocità di taglio media = Vm=Vt/2
Avanzamento al giro a
Sezione del truciolo S = mm2
Volume del truciolo in un minuto Q = cm3 /min
Potenza motore Pmot
Momento torcente – coppia di serraggio Mc = Nm
Forza di avanzamento Ff = N
Spessore del truciolo h = mm
Forza di taglio specifica F = N/mm2
Velocità di avanzamento Vs = mm/min
Grado di rendimento del motore η
Costante compensazione materiale K
Iniziamo a calcolare la sezione del truciolo S
FORMAZIONE DEI TRUCIOLI IN FORATURA.
Relazione tra la forma dei trucioli ed i parametri di taglio.
Le immagini in basso mostrano il cambiamento della forma del truciolo, al variare dell’avanzamento della velocità di taglio
La forma del truciolo è controllabile adottando parametri corretti.
Quando la velocità ed avanzamento sono bassi, i trucioli tendono a divenire biancastri e la coda del truciolo tende ad allungarsi gradualmente. Al contrario quando velocità o avanzamento aumentano, i trucioli divengono lucidi ed assumono una forma compatta. Questi cambi nella forma dipendono dalle temperature di taglio; all’aumento delle temperature il truciolo tende a rompersi.
Tuttavia esistono delle leghe di acciaio e alluminio che durante l’operazione di foratura, generano truciolo lungo indipendentemente dai parametri di lavorazione.
RIAFFILATURA CLASSICA CON MOLA DELLE PUNTE IN METALLO DURO
Le punte in metallo duro possono essere riaffilate e rigenerate.
Capita spesso che dopo la riaffilatura, le punte abbiano una perdita di rendimento ed efficienza attorno al 30%.
A causa di questa variabile, spesso le aziende che producono centinaia di migliaia di pezzi, spesso si trovano in difficoltà nella gestione della produzione; preferiscono la scelta della sostituzione di nuove punte, senza ricorrere all’affilatura.
Andiamo ora ad analizzare le cause di questa perdita di rendimento e prestazione.
1) La punta presenta una usura dei taglienti eccessiva
Le punte che devono essere riaffilate non devono presentare una usura eccessiva (oltre gli 0,15max), perché una usura eccessiva ossida, rammollisce e rende instabile portando in superficie il collante o il legante (spesso il Cobalto), strappando e rimuovendo i carburi di tungsteno.
Durante l’affilatura dei taglienti, dovendo asportare parecchio metallo duro con la mola, può alzare la temperatura fino a 500-600°C e ossidare nuovamente il cobalto. Il surriscaldamento risulta essere certo ed evidente soprattutto se la punta è rivestita.
Rimuovendo meccanicamente il sottile strato di rivestimento con la mola, nonostante lo spessore sia esiguo (circa 0.003mm) la temperatura sale vicino al valore di ossidazione e rammollimento del legante.
2) Ripristino del rivestimento dopo l’affilatura
Il ripristino del rivestimento, può generare uno spessore elevato e perdere il filo del tagliente. In questo caso il tagliente non taglia bene e genera calore durante la foratura del pezzo, accorciando la prestazione della punta
3) Presenza di micro-bave sul tagliente principale dovute all’affilatura con la mola.
La presenza di micro bave possono rendere fragile il tagliente principale e staccare le molecole del carburo di tungsteno.
RIAFFILATURA E RIPRISTINO DEI TAGLIENTI PUNTA IN METALLO DURO.
Questo metodo di riaffilatura può garantire o avvicinarsi allo stesso rendimento e alle stesse prestazioni di una punta nuova solamente se vengono eseguite diverse operazioni che possono rigenerare la stabilità del legante o cementante, ripristino corretto di un eventuale rivestimento.
Essendo una attività che può essere svolto solo da aziende specializzate e di elevata competenza, Tadaah indica i criteri che possono aiutare ad ottenere il risultato di una ottima affilatura.
Tuttavia essendo un argomento vasto e complesso, offriamo il servizio di supporto tecnico post vendita su richiesta.
Di seguito i punti principali che possono garantire il risultato di una ottima riaffilatura.
1) L’usura del tagliente è inferiore a 0.15mm
2) Eseguire una affilatura con mola diamantata a grana fine curando la finitura superficiale e evitare un eccessivo riscaldamento dell’utensile
In questa operazione può essere rimosso anche il rivestimento se lo spessore è inferiore a 5 micron.
Se superiore a 5 micron ricorrere alla elettroerosione o alla rimozione chimica del rivestimento.
3) Controllare al microscopio (20-50X) la completa rimozione del rivestimento, pulire con acetone in ultrasuoni, se abbiamo superato i 500°C durante l’affilatura è necessaria una operazione di ricondizionamento termico.
3) Eseguire l’onatura della punta in modo da rimuovere le micro bave generate dalla affilatura con la mola
4) Eseguire il rivestimento della punta.
E’ comprensibile che questo tipo di attività può anche risultare oneroso economicamente rispetto alla classica affilatura standard.
