Frese su misura: le domande da porsi in fase di progettazione

Nella realizzazione delle frese su disegno, utensili nei quali ogni aspetto viene studiato su misura per offrire perfetta aderenza alle specifiche esigenze di un progetto, è necessario tenere in considerazione un gran numero di elementi che concorrono all’effettiva efficacia operativa della fresa stessa.

I criteri di cui tenere conto nella progettazione delle frese su disegno

Gli aspetti fondamentali da considerare nella progettazione di una fresa su misura sono quattro:

Il materiale della fresa
Il materiale su cui la fresa dovrà lavorare
L’effettiva lavorazione che la fresa dovrà svolgere
Il rivestimento della fresa

Operando le giuste scelte su questi quattro parametri si disporrà alla fine di un utensile perfettamente calibrato per le proprie necessità, in grado di aumentare produttività e qualità del lavoro finito.

I materiali delle frese

Normalmente, le frese speciali vengono realizzate in metallo duro. La scelta di tale materiale è legata alla sua caratteristica principale, che è la resistenza all’usura – una peculiarità che si dimostra utilissima sia perché amplia la gamma di materiali lavorabili, sia perché prolunga naturalmente la vita utile della fresa stessa. Anche all’interno dell’ambito del metallo duro, tuttavia, sono disponibili scelte che danno risultati finali molto differenti, e che devono essere effettuate con cognizione di causa.

Se ad esempio si necessita di un utensile di fresatura ad altissima durezza, si sceglierà di ridurre le dimensioni dei grani di carburo di tungsteno contenuti nel metallo stesso. Un effetto collaterale di tale decisione è però l’aumento della fragilità della fresa; per andare in senso contrario, ed aumentare la tenacità del tagliente, si dovrà invece optare per un aumento della percentuale di cobalto presente nella lega, con il risultato di incrementare la resistenza della fresa a rottura e scheggiatura. Com’è naturale, la ragione primaria della scelta di un materiale piuttosto che di un altro per la realizzazione della fresa è da ricercarsi nella natura del metallo da lavorare.

I materiali dei pezzi da lavorare

Le caratteristiche proprie dei metalli che devono essere fresati sono estremamente variabili, e da esse dipendono molte decisioni fondamentali nella progettazione di una fresa su disegno.

Un primo criterio essenziale è quello della durezza del metallo da lavorare: man mano che questa aumenta, è necessario ridurre la profondità di taglio e l’ampiezza dei taglienti. In generale metalli molto duri produrranno trucioli di dimensioni molto ridotte, e verranno lavorati meglio con frese a quattro o più taglienti.

Un altro tipo di problematica nasce poi, ad esempio, nella fresatura di leghe di acciaio inox, che hanno un’alta percentuale di nichel: durante la fresatura, infatti, queste – in modo simile a come accade con il titanio – tendono, per la propria estrema resistenza, a portare alla generazione di moltissimo calore nel punto di taglio, portando ad una rapidissima usura dell’utensile. In tal caso la natura del materiale da lavorare andrà ancora ad influire sulle caratteristiche desiderate per la fresa, portando alla progettazione di angoli di taglio positivi e alla calibrazione dell’avanzamento su valori più elevati, che permettano di lavorare con trucioli più grandi e una migliore dissipazione del calore. Sempre qualora si lavori su acciai particolarmente difficili si potrà alterare l’inclinazione delle eliche delle frese, per migliorare l’azione di taglio, e sulla velocità della fresa, che per i materiali più duri andrà inevitabilmente ridotta.

Le lavorazioni effettive

Com’è ovvio, la natura specifica della lavorazione da effettuare andrà inevitabilmente a dettare il tipo di fresa che sarà necessario realizzare. Si prenda, ad esempio, l’esecuzione di una cava sul pezzo meccanico in lavorazione: per cave profonde si preferiranno frese a due taglienti, mentre negli altri casi sarà possibile progettarne a tre taglienti. Nelle cave profonde, infatti, i trucioli estratti richiedono gole molto ampie per evitare di accumularsi e portare ad uno stress dell’utensile che potrebbe anche risultare nella sua rottura. Le frese a quattro o cinque taglienti saranno invece da preferire qualora la lavorazione da effettuare sia di sgrossatura o finitura; addirittura, nel caso di superfiniture, si potrà scegliere una fresa a sei taglienti.

I rivestimenti delle frese

Al di là delle caratteristiche meccaniche del metallo duro che compone la fresa, la resistenza di quest’ultima a usura e alte temperature deve sempre essere incrementata tramite l’applicazione di appositi rivestimenti; il grande sviluppo di calore tipico delle fresature genera infatti una serie di problemi ai carburi presenti nel metallo duro della fresa stessa. Si procederà quindi ad esempio ad effettuare rivestimenti in nitruro di alluminio di titanio per tutte le frese che devono operare con metalli molto duri e con bassa conducibilità di calore; l’efficacia di tali rivestimenti è spesso tale da far consigliare lavorazioni a secco, senza fluidi di taglio. L’alluminio presente nei rivestimenti ricopre qui una funzione particolarmente importante, perché sviluppa uno strato protettivo di ossido di alluminio allo stato gassoso sui taglienti, che possono raggiungere in certi casi anche temperature di 1000 gradi centigradi; tale strato difende i carburi sottostanti, e permette di fresare ad alta velocità anche metalli molto duri. Sarà invece necessario operare con frese prive di rivestimento qualora si lavori con alluminio o ottone, perché le frese rivestite non possono essere realizzate con gli angoli di taglio che queste lavorazioni richiedono.

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