Per rendere il processo di lavorazione fluido ed efficiente, è importante scegliere la qualità e la geometria dell'inserto in base al materiale da lavorare. Naturalmente, non bisogna scordare altri fattori, come i dati di taglio, il percorso utensile, ecc.
Parleremo in particolare di:
- Materiali per utensili da taglio quali metallo duro, ceramica, CBN, PCD, ecc
- Materiali da lavorare e classificazioni dal punto di vista della lavorabilità
La scelta del materiale e della qualità di taglio sono passaggi importanti nella pianificazione delle operazioni di rimozione dei trucioli.
La conoscenza del materiale da taglio è di primaria importanza nel determinare la scelta dell’utensile, così come sarà necessario considerare attentamente anche la forma del pezzo, le condizioni di lavorazione e la finitura superficiale richiesta per ogni operazione.
I materiali degli utensili da taglio hanno diverse combinazioni di durezza, tenacità e resistenza all'usura.
In generale, il materiale da taglio dovrebbe essere:
- Sufficientemente duro da resistere all'usura sul fianco e alla deformazione plastica
- Abbastanza tenace da resistere alle macro rotture
- Non reattivo nei confronti del materiale del pezzo da lavorare
- Chimicamente stabile per resistere all’ossidazione e alla diffusione
- Resistente alle brusche variazioni termiche
Metallo duro rivestito
Il metallo duro rivestito combina il proprio substrato con un rivestimento.
Attualmente rappresenta l'80-90% di tutti gli inserti per utensili da taglio. Presenta un’eccellente combinazione di resistenza all'usura e tenacità e ha grande capacità di modellare forme complesse.
Rivestimento CVD
La sigla CVD indica una tipologia di rivestimento ottenuto per deposizione chimica da vapore, ed è formato da una reazione chimica, a una temperatura di 700-1050° C.
Recentemente, sono stati sviluppati moderni rivestimenti a base di carbonitruro di titanio (MT-Ti (C, N) o MT-TiCN, noto anche come MT-CVD) per migliorare la qualità, mantenendo intatta l'interfaccia con i metalli duri.
I moderni rivestimenti CVD abbinano MT-Ti(C,N), Al2O3 e TiN, migliorando in termini di adesione, tenacità e resistenza all’usura, tramite interventi di ottimizzazione microstrutturale e post-trattamenti.
- MT-Ti(C,N): la sua durezza garantisce una buona resistenza all’usura per abrasione, con conseguente diminuzione dell’usura sul fianco.
- CVD-Al2O3: la sua inerzia chimica e la sua bassa conducibilità termica lo rendono resistente all’usura per craterizzazione. Funge anche da barriera termica per aumentare la resistenza alla deformazione plastica.
- CVD-TiN: migliora la resistenza all’usura ed è utilizzato per rilevare l’usura.
- Post-trattamenti: aumentano la tenacità del tagliente nei tagli interrotti e diminuiscono la tendenza all’incollamento.
Rivestimento – PVD
I rivestimenti PVD (Physical Vapor Deposition - Deposizione fisica mediante vapore) sono ottenuti a temperature relativamente basse (400-600 °C).
I rivestimenti PVD aumentano la resistenza all’usura grazie alla loro durezza. Le loro tensioni di compressione partecipano inoltre ad aumentare la tenacità del tagliente e la resistenza alla formazione di cricche a pettine.
Ecco i costituenti principali del rivestimento PVD:
- PVD-TiN: il nitruro di titanio è stato il primo rivestimento PVD. È versatile ed ha un colore dorato.
- PVD-Ti(C,N): il carbonitruro di titanio è più duro del TiN e conferisce una maggiore resistenza all’usura sul fianco.
- PVD-(Ti,Al)N: il nitruro di alluminio e titanio ha un’elevata durezza abbinata alla resistenza all’ossidazione, che contribuisce ad aumentare la resistenza generale all’usura.
- PVD: ossido - è utilizzato per la sua inerzia chimica ed elevata resistenza all’usura per craterizzazione.
Metallo duro
Il metallo duro è un materiale metallurgico in polvere, composto principalmente da particelle di carburo di tungsteno (WC) e da un legante ricco di cobalto metallico (Co).
Altri componenti importanti sono ulteriori carbonitruri cubici, utilizzati specialmente per le qualità sinterizzate a gradienti.
La dimensione della grana del WC è uno dei parametri più importanti per variare il rapporto durezza/tenacità di una qualità; una grana fine è sinonimo di durezza maggiore ad un determinato contenuto della fase legante.
I carbonitruri cubici, anche detti fase γ, solitamente vengono aggiunti per aumentare la durezza a caldo e per creare dei gradienti.
I gradienti sono adoperati per combinare l’elevata resistenza alla deformazione plastica con la tenacità del tagliente. I carbonitruri cubici concentrati nel tagliente ottimizzano la resistenza a caldo dove è necessario. Oltre il tagliente, una struttura con un legante arricchito di carburo di tungsteno inibisce la formazione di cricche e fratture da martellamento truciolo.
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