I tipi più frequenti di deterioramento degli inserti in metallo duro

Anche i migliori inserti in metallo duro realizzati su disegno finiscono col passare del tempo per soffrire dei deterioramenti. Questo fenomeno è ovviamente dovuto alle sollecitazioni intensissime e costanti alle quali un tagliente viene sottoposto per tutta la sua vita operativa, e che non possono che causare deformazioni, usura e vere e proprie rotture. Nonostante questo processo di progressivo deterioramento sia appunto inevitabile, mettere in atto le corrette analisi del tipo di danno subito permette poi di implementare le corrette contromisure, e può quindi prolungare significativamente la vita utile dell’inserto, garantendo risparmio e migliore produttività.

Andiamo ad esaminare quindi i tipi più comuni di deterioramento subiti dagli inserti in metallo duro.

 

Usura a cratere

L’usura a cratere degli inserti è un problema che si riscontra sovente durante le lavorazioni ad alta velocità di materiali molto duri, come il titanio o certe leghe ferrose. Si manifesta come una progressiva dissoluzione dell’inserto fra i trucioli asportati dal pezzo oggetto della lavorazione.

La natura del problema che porta alla formazione dell’usura a cratere è sia chimica che termica. Durante la lavorazione, a contatto con il ferro o il titanio e sotto l’azione dell’alta temperatura, gli elementi componenti del metallo duro di cui è fatto l’inserto tagliente si separano e si diffondono nel truciolo, formando appunto la tipica forma a cratere sulla punta dell’inserto. La sua resistenza va inevitabilmente ad indebolirsi al crescere del cratere, fino a poterne causare deformazioni o addirittura rotture.

 

Usura ad intaglio

L’usura ad intaglio, per contrasto, è un processo fondamentalmente meccanico. Viene riscontrata soprattutto quando si lavorano l’inox e le leghe per alte temperature, su superfici ossidate, autotemprate o irregolari: in questi casi, infatti, la superficie del pezzo è di fatto abrasiva, e passata dopo passata l’utensile viene raschiato, e di conseguenza indebolito. Poiché la profondità della linea di taglio di un inserto è l’area più sottoposta alle sollecitazioni di trazione, inoltre, questo tipo di usura colpisce proprio nel punto di massima vulnerabilità agli impatti. Qualora venga riscontrata, è buona norma aumentare i parametri di velocità e ridurre quelli di avanzamento, e soprattutto implementare le misure necessarie ad evitare che si formi del tagliente di riporto.

 

Usura sul fianco

Dei tipi di usura a cui un inserto può essere sottoposto, quella sul fianco è solitamente considerata la meno grave; questo non perché non debba essere gestita, ma perché anziché dipendere da particolari problemi della lavorazione in questione è semplicemente la normale conseguenza dell’attrito fra il tagliente e il materiale dei pezzi, che consuma l’inserto così come si consuma la parte affilata di un normale coltello. Si verifica soprattutto nella lavorazione di leghe e metalli molto abrasivi, come l’inox; è facilmente riconoscibile come un segno uniforme che corre lungo tutto il tagliente. Può avere origine meccanica quando le velocità di taglio sono limitate, mentre quando queste aumentano è più spesso un problema chimico. Le contromisure del caso si riassumono nell’eventuale selezione di inserti realizzati in materiale più duro, compatibilmente con l’applicazione specifica.

 

Tagliente di riporto

Il fenomeno della generazione di tagliente di riporto è descrivibile come la saldatura per pressione di alcuni trucioli o frammenti del pezzo al tagliente. Questa saldatura è dovuta alla concomitanza di diversi fattori, fra cui una affinità chimica fra i materiali di tagliente e pezzo e la presenza di pressione e calore sufficientemente elevati; in ogni caso, il problema è che quando il tagliente di riporto si rompe e si stacca porta con sé frammenti del tagliente, che incontra così anzitempo i problemi di usura già descritti. Il problema della generazione di tagliente di riporto è riconoscibile dalla comparsa di alterazioni nel livello di finitura del pezzo, e soprattutto dalla comparsa di materiale lucido sul tagliente: si verifica specialmente durante la lavorazione di materiali molto duttili e a basse velocità, ed è tipico dei processi di foratura e filettatura. Per risolverlo è possibile scegliere inserti con rivestimenti in nitruro di titanio, modificare le geometrie degli inserti stessi per limitare lo sforzo di taglio, o anche aumentare la concentrazione di fluido refrigerante.

 

Scheggiatura

Causa primaria della scheggiatura degli inserti è l’instabilità meccanica dell’inserto stesso: può dipendere dal contatto del tagliente con aree particolarmente indurite del pezzo in lavorazione, ma più spesso è da imputare ad uno stato non ideale dei mandrini o dei cuscinetti, o a un errore di configurazione del blocco mandrino-utensile che lo rende poco rigido. È facilmente individuabile – le scheggiature sul tagliente sono evidenti – e qualora venga riscontrato è necessario verificare subito la configurazione della macchina utensile e correggerla come necessario, oltre – se necessario – a scegliere inserti realizzati in materiali più tenaci.

 

Deformazione

La deformazione dei taglienti è un fenomeno legato alla compresenza di elevato carico meccanico e temperatura eccessiva: si manifesta come una riconoscibile curvatura della punta dell’inserto, dovuta all’ammorbidimento del cobalto usato come legante nel metallo duro. È di contro riscontrabile facilmente anche sui pezzi lavorati, le cui dimensioni finali escono dalle tolleranze previste. Qualora venga rilevato un problema di deformazione del tagliente è necessario incrementare l’uso di fluido refrigerante, e qualora questo non basti servirà ridurre la velocità e alterare la geometria del tagliente per limitare lo sforzo di taglio.

 

Rottura per stress termico

Le sollecitazioni termiche legate alla fluttuazione della temperatura, quando avvengono in concomitanza con forti shock meccanici, possono causare la formazione di cricche lungo il tagliente di un inserto; quando queste portano ad esporre le sezioni di metallo duro, il risultato finale è quello di una scheggiatura irrimediabile. Problema tipico della fresatura e della sfacciatura, quello della rottura per stress termico è fortunatamente riconoscibile con facilità dalle evidenti cricche sul tagliente: è importante intervenire tempestivamente, e la soluzione ideale è eliminare il refrigerante – che causa fluttuazioni termiche – e passare invece a nuove geometrie del tagliente che permettano di contenere il calore generato.

 

Frattura meccanica

Problema di per sé banale, la frattura meccanica è semplicemente quel che accade quando all’inserto viene impressa una forza superiore alla sua resistenza: il tagliente, banalmente, si spezza. La presenza di uno qualsiasi dei problemi finora descritti, peraltro, indebolisce il tagliente, e aumenta quindi le probabilità di frattura. Per evitare il problema è quindi necessario risolvere qualsiasi altro problema riscontrato, e spesso è necessario cambiare tipo di tagliente per sceglierne una tipologia più resistente alle sollecitazioni termiche e meccaniche.

 

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