Parlare o descrivere tutti gli utensili che si trovano in commercio è assolutemente impossibile perchè ne esistono una varietà praticamente infinita. Qui intanto daremo una carellata di una serie di inserti/utensili tra i più utillizzati su di un tornio. Poi nelle varie sottocartelle cercherò di trattarli un po' di più nello specifico.
Di sicuro per la tornitura esterna si potrà avere a che fare con CNMG, WNMG, DCMT, DNMG, TNMG, VMBT per la tornitura interna : CNMG, WNMG, WCMT, DCMT, TNMG, VBMT, CCMT per la foratura: punte in HSS, in Metallo Duro, ad Inserti, a Cuspide punte da centri maschi per maschiatura frese per centrinare o fresare e di qui a candela foranti o non, oppure ancora a spianare lamatori alesatori smussatori in HSS o Metallo Duro gole esterne, interne o frontali mini utensili per la tornitura interna di piccoli diametri (sotto i 10mm), per gole interne, frontali, filetti filettatori esterni o interni Quando parliamo di utensile sarebbe giusto pensarlo come l'insieme dell'inserto con il suo portainserto, poi però nella parlata da officina si tende a mescolare il tutto chiamando utensile ogni cosa.
Concentriamoci per ora sugli inserti, come si deve leggere un inserto? Per noi del sistema metrico, gli inserti riportano la sigla in questo modo:
Nell'esempio sopra riportato, si vede una sigla di questo tipo: CNMG 12 04 08 -- PF come potete leggere nella tabella al numero corrispondente, la C descrive la forma dell'inserto con angolo interno a 80 gradi. La N nella seconda posizione invece ci parla dell'angolo di spoglia inferiore che in questo caso è pari a 0 (zero). Parleremo dopo dei vari angoli di spoglia di un inserto. La terza posizione ci dice la classe di tolleranza dell'inserto, M in questo esempio. La G invece per il tipo di inserto con la sua forma per la sede che lo trattiene, in questo caso 4 teglienti e foro cilindrico senza svasatura. Al numero 5 viene descritta la misura dell'inserto, il 6 lo spessore che ha e il 7 il raggio della punta del tagliente. Il numero 8 e 9 vengono riportati solo in alcuni casi e mostrano rispettivamente il tagliente e se l'inserto può lavorare destro, sinistro oppure in entrambe le direzioni. Anche il 10 e l'11 sono facoltativi e ci dicono informazioni sullo smusso di punta e la sua inclinazione. Poi ciò che viene messo nel 12 è a discrezione del costruttore e qui nascono alcuni problemi. Ogni costruttore di inserti infatti può decidere di mettere una determinata sigla per indicare qualcosa per l'operatore, ma cosa? Diciamo che di solito la prima lettera indica : P (acciaio), K (ghisa), M (inox), N (materiali non ferrosi tipo alluminio, ottone, bronzo, ecc ...), H (materiali temprati), S (superleghe resistenti al calore). Mentre la seconda, sempre di solito, indica: F (finitura), M (lavorazione media), R (sgrossatura). Quindi come fare per queste ultime lettere? Si vede direttamente il catalogo del costruttore dell'inserto comperato che in rete è sempre disponibile.
Ora abbiamo visto in generale come leggere un inserto, ma come si fa a decidere quale comprare? La domanda è troppo impegnativa per rispondere qui e adesso. Lo vediamo nella sezione programmazione. Torniamo invece a vedere quel famoso angolo di spoglia indicato con la lettera alla posizione 2. Cosa fa esattamente? Possiamo vedere questo angolo come l'impatto che ha l'inserto sul pezzo quando è a contatto con esso. Per spiegarci meglio, dobbiamo prima capire una cosa molto importante: le barrette in HSS che usavano una volta (e ancora adesso) sul tornio parallelo, tagliavano il materiale mentre il tagliente avanza a contatto con il pezzo; gli inserti in metallo duro (e il metallo duro in generale) non taglia il materiale, ma lo rompe per compressione, ossia spinge contro di esso fino ad arrivare al punto di rottura strappandolo via con forza bruta. Ora che abbiamo capito questo, comincia a farsi un po' di luce su cosa accade durante la lavorazione e possiamo capire anche che affilare la parte sottostante dell'inserto in modo positivo o neutro, ha un suo peso nel modo di lavorare il pezzo. Infatti se avremo un neutro, potremo spingere di più perchè l'inserto sarà più robusto, ma questo darà vita più facilmente a vibrazioni nel pezzo e richiederà più forza alla macchina per compiere il lavoro, mentre se useremo un positivo, questo aiuterà la lavorazione a non innescare vibrazioni e avremo anche bisogno di meno forza per il lavoro, ma allo stesso tempo l'inserto sarà più debole e quindi più soggetto a rompersi. Una cosa importante da tenere in considerazione è che un positivo "spingendo" meno sul pezzo, avrà meno probabilità a "tirarlo" fuori dai morsetti. Questo è un fattore molto importante quando la presa è a dir poco precaria e non c'è modo di migliorarla a causa di poco spazio o di spessore sottile.
Questo è l'unico angolo di spoglia? Ovviamente no, gli inserti hanno anche altri angoli che variano a seconda del tipo di inserto e dal costruttore stesso che decide dove e come lavorarlo e questo fa la prima differenza nella scelta quando dobbiamo decidere da chi comprare e se fosse la sola, la cosa sarebbe anche molto facile, ma purtoppo le cose si complicano un tantino ... come vedremo. Cosa altro c'è infatti da vedere? Diciamo che abbiamo scelto la forma dell'inserto da comprare, ma quale grandezza prendere? (ricordate il numero 12 alla posizione 5?). Bene qui la cosa è piuttosto semplice, diciamo che di norma (spazi e ingombri di lavoro permettendo) si compra il più grande possibile, ma ovviamente più grande è e più costa quindi ci dobbiamo contenere. Ora l'esperienza qui da fare è davvero poca, perchè in funzione della lavorazione che si deve fare e della capacità della macchina, sarà facile anche per il rappresentante che viene e poi per voi con un due tre prove capire quale grandezza di inserto più si addica al vostro bisogno. Se per i vostri pezzi e/o per la vostra macchina dovete/potete asportare circa 2.5mm radiali, un inserto da 12 del tipo indicato (CNMG) andrà benissimo, oppure un inserto da 11 del tipo (DCMT) andrà altrettanto bene. Ma vedremo nel dettaglio come scegliere a seconda dell'inserto. Ora siamo al punto di aver deciso forma e dimensione, passiamo al raggio? Qui dobbiamo perdere un po' di tempo in più. l raggio di punta di un inserto compie molte funzioni: incide sulla finitura; irrubustisce l'inserto stesso a sopportare la passata; permette un avanzamento più o meno alto; agisce sulla spinta contro il pezzo in modo negativo innescando vibrazioni e cercando di "tirarlo" via dai morsetti tanto più facilmente, tanto più il raggio è grande; ci obbliga ad avere bidogno di più spazio di movimento nella programmazione per ottenere smussi e raggi negli spigoli tanto più è grande il raggio inserto stesso. Andiamo per ordine. Cominciamo intatto con il portare a casa il pezzo finito in qualche modo e ad avere la lavorazione sicura. Prendiamo in mano il disegno e controlliamo se ci chiede di rispettare determinati raggi nelle varie battute che dovremo lavorare con il nostro inserto. Non c'è richiesta? Bene. I raggi disponibili di solito sono: R0.2 - R0.4 - R0.8 - R1.2 - R1.6 ovviamente R0.2 è il più debole (troppo debole se mi permettete), mentre il R1.6 è il più robusto. Anche qui se permettete un suggerimento con un inserto del tipo nell'esempio sopra (quello da 12 CNMG), si può partire con un R1.2 o R0.8 se le passate non superano i 2.5mm sul raggio, poi sarà la vostra esperienza ad indicarvi su cosa orientarvi. Ma andiamo avanti con l'analisi. Prendiamo il Raggio 1.2 e cominciamo a chiederci se la presa nei morsetti è scarsa, sufficente, buona oppure ottima. Valutiamo la pressione con la quale possiamo tenere il pezzo, la profondità di passata che intendiamo avere, il tipo di materiale che dobbiamo lavorare e la macchina di cui disponiamo. Lasciate perdere che al momento non sapete fare nessuna di queste scelte, diciamo che lo sapete e basta. In funzione di tutto questo avremo qualche nozione in più per capire cosa comprare come raggio. Se potremo spingere e togliere molto materiale perchè la macchina ha forza , la presa è ottima e il materiale facile da lavorare e la pressione dei morsetti alta, allora ci potremo orientare su un raggio 1.2 o 1.6; man a mano che la situazione invece degenera nel senso opposto, dovremo passare a un raggio più piccolo come il 0.8 o il 0.4, ma se possibile escludete sempre il 0.2 in quanto decisamente troppo debole. L'aumentare il raggio incide anche sulla finitura della superficie lavorata in modo negativo in quanto le forze radiali aumentano e inoltre le creste di lavorazione dovute al raggio sono più ampie tanto più il raggio è maggiore.
Ok, abbiamo forma, grandezza e raggio. Che ci manca? La parte che non è più costante per i costruttori, ossia quelle lettere finali che indicano di solito il materiale che si deve lavorare e se si tratta di sgrossatura o finitura o lavorazione media. Qui ovviamente non posso riportare esempi facendo pubblicità a determinate azienda piuttosto che ad altre, per cui ci atterremo agli esempi astratti di prima e rinnovo il consiglio di consultare il manuale del costruttore che avete scelto. Diciamo che la P indica l'acciaio? è questo che dovete lavorare? allora abbiamo individuato la prima lettera. Dobbiamo fare una lavorazione media e la M indica questo? Fatta anche questa scelta.
E ora arriva la parte più tosta!!!! Finora non ne avevo fatto cenno di proposito per non buttare troppa carne al fuoco, ma è arrivato il momento. La qualità dell'inserto! Che cos'è? Ahimè, anche qui è un numero messo dal costruttore a sua scelta che dovrete impararvi per forza consultando il suo manuale che indica se quel dato inserto lavora un tipo di materiale più o meno duro. Qui vorrei mettervi una foto per chiarire meglio ma dovrei prenderla da un manuale che riporterebbe le sue sigle e non credo di potere. Per cui cercherò di fare del mio meglio per chiarire. Di materiali ne abbiamo molti come visto prima, P (acciaio), K (ghisa), M (inox), N (materiali non ferrosi tipo alluminio, ottone, bronzo, ecc ...), H (materiali temprati), S (superleghe resistenti al calore). Tanto per citarne uno, gli acciai non sono tutti uguali. Abbiamo Fe360, Fe420, Fe510, C35, C40, C50, 18NiCrMo3, ecc ecc Inoltre possono essere ricotti oppure bonificati o normalizzati, per cui la loro durezza cambia di sicuro. La durezza si misura in una delle tre scale Rockwell, Brinell e Vickers e un costruttore di inserti ci dice come usare un dato inserto a seconda della durezza del materiale che andiamo a lavorare. Per cui dovremmo scegliere una qualità del dato inserto che si addica alla durezza del materiale in macchina. Ma anche qui le parestesi si aprono, perchè come potrete vedere , vari inserti dello stesso costruttore si sormontano nelle varie durezza dello stesso materiale, per cui quale scegliere? Anche qui l'esperienza entra in gioco, infatti un inserto troppo duro potrebbe non andare bene nella specifica lavorazione che stiamo per fare o per la macchina di cui disponiamo e potrebbe rompersi di continuo causa vibrazioni, oppure prendendolo troppo tenace, potremmo ottenere una durata lunga per le scheggiature/rotture, ma breve per l'usura. Non c'è una vera e propria regola da seguire, è la capacità e l'esperienza dell'operatore che saprà mettere in campo le sue conoscenze per la scelta ottimale della qualità da scegliere.
Un altro fattore che ricopre un ruolo fondamentale è il rivestimento. Un inserto può essere "nudo", ossia non rivestito, oppure essere ricoperto da una serie di strati di vari elementi che gli conferiscono determinate proprietà come resistenza all'usura, durezza, ecc ecc. I rivestimenti vengono decisi dal costruttore e non possiamo richiederli però è bene sapere che ci sono e a cosa servono perchè in determinati casi possono essere la chiave giusta per risolvere i nostri problemi durante il lavoro. Altra cosa importante del rivestimento è che arrotonda gli spigoli dell'inserto e quindi anche degli angoli di spoglia che a causa di questo fenomeno, lavoreranno creando una spinta maggiore e quindi una possibilità in più in certi casi di innescare vibrazioni. Difatti quando si lavorano le leghe leggere, si preferisce di solito gli inserti nudi che si suol dire "tagliano" meglio. Chi lavora, infatti avrà fatto sicuramente caso nella sua lunga esperienza che talvolta si lavora un particolare senza alcun problema e nel momento in cui si gira o si cambia inserto, ecco che comincia (magari solo per alcuni pezzi) una leggera vibrazione che prima non c'era. Cos'è cambiato? Solo che l'inserto ha il rivestimento nuovo e non usurato, per cui sforza un peletto di più, ma quel tanto che basta a innescare la vibrazione e guastarci la giornata. Ci diamo un colpo di lima? Io non lo farei di certo! Altra cosa che troveremo in un inserto è il rompitruciolo, ossia la forma stampata in rilievo o in basso fondo sulla superficie superiore dell'inserto stesso che ha il dovere di arrotolare il truciolo durante l'avanzamento in modo che questo possa arricciarsi con forma regolare e la più piccola possibile, rompendosi inoltre in modo che avanzamento, refrigerante e forza centrifuga possano mandarlo lontano dalla zona di lavoro. Il rompitruciolo è creato in modo segreto dal costruttore e va preso così com'è, ma talvolta per uno stesso inserto, il costruttore prevede la variazione del rompitruciolo e così possiamo provare quello che più facilita il nostro lavoro.
Una volta che avremo scelto forma, grandezza, raggio, tipo e qualità con il suo rivestimento e il suo rompitruciolo, dovremo aprire il catologo del costruttore alla pagina dei dati tecnici di quello che abbiamo scelto. A questa pagina noi troveremo una tabella con tanti numeri che a seconda del materiale che questo inserto può lavorare, ci diranno che Velocità di Taglio (Vt) usare, che avanzamento (F) prendere e quale Profondità di Taglio adottare (Ap). Ma cosa sono questi tre elementi? Per farla breve diremo che con questi tre elementi, che sono il cuore della programmazione, noi stabiliremo l'andamento della lavorazione, la vita dell'utensile, e il tempo impiegato per portarla a termine. Vediamoli nel dettaglio. Vt : la velocità di Taglio, con il suo aumentare aumenta anche la temperatura che si produce per strisciamento tra inserto e pezzo nel punto di contatto. Aumentare la velocità di taglio, significa aumentare tale temperatura, migliorare la finitura del pezzo, far durare meno la vita dell'inserto in quanto si usurerà prima per calore, aumentare i giri del mandrino il che aumenterà la forza centrifuga sui morsetti che tenderanno ad aprirsi che poi equivale a ridurre la forza di serraggio esercitata sul pezzo dalla pressione scelta nella fase di piazzamento (e questa cosa a volte può essere pericolosa se sottovalutata). Quando si lavora al tornio normalmente si usa refrigerante (una miscela di acqua e olio) che svolge quattro funzioni importanti, la prima è quella di abbassare la temperatura nella zona di contatto di lavoro e quindi aumentare la durata della vita dell'inserto che scaldando meno, si usurerà di meno; la seconda è quella di mandare altrove il truciolo che se si ferma nella zona di lavoro da solo fastidio; la terza è quella di aiutare lo sbriciolamento di truciolo se la pressione della pompa è molto elevata (vedi valori come 70 bar o più); la quarta è quella esercitata dall'olio che facilità di non poco la lavorazione di compressione dell'inserto aiutandolo a scivolare meglio contro il materiale e riduce inoltre l'evaporazione dell'acqua. Esistono vari tipi di olii : sintetici, minerali, semi-sintetici e di mille marche e creati per le varie lavorazioni o per un uso generico. Ovviamente sono molto differenti tra di loro sia come funzioni che come prezzo. Ognuno qui farà la sua esperienza. Ma torniamo alla Vt; l'aumentarla comporta anche una riduzione del tempo di ciclo e la possibilità di aumentare le vibrazioni sul pezzo. F: l'avanzamento, aumentando si riduce notevolmente il tempo di ciclo e si allunga la durata dell'inserto se consideriamo l'usura in quanto il tempo di contatto con il pezzo sarà inferiore. Inoltre solitamente aumentando l'avanzamento si ottengono dei trucioli di forma sempre più ridotta (sbriciolata), il che è sempre positivo (eccetto che nella prima passata di un inserto da gole, ma lo vedremo nel dettaglio). Di contro cosa abbiamo? Ovviamente aumentando la F, aumenteremo anche la pressione esercitata sul pezzo e quindi le due forze che agiscono su di esso: quella assiale che spinge nella direzione del mandrino (se lavoriamo verso di esso) e quella radiale che spinge verso il centro del pezzo (e so di ripetermi ma è importante) che di solito è quella più pericolosa perchè cerca di togliere il pezzo dalle griffe (morsetti) del mandrino. Aumentare l'avanzamento comporta anche una peggiore finitura del pezzo. Solitamente con l'aumentare dell'avanzamento si aumenta anche la vibrazione. AP: nel tornio, quando si parla di ap, si indica lo spessore radiale (quindi sul raggio e non sul diametro) che si stà asportando. Per maggior chiarezza riporto un velocissimo esempio. Se il nostro pezzo ha un diametro di 60mm e con la passata lo portiamo a diametro 55mm, l'Ap sarà di 2.5mm. La profondità ovviamente ha incidenza sul tempo di esecuzione del pezzo perchè più asportiamo in un colpo solo e meno passate dovremmo fare. Di contro però si ha ovviamente un aumento dell'assorbimento dei motori del mandrino e dell'asse che stà lavorando. Non solo, si avrà anche un aumento delle due forze in gioco, ossia quella assiale che spinge contro il mandrino o nella direzione opposta se si lavora in modo contrario e quella più pericolosa che spinge il pezzo verso il centro e che quindi cercherà di strapparlo alla forza delle griffe che lo tengono stretto. E cosa dire della finitura? Beh, credo non ci sia bisogno di spiegare ulteriormente il motivo per cui questa peggiori con l'aumentare dell'avanzamento.
Ora che abbiamo visto tutte e tre le principali variabili che entrano in gioco durante il lavoro, vorrei tornare un attimo sull'argomento Vibrazioni e capire da cosa dipendono. Quando si pianifica di lavorare un qualsiasi particolare, dovremmo badare bene a molti aspetti tra cui la possibilità che si inneschino delle fastidiosissime vibrazioni che oltre a rovinarci i timpani nostri e dei colleghi, andranno a minare e non di poco la lavorazione che risulterà brutta, potenzialmente dannosa per gli inserti e talvolta pericolosa per noi e la macchina. La vibrazione può dipendere da: spessore del pezzo (più è fine e peggio è), sporgenza dell'utensile (più è sporgente e peggio è), diametro o comunque dimensione del portainserto (più è piccolo e peggio è), rigidità della macchina (e qui non specifico perchè cambia di macchina in macchina e dirò solo che di solito è meglio possedere una macchina rigidissima). Inoltre le cause di un innnesco di vibrazione possono dipendere anche da una velocità di taglio troppo alta, un avanzamento troppo alto, una profondità di passata "sbagliata" (per quella lavorazione), un raggio di inserto troppo grande che quindi spinge di più, un inserto troppo negativo, un rivestimento dell'inserto sbagliato (ma qui andiamo sul sottile), un staffaggio dell'utensile troppo poco rigido e infine da quanto è a sbalzo il pezzo dal bloccaggio.