MATERIALI PER UTENSILI - Profereboldi

a cura di Massimo ReboldiMATERIALI PER UTENSILI

Gli utensili2Il comportamento di un utensile influenza in manieradeterminante la: Qualità del prodotto finito; Costo parti lavorate;a cura di Massimo Reboldi

Gli utensili3Nelle due principali fasi devono ricoprire funzionidiverse: In sgrossatura l’utensile deve asportare elevativolumi di truciolo; In finitura l’utensile deve permettere l’ottenimentodi finiture superficiali adeguate;a cura di Massimo Reboldi

Gli utensili4La capacità di un utensile di soddisfare tali esigenzedipende dal: Dal tipo di materiale impiegato per la suacostruzione; Dalla geometria;Che insieme contribuiscono alla definizione deiparametri di lavorazionea cura di Massimo Reboldi

Gli utensili5 L’utensile è soggetto a sollecitazioni termiche emeccaniche che si manifestano come usuraprogressiva e talvolta come collasso improvviso;Ogni utensile è caratterizzato da un tempo di vitautile (durata) entro il quale può eseguire, con leprestazioni desiderate, una data operazione conparametri di taglio definiti;a cura di Massimo Reboldi

Principali requisiti6 Elevata durezza, soprattutto ad elevatetemperature;Elevata tenacità, intesa sia come capacità diresistere agli urti che sollecitano l’utensile incondizioni di taglio interrotto, sia come capacità dideformarsi sotto carico prima di rompersi;Elevata resistenza alla deformazione plastica chepuò presentarsi a causa delle elevate sollecitazionimeccaniche e termiche agenti sull’utensile;a cura di Massimo Reboldi

Principali requisiti7 Elevata resistenza all’usura, causata:dallo strisciamento del truciolo sul petto; dallo strisciamento della superficie lavorata sul dorsodell’utensile; Elevata conducibilità termica, allo scopo di favorire losmaltimento del calore dalla zona di taglio;Elevata inerzia chimica, per evitare che si esalti ilfenomeno dell’usura;Basso coefficiente d’attrito, allo scopo di impedireeccessivi riscaldamenti nella zona di taglioa cura di Massimo Reboldi

Materiali per utensili81.2.3.4.5.Acciai al carbonio ed acciai debolmente legati;Acciai rapidi e superrapidi (high-speed steels,HSS);Leghe fuse di cobalto (stelliti);Carburi metallici sinterizzati;Carburi rivestiti;a cura di Massimo Reboldi

Materiali per utensili96.7.8.9.Materiali ceramici;Nitruro di boro cubico (CBN);Nitruro di silicio;Diamante policristallino (PCD);a cura di Massimo Reboldi

10Proprietà meccaniche e fisiche deimateriali per utensilia cura di Massimo Reboldi

Acciai al carbonio e debolmente legati11Caratteristiche: Elevata tenacità; Basso costo; Facilmente riaffilabili, profilabili e riutilizzabili; Limitata durezza; Resistenza all’usura relativamente bassa;Erano usati nella costruzione di utensili per lavorazionieseguite a bassa Vt. Ormai in disusoa cura di Massimo Reboldi

12Composizione chimica acciai alcarbonio Valori di C compresi tra 0.9-1,2 %;Al crescere del tenore di C: Aumentanodurezza e resistenza all’usura; Diminuisce tenacità;a cura di Massimo Reboldi

13Composizione chimica acciaidebolmente legati C: 0,5 – 1,3 %;Cr: 0,8 – 1,2 % - migliora resistenza all’usura;W: max 2,5 % - migliora durezza a caldo;Mn: migliora temprabilità;V: 0,1 – 0,2 % - migliora tenacitàa cura di Massimo Reboldi

Acciai rapidi e superrapidi14 Elevato tenore di C (0,7 – 1 %) con aggiunte dielementi in lega;Consentono Vt superiori rispetto agli acciai al C edebolmente legati grazie a T di rinvenimentomaggiori;Largamente diffusi per utensili da taglio di formacomplessa (punte elicoidali, punte da centro, fresedi forma, maschi filettatori, alesatori multitaglienti);a cura di Massimo Reboldi

Acciai rapidi15Gli acciai rapidi si dividono in due gruppi:1. Al molibdeno (serie M): 2.fino al 10% di Mo con Cr, V e W;caratterizzati da migliore resistenza all’abrasione;Minori distorsioni durante i trattamenti termici;Minore costo;Al tungsteno (serie T): 13 – 19 % di W con Cr e V;Migliore resistenza all’usura mediante rivestimento TiN;a cura di Massimo Reboldi

Acciai superrapidi16 Acciai superrapidi non subiscono la dissociazione acaldo dei carburi doppi e mantengono elevatadurezza fino a 600 ;a cura di Massimo Reboldi

17Composizione chimica acciai rapidi esuperrapidia cura di Massimo Reboldi

Leghe fuse di cobalto (stelliti)18 Composizione chimica Co:38 – 58 %; Cr: 30 – 33% W: 10 – 20%; Durezza a T ambiente pari a quella degli acciairapidi ma con valori adeguati alle condizioni ditaglio anche a T elevate;Chimicamente più stabili rispetto agli acciai rapidi;a cura di Massimo Reboldi

Leghe fuse di cobalto (stelliti)19 Buona resistenza all’usura;Maggior rigidezza rispetto agli acciai rapidi;Maggiore fragilità rispetto agli acciai rapidi chenon ne consente l’uso in condizioni di tagliointerrotto;Disponibili solo in forme relativamente semplici;Costo elevato;a cura di Massimo Reboldi

Carburi metallici sinterizzati20Costituiti da una fase dura di carburi metallici (WC,TiC, TaC, NbC), dal 50% - 90%, inglobata in unamatrice metallica con funzione di legante Prodotti mediante tecniche di metallurgia dellepolveri; Durezza a caldo molto elevataVt elevata; Elevata conducibilità termica; Basso coefficiente di dilatazione termica;a cura di Massimo Reboldi

Carburi metallici sinterizzati21 Elevata stabilità termica;Modulo di Young (modulo di elasticità normale) finoa 3 volte superiore rispetto acciai rapidi;Tenacità notevolmente più bassa rispetto acciairapidi;Bassa resistenza agli urti;a cura di Massimo Reboldi

22Carburi metallici sinterizzati: carburi diTungsteno WC Fase legante a base di Co;Taglio di ghisa o materiali non ferrosi;Resistenza all’usura inadeguata percraterizzazione nelle lavorazioni su acciaio a causadi una migrazione per diffusione di atomi di W e Cdal petto dell’utensile al truciolo;Durezza a caldo e resistenza a craterizzazioneaccresciute aggiungendo TiC, TaC e NbCa cura di Massimo Reboldi

23Carburi metallici sinterizzati: carburi diTitanio TiC Fase legante a base di Ni e Mo;Maggiore resistenza all’usura e minore tenacitàrispetto al WC;Velocità di taglio più elevate nella lavorazione diacciai legati e ghise rispetto WC;a cura di Massimo Reboldi

24Durezza a caldo dei materiali perutensilia cura di Massimo Reboldi

Inserti25 La costruzione di un utensile da taglio in un solomateriale non consente di soddisfare appieno iprincipali requisiti di resistenza richiesti (elevatadurezza e resistenza all’usura dei taglienti, elevataresistenza agli urti del corpo);Con lo sviluppo degli inserti in carburi metallicisinterizzati è stato possibile costruire utensili di tipocomposito per soddisfare le diverse esigenze;a cura di Massimo Reboldi

Inserti26a cura di Massimo Reboldi

Collegamenti inserto-stelo27 Placchetta riportata mediante brasatura: Rischidi fessurazioni o scheggiature dell’inserto durantela brasatura; Difficoltà nella sostituzione dell’inserto; Bloccaggio a vite: Sempliceda realizzare; Ingombro ridotto; Richiesta impiego inserti forati; Deflusso truciolo non ostacolato;a cura di Massimo Reboldi

Collegamenti inserto-stelo28 Bloccaggio a staffa: Impiegoinserti non forati; Con inserti piani permette di interporre tra staffa einserto una piastrina rompitruciolo; Bloccaggio a leva: Adattoper bloccaggio meccanico di inserti fragili(ceramici, ); Bloccaggio con scanalatura prismatica: Smontaggiorapidoa cura di Massimo Reboldi

Utensili rivestiti29Ottenuti riportando su inserti in carburo metallico e HSSuno o più strati di materiale molto duro peraumentare: Resistenza all’usura; Resistenza alle sollecitazioni termiche;a cura di Massimo Reboldi

Utensili rivestiti30Requisiti materiale da ricoprimento: Elevata durezza ad alta T; Stabilità chimica rispetto al materiale inlavorazione; Bassa conducibilità termica; Buon legame con il substrato per evitarescheggiature; Porosità bassa; Basso coefficiente d’attrito col truciolo;a cura di Massimo Reboldi

31Principali materiali utilizzati per ilrivestimentoNitruro di Titanio – TiN basso coefficiente di attrito; elevata durezza e resistenza alle alte temperatura; buona adesione al substrato;Carburo di Titanio – TiC elevata resistenza ad usura sul fianco nellalavorazione di materiali abrasivi;a cura di Massimo Reboldi

32Principali materiali utilizzati per ilrivestimentoOssido di alluminio – Al2O3 resistenza alle alte temperature; bassa conducibilità termica; elevata resistenza all’usura sul fianco e percraterizzazione; difficoltà di adesione al substrato poichéchimicamente poco reattivo;a cura di Massimo Reboldi

Rivestimenti multistrato33Inserti a strato doppio e triplo (spessori fino a 12μm)per combinare le diverse proprietà di ciascunmateriale di rivestimentoEsempi: Substrato TiC TiN; Substrato TiC Al2O3; Substrato TiC Al2O3 TiN;a cura di Massimo Reboldi

Rivestimenti multistrato34 Strato interno deve garantire buona adesione alsubstrato;Strato esterno deve garantire buona resistenzaall’usura e fungere da barriera termica;Strato intermedio deve essere compatibile per larealizzazione di un legame stabile con gli altri statia cura di Massimo Reboldi

Materiali ceramici35Componente principale è Al2O3 (allumina); Altri componenti: TiC, ZrO per incrementareconducibilità termica, tenacità, resistenza shocktermici; Collegati al corpo dell’utensile mediante bloccaggioa staffa per minore resistenza a taglio;Si dividono in due categorie: Ceramica bianca; Ceramica nera (CERMET); a cura di Massimo Reboldi

Materiali ceramici36Ceramica bianca Composta quasi esclusivamente da Al2O3; Ottenuta con pressatura delle polveri a freddo esuccessiva sinterizzazione a T elevate (1600-1800 C);Ceramica nera (CERMET): Composti da 70% di Al2O3 e 30% di TiC; Possono contenere MoC, NBC, TaC; Ottenuta mediante pressatura e sinterizzazione a Televatea cura di Massimo Reboldi

Materiali ceramici37Caratteristiche: Elevatissima durezza a caldo; Ottima resistenza all’usura che consente di lavoraread altissime Vt; Stabilità chimica maggiore degli altri materiali perutensili; Elevata fragilità che provoca degrado prematuro; Non idonei alla lavorazione di Al, Ti e rispettiveleghe per marcata affinità chimica;a cura di Massimo Reboldi

Materiali ceramici38Campi di impiego: Lavorazioni di semifinitura o finitura di parti inghisa ed in acciaio adottando valori elevati di Vt ebassi di avanzamento; Lavorazione di acciai dopo trattamenti termici diindurimento superficiale evitando successiveoperazioni di rettificatura;a cura di Massimo Reboldi

Materiali ceramici39a cura di Massimo Reboldi

40Materiali ceramici a base di nitruro disilicio Ricadono nella famiglia dei ceramici anche sehanno proprietà meccaniche e tecnologiche chedifferiscono sostanzialmente da quelli a base diAl2O3;Componente principale: Si3N4 a cui vengonoaggiunti Al2O3, TiC e Y2O3;Processo produttivo: Sinterizzazione;a cura di Massimo Reboldi

41Materiali ceramici a base di nitruro disilicioEsempio: Sialon – Silicon, Alluminion, Oxygen,Nitrogen: Conserva elevata durezza a T superiori a quelledei carburi metallici; È più tenace della ceramica a base Al2O3 epresenta migliore resistenza agli shock termici;Campi di impiego; Lavorazioni su ghise e superleghe a base di Ti (nonsugli acciai);a cura di Massimo Reboldi

Nitruro di boro cubico (CBN)42 Caratteristiche: Elevatissimadurezza (inferiore solo al diamante); Ottima resistenza all’usura per abrasione; Buona stabilità chimica; Processo produttivo: Sintesia T e p elevate;a cura di Massimo Reboldi

Nitruro di boro cubico (CBN)43 Utilizzo: inserti e mole abrasiveInserti prodotti riportando, sopra un inserto in carburo, inprossimità del tagliente, uno strato sottile di CBN mediantebrasatura; Soluzioni più recenti prevedono la realizzazione di inserticon riporto di CBN realizzato durante la sinterizzazione delcarburo CBN integrali ma più piccoli; Ottime prestazioni in operazioni di finitura su acciaiotemprato ed una durata del tagliente più elevatarispetto agli inserti in carburo e ceramici;Operano come i ceramici, prevalentemente in condizionidi taglio a secco;a cura di Massimo Reboldi