I motori aeronautici devono resistere a una spinta enorme e a temperature di esercizio estremamente elevate. L'applicazione di leghe di titanio, leghe ad alta temperatura e materiali compositi è di grande aiuto per aumentare la velocità di volo e la capacità di carico degli aeromobili. Nell'industria petrolifera e chimica, acciai bassolegati, acciai inossidabili, acciai legati resistenti alla corrosione, leghe di titanio e altri materiali svolgono un ruolo importante in tubi, valvole, flange, alberi e altri componenti grazie alla loro eccellente resistenza alla corrosione.
I materiali difficili da lavorare si riferiscono solitamente a materiali con scarse proprietà di taglio. Grazie all'eccellente resistenza al calore, all'usura, all'elevata durezza, alla duttilità e ad altre caratteristiche, svolgono spesso un ruolo importante nella realizzazione di componenti speciali nei settori aerospaziale, navale, petrolifero, chimico e in altri settori.
Che Materiali Make Me-working Dincerto?
Ghisa refrigerata e acciaio temprato
L'elevatissima durezza della ghisa temprata è la ragione principale della sua difficile lavorazione. La sua plasticità è molto bassa, la lunghezza di contatto tra la fresa e il truciolo è molto ridotta e la forza e il calore di taglio sono concentrati vicino al tagliente, che può quindi danneggiarsi facilmente. Le dimensioni strutturali e le tolleranze di lavorazione dei pezzi in ghisa temprata sono generalmente elevate e la precisione del grezzo è bassa, il che aumenta ulteriormente la difficoltà di lavorazione.
Dopo il trattamento termico, l'acciaio temprato avrà una durezza molto elevata e richiederà requisiti estremamente elevati per l'utensile. La fresa non deve rompersi facilmente durante la lavorazione e deve avere una lunga durata. Ciò richiede che il materiale dell'utensile stesso soddisfi requisiti estremamente elevati e che il rivestimento sia resistente alle alte temperature e all'usura.
SAMHO ha lanciato le frese delle serie SHG e SHH , progettate specificamente per materiali duri. Per materiali duri con durezza fino a HRC63, sia l'efficienza di taglio che la durata dell'utensile sono eccellenti.
Acciaio ad alta resistenza
Rispetto al comune acciaio strutturale al carbonio, l'acciaio ad alta resistenza/ultra resistenza ha un'elevata resistenza e una bassa conduttività termica, quindi la forza di taglio è elevata, la temperatura di taglio è elevata, l'usura dell'utensile è rapida, la durata dell'utensile è breve e anche la rottura del truciolo è leggermente difficoltosa.
Per la lavorazione di questi materiali, si scelgono utensili ad alte prestazioni in metallo duro, ceramica o PCBN. Allo stesso tempo, si utilizza il raffreddamento ad alta pressione o MQL per ridurre il calore di taglio e l'usura degli utensili.
Metallo puro
I metalli puri comunemente utilizzati come rame, alluminio puro e ferro puro presentano bassa durezza e resistenza, nonché un'elevata conduttività termica, caratteristiche che li rendono adatti al taglio. Tuttavia, presentano un'elevata plasticità, una notevole deformazione del truciolo, un'elevata lunghezza di contatto utensile-truciolo e sono soggetti a saldatura a freddo, con conseguente formazione di tagliente di riporto. Pertanto, la forza di taglio è elevata, non è facile ottenere una buona qualità superficiale lavorata e la rottura del truciolo risulta difficoltosa. Inoltre, il loro coefficiente di dilatazione lineare è elevato, rendendo difficile il controllo della precisione di lavorazione del pezzo durante la lavorazione di precisione.
Acciaio inossidabile
In base alla struttura metallografica, l'acciaio inossidabile può essere suddiviso in tre tipologie: ferrite, martensite e austenite. I componenti principali dell'acciaio inossidabile ferrite e martensite sono il cromo e il taglio non è generalmente difficile. I componenti principali dell'acciaio inossidabile austenitico sono cromo, nichel e altri elementi. Dopo la tempra, si forma austenite e la lavorabilità al taglio è relativamente scarsa, il che si manifesta principalmente in:
- Elevata plasticità, forte incrudimento, facile formazione di tagliente di riporto e deterioramento della qualità della superficie lavorata. Il grado di indurimento della superficie lavorata e la profondità dello strato indurito sono elevati, il che spesso crea difficoltà nella lavorazione successiva. Inoltre, la rottura dei trucioli è difficile.
- La conduttività termica è bassa e il calore generato non è facile da trasferire, quindi la temperatura di taglio è elevata.
- A causa dell'elevata temperatura di taglio, del forte incrudimento e della presenza di carburi (TiC, ecc.) nell'acciaio, si formano inclusioni dure ed è facile saldare a freddo con l'utensile, quindi l'utensile si usura rapidamente e la durata utile si riduce.
Leghe per alte temperature
In base alla loro composizione chimica, le leghe ad alta temperatura si dividono in tre tipologie: a base di ferro, a base di nichel e a base di cobalto. La loro lavorabilità è inferiore a quella dell'acciaio inossidabile. Le leghe ad alta temperatura contengono molti elementi di lega ad alto punto di fusione, come ferro, titanio, cromo, cobalto, nichel, vanadio, tungsteno, molibdeno, ecc., che insieme ad altri elementi di lega formano leghe austenitiche con elevata purezza e struttura densa. Alcuni elementi si combinano con elementi non metallici come carbonio, azoto e ossigeno per formare composti ad alta durezza con basso peso specifico e alto punto di fusione.
Si possono formare anche composti intermetallici ad elevata durezza con una certa tenacità. Allo stesso tempo, alcuni elementi di lega penetrano nella soluzione solida per rinforzare la matrice. Dopo un invecchiamento prolungato, le leghe ad alta temperatura possono far precipitare fasi dure dalla soluzione solida, distorcendo ulteriormente il reticolo, il che non solo aumenta la resistenza alla deformazione plastica, ma aggrava anche l'usura dell'utensile a causa della presenza di particelle dure.
Come gli utensili da fresa affrontano la sfida dei materiali difficili da lavorare
Seleziona materiali di alta qualità
Anche gli utensili in diamante policristallino (PCD) e in nitruro di boro cubico (CBN) sono soluzioni efficaci per la lavorazione di materiali difficili da lavorare. Negli ultimi anni, la loro quota di mercato è gradualmente aumentata. Gli utensili in PCD sono ampiamente utilizzati nella fresatura di metalli non ferrosi, materiali compositi, materie plastiche e superleghe estremamente difficili da lavorare. Gli utensili in CBN vengono utilizzati per il taglio continuo o intermittente di metalli ferrosi temprati, nonché per il taglio di metalli saldati e metalli compositi.
Rivestimento di alta qualità sugli utensili da taglio
Il rivestimento degli utensili è la tecnologia più economica e mirata per i materiali difficili da lavorare. Un'ampia varietà di nuovi materiali comporta requisiti di lavorazione più complessi. Allo stesso tempo, sta anche promuovendo il continuo sviluppo di tecnologie di rivestimento come CVD e PVD. Il rivestimento degli utensili è una tecnologia sviluppata per affrontare gli effetti negativi di una forza eccessiva e del calore generato durante il movimento del truciolo sull'utensile. Gli utensili rivestiti possono aumentare la durata utile degli utensili non rivestiti da 2 a 10 volte in diversi materiali di lavorazione.
Utilizzo di tecnologia di taglio avanzata
Le temperature di lavorazione convenzionali sono quelle della normale temperatura ambiente. Tuttavia, nel caso di materiali difficili da lavorare, la variazione della temperatura di lavorazione a volte porta a risultati inaspettati. Il metodo di taglio termico consiste nell'applicare bassa tensione e alta corrente nel circuito tra il pezzo in lavorazione e l'utensile per generare calore nell'area di taglio. Esiste anche il taglio termico al plasma. In altre parole, il materiale del pezzo in lavorazione vicino alla punta dell'utensile viene riscaldato con un arco plasma per ridurne durezza e resistenza, migliorando così le condizioni di taglio.
Il metodo di taglio a bassa temperatura utilizza azoto liquido (-180 °C) o CO2 liquida (-76 °C) come fluido da taglio. La temperatura della zona di taglio può essere ridotta. Utilizzando questo metodo, la forza di taglio principale può essere ridotta del 20% e la temperatura di taglio può essere ridotta di oltre 300 °C. Allo stesso tempo, il tagliente di riporto scompare, la qualità della superficie lavorata migliora e la durata dell'utensile può essere aumentata di 2-3 volte. È efficace nella lavorazione di acciaio ad alta resistenza, ghisa resistente all'usura, acciaio inossidabile e leghe di titanio.
La lavorazione a ultrasuoni con portautensili e utensili a ultrasuoni è una speciale tecnologia di taglio che fa vibrare l'utensile ad alta velocità lungo la direzione di taglio a una frequenza di 20-40 kHz. Il taglio a vibrazione ultrasonica è un tipo di taglio a impulsi da un punto di vista microscopico. In un ciclo di vibrazione, il tempo di taglio effettivo dell'utensile è molto breve. Nella maggior parte dei casi, in un ciclo di vibrazione, l'utensile e i trucioli del pezzo in lavorazione sono completamente separati e rimangono in contatto intermittente, riducendo notevolmente il calore di taglio. Si tratta di una tecnologia più adatta alla lavorazione di materiali fragili e duri. La rugosità del pezzo in lavorazione e la precisione di lavorazione risultano notevolmente migliorate.
