Comprendere la lavorabilità

Comprendere la lavorabilità dei diversi tipi di materiali è fondamentale per produrre il miglior risultato finale perché ogni operazione di lavorazione non funziona altrettanto bene con materiali diversi. È necessario apportare modifiche ai metodi e ai parametri di taglio in base al materiale da lavorare.

Comprendere la lavorabilità del materiale aiuta a determinare come apportare le modifiche necessarie per avere successo.

La lavorabilità è una misura di quanto è facile un materiale da lavorare.

I materiali che possono essere lavorati liberamente, o i materiali che possiedono una "buona" lavorabilità, in genere sono più facili da tagliare, producono facilmente buone finiture superficiali e causano meno usura sugli utensili da taglio. Lavorare con materiali che hanno una buona lavorabilità può essere vantaggioso in alcuni modi. Questi includono:

La tendenza all'incrudimento, la conduttività termica e l'elasticità di un materiale sono tutte proprietà meccaniche influenzate da tre fattori:

I materiali sono anche classificati in base alla durezza, con materiali molto duri e molto morbidi che presentano ciascuno delle sfide.

I materiali duri provocano forze di taglio elevate e aumentano l'usura degli utensili da taglio. I materiali morbidi spesso sono "gommosi", rendendo difficile la produzione di un truciolo e si accumulano anche sul bordo dell'utensile da taglio.

Il trattamento termico viene utilizzato per aumentare o diminuire la lavorabilità di un materiale. La ricottura è un processo in cui un materiale viene riscaldato al di sopra della sua temperatura di ricristallizzazione prima di essere raffreddato, riducendo le tensioni interne e la durezza. Nelle leghe di nichel, la ricottura del materiale consente generalmente una migliore lavorabilità. D'altro canto, il trattamento termico viene utilizzato anche per aumentare la resistenza e la durezza di un materiale, rendendolo più difficile da lavorare.

Uno dei materiali più comunemente lavorati è, ovviamente, l'acciaio. Diversi fattori influenzano la lavorabilità dell’acciaio, tra cui:

I metalli non ferrosi come l'alluminio sono molto morbidi e possono essere tagliati con un MRR elevato. La lavorabilità dei metalli non ferrosi è tipicamente molto elevata rispetto alle loro controparti ferrose.

Le ghise hanno sia un alto contenuto di carbonio che un alto contenuto di silicio e producono piccoli trucioli, che le rendono molto facili da lavorare. Tuttavia, le ghise provocano un’elevata usura degli utensili da taglio. Il metodo di fabbricazione della ghisa può influenzare le proprietà fisiche e la lavorabilità del materiale.

Le superleghe resistenti al calore (HRSA) e le leghe di titanio sono entrambe materiali ad alta resistenza noti per essere difficili da lavorare. Poiché le HRSA sono incredibilmente resistenti al calore, il calore rimane nell'utensile da taglio anziché essere dissipato dal truciolo. Questo eccessivo accumulo di calore accelera l'usura.

La lavorabilità può essere quantificata in alcuni modi.

Il primo è il metodo della durata dell’utensile, che misura la lavorabilità in base alla durata di un utensile. Tuttavia, lo svantaggio di questo metodo risiede in variabili quali il materiale e la geometria dell'utensile da taglio, il portautensile e i parametri di taglio.

Il secondo modo prevede la misurazione delle forze di taglio e del consumo energetico. Questo metodo è molto utile quando si cerca di massimizzare completamente la produttività e determinare di quale tipo di MRR è capace una macchina in base al materiale. I materiali hanno un "fattore K" che viene utilizzato per calcolare la potenza necessaria a una macchina per lavorarli.

Il fattore K è una costante di potenza che rappresenta il numero di pollici cubi di metallo al minuto che possono essere rimossi da un cavallo vapore.

Un terzo metodo è chiamato metodo della finitura superficiale. I materiali morbidi tendono a formare un bordo di riporto (BUE) sulla fresa, che crea un movimento di taglio ottuso e lascia finiture scadenti. I materiali a lavorazione libera tendono a tagliarsi più facilmente, lasciando una finitura pulita. Lo svantaggio di questo metodo, tuttavia, è che la finitura superficiale può essere irrilevante, poiché la maggior parte della rimozione del materiale avviene spesso durante la sgrossatura. Inoltre, le passate di finitura vengono generalmente eseguite per produrre un elevato grado di precisione e i parametri che raggiungono questo obiettivo garantiscono naturalmente una buona finitura superficiale. Questo metodo può anche contraddire altri metodi. Un esempio di ciò è il titanio, che si valuta bene utilizzando il metodo della finitura superficiale, ma non utilizzando il metodo della durata dell'utensile.