La finitura superficiale nell'acciaio è governata principalmente dall'avanzamento per dente, dal raggio del naso utensile e dalla velocità di taglio; l'accuratezza dimensionale è governata principalmente dallo stato termico, dall'usura dell'utensile e dal fissaggio.Sono due problemi diversi e spesso vengono risolti con la stessa modifica dell'attrezzatura. Una macchina geometricamente accurata può ancora produrre una superficie ruvida se l'avanzamento è troppo elevato per il raggio dell'inserto, e una macchina che produce una finitura a specchio può comunque mancare una tolleranza se il pezzo è cresciuto durante la sgrossatura o l'utensile si è usurato di 40 micron negli ultimi cento pezzi. Ottenere entrambi richiede la separazione dei parametri che controllano la finitura da quelli che controllano la dimensione.
Cosa determina la rugosità superficiale teorica nella fresatura?
Per un inserto toroidale o a punta tonda, la rugosità teorica dipende dall'avanzamento per giro e dal raggio d'angolo: Ra (in micrometri) ≈ (f² ÷ (32 × rε)) × 1000, dove f è l'avanzamento per giro in millimetri e rε è il raggio d'angolo in millimetri.
Due esempi mostrano l'effetto leva. A f = 0,1 mm/giro e rε = 0,8 mm, la Ra teorica è di circa 0,39 µm. A f = 0,2 mm/giro con lo stesso inserto, la Ra sale a circa 1,56 µm — quattro volte più ruvida per il doppio dell'avanzamento. In pratica, la rugosità ottenuta è tipicamente da una a tre volte il valore teorico a causa del fuori centro, delle vibrazioni, del tagliente riportato e dell'usura dell'utensile, ma la relazione indica comunque dove intervenire per primi.
Questo è anche il motivo per cui un inserto wiper cambia tutto. Una geometria wiper appiattisce il raggio d'angolo effettivo su parte del tagliente, il che disaccoppia l'avanzamento dalla rugosità e consente un avanzamento maggiore alla stessa Ra. Su grandi superfici di acciaio — basi macchina, piastre stampi, pad strutturali — una fresa a candela wiper può ridurre sostanzialmente il tempo ciclo senza modificare il requisito di finitura.
Quali parametri sono più importanti specificamente per l'acciaio?
Velocità di taglio
Carburo rivestito in acciaio a basso tenore di carbonio e legato tipicamente gira a 150–250 m/min; gli acciai inossidabili girano più bassi, circa 100–150 m/min. Una velocità troppo bassa produce tagliente riportato, che strappa la superficie e distrugge il controllo delle dimensioni; una velocità troppo alta accelera l'usura del fianco e modifica il diametro effettivo dell'utensile. Nessuno dei due estremi si presenta come un allarme — entrambi si presentano come scarti.
Avanzamento per dente e assottigliamento del truciolo
Nell'acciaio, un avanzamento per dente inferiore a circa 0,05 mm causa sfregamento piuttosto che taglio, il che incrudisce la superficie e riduce la durata dell'utensile. Le moderne strategie ad alto avanzamento e trochoidali utilizzano deliberatamente un piccolo impegno radiale con una grande profondità assiale e uno spessore del truciolo controllato, che mantiene il taglio nel regime di taglio e produce una migliore finitura a una maggiore velocità di rimozione.
Profondità di taglio nel passata di finitura
Una passata di finitura dovrebbe tagliare al di sotto dello strato incrudito lasciato dalla sgrossatura, tipicamente 0,2–0,5 mm. Una passata troppo leggera sfrega lo strato danneggiato invece di rimuoverlo e produce una superficie lucida ma inconsistente con scarso controllo delle dimensioni.
Refrigerante ed evacuazione dei trucioli
L'acciaio necessita di refrigerante a getto o, per tasche profonde e acciaio inossidabile, di refrigerante ad alta pressione attraverso il mandrino. I trucioli riciclati sono la causa più comune di deterioramento improvviso della finitura e rottura dell'inserto. Se la finitura si degrada nello stesso punto del ciclo ogni volta, sospettare l'evacuazione dei trucioli prima di sospettare la macchina.
Intervalli di parametri tipici e risultato atteso
I seguenti valori sono punti di partenza tipici in officina per il carburo rivestito in acciaio a medio tenore di carbonio, intesi come base per le prove piuttosto che come risultati garantiti.
| Operazione | Utensile | Vc (m/min) | Avanzamento | Profondità | Ra tipico |
|---|
| Fresatura frontale, sgrossatura | Φ80 mm, 6 inserti, rε 0,8 | 180–220 | 0,15–0,25 mm/dente | 2–4 mm | 3,2–6,3 µm |
| Fresatura frontale, finitura | Φ80 mm wiper, 6 inserti | 200–250 | 0,2–0,4 mm/dente | 0,3–0,5 mm | 0,8–1,6 µm |
| Fresatura di spallamento | Φ16 mm, 4 taglienti, rε 0,4 | 150–200 | 0,06–0,10 mm/dente | 0,5–2 mm radiale | 1,6–3,2 µm |
| Finitura tasca | Φ10 mm sferico o a punta tonda | 160–220 | 0,03–0,06 mm/dente | 0,2–0,3 mm | 0,8–1,6 µm |
| Foratura | Barra alesatrice regolabile | 120–180 | 0,05–0,12 mm/giro | 0,1–0,3 mm | 0,8–1,6 µm |
| Foratura (come forata) | Φ12 mm punta in carburo | 80–120 | 0,10–0,18 mm/giro | — | 3,2–6,3 µm |
Perché l'accuratezza dimensionale è un problema separato?
Gli errori di dimensione nell'acciaio provengono da quattro fonti, e nessuno di essi viene affrontato migliorando la finitura.
- Dilatazione termica del pezzo. La sgrossatura di un blocco di acciaio da 300 mm può aumentarne la temperatura di 15–25 °C. A α = 11,7 × 10-6, ciò equivale a 50–90 micron di espansione. Se lo si lavora a finire a caldo secondo le dimensioni nominali, sarà sottodimensionato al raffreddamento. O sgrossare, raffreddare, quindi finire — o applicare una tolleranza deliberata.
- Usura dell'utensile. Un inserto in carburo rivestito può perdere 30–60 micron di dimensione radiale durante la sua vita nell'acciaio. Senza compensazione dell'usura o misurazione in processo, le ultime parti di un lotto escono dalla tolleranza anche se le prime parti erano corrette.
- Deflessione dell'utensile. Una fresa a candela lunga e di piccolo diametro si deflette sotto la forza radiale; la parete che lavora è più spessa in basso che in alto. Passate di molleggio, ridotto impegno radiale e assemblaggi utensile più corti riducono tutto questo.
- Distorsione del fissaggio e del bloccaggio. I pezzi a parete sottile si deformano sotto la pressione di bloccaggio e tornano indietro dopo il rilascio. Il bloccaggio su caratteristiche supportate piuttosto che sulla parete stessa è la soluzione.
Come le caratteristiche della macchina supportano finitura e dimensione?
Tre proprietà della macchina sono importanti. Rigidezza dinamica sulla punta dell'utensile sopprime il chatter, che è ciò che determina effettivamente se una finitura di 0,8 µm è realizzabile su una grande superficie. Stabilità termica mantiene le dimensioni costanti durante un ciclo lungo. Accuratezza geometrica e ripetibilità stabiliscono il limite inferiore per ciò che la compensazione può ottenere.
Per la lavorazione dell'acciaio, una macchina con un mandrino a ingranaggi BT50 e una struttura pesante è generalmente la piattaforma migliore, poiché la forza di sgrossatura è elevata e lo smorzamento è importante. La VMC-1066HD abbina un mandrino di classe 15 kW con 420 Nm nella sua gamma bassa fino a 2500 giri/min e una tavola da 1.200 kg, mentre la VMC-1370HD offre 572 Nm nella gamma 1:4 con una tavola da 1400×700 mm per blocchi più grandi. Per pezzi in acciaio di medie dimensioni dove il tempo ciclo domina, la VMC-1165HL con un mandrino BT40 a trasmissione diretta da 12.000 giri/min e rapidi da 30 m/min è un buon compromesso.
Qual è una procedura di finitura affidabile per l'acciaio?
Una procedura che funziona sulla maggior parte dei pezzi in acciaio, in ordine:
- Sgrossare con una strategia ad alto avanzamento o trochoidale, lasciando 0,3–0,5 mm di materiale grezzo su tutte le facce finite.
- Distendere o lasciare raffreddare il pezzo a temperatura ambiente prima della finitura, soprattutto se è stato rimosso più del 60% del materiale.
- Semi-finitura a 0,15–0,2 mm di materiale grezzo per stabilire un carico uniforme sulla passata di finitura.
- Finitura con un inserto nuovo o un utensile di finitura dedicato, fresatura in salita ovunque la geometria lo consenta.
- Utilizzare un inserto wiper per grandi facce piane; utilizzare un piccolo raggio d'angolo con avanzamento ridotto per pareti e tasche.
- Verificare il primo pezzo su una CMM, quindi controllare ogni 10–20 pezzi a seconda del tasso di usura, e regolare l'offset di usura piuttosto che l'offset di geometria.
- Registrare i parametri che hanno prodotto il pezzo accettato. Il lotto successivo dovrebbe partire da quel record, non da un'ipotesi.
Quando il problema è la macchina piuttosto che il processo?
Se la finitura varia attraverso la tavola piuttosto che attraverso il pezzo, sospettare il precarico delle guide o il livellamento della macchina. Se la dimensione deriva con il tempo piuttosto che con il numero di pezzi, sospettare la dilatazione termica. Se la dimensione è errata a un'estremità della corsa ma corretta all'altra, sospettare la compensazione dell'errore di passo o l'usura della vite. Se la superficie mostra segni regolari a un passo fisso, sospettare l'equilibrio del mandrino o del porta utensile piuttosto che l'inserto.
Ognuna di queste ha un rimedio diverso, e nessuna di esse viene risolta rallentando l'avanzamento. Se ci inviate il disegno del pezzo, il grado del materiale, la tolleranza, la Ra richiesta e i parametri attuali, vi diremo dove si trova il limite e quale configurazione della macchina nella gamma VMC è appropriata per quella specifica applicazione in acciaio.
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