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LAVORAZIONE DEL METALLO DURO

La lavorazione del metallo duro influenza notevolmente le proprietà e le prestazioni degli utensili finiti.

L’esecuzione corretta in termini di qualità delle singole fasi di lavorazione può aumentare in misura considerevole la durata degli utensili.

Rettifica

È possibile lavorare il metallo duro con mole diamantate. Per la selezione delle mole è importante la dimensione della grana del materiale con cui sono realizzate, il tipo di legante (resine sintetiche, metallo sinterizzato, ceramica e aggregazione galvanica) e la concentrazione.

 

Maggiore è il grano abrasivo della mola

  • maggiori risultano le forze di rettifica
  • più breve è la durata della mola
  • peggiore è la qualità della superficie
  • più elevata è la temperatura di lavoro

 

Più duro è il legante

  • maggiori risultano le forze di rettifica
  • migliore risulta la qualità della superficie
  • più elevata è la temperatura di lavoro

 

Più elevata è la concentrazione

  • maggiori risultano le forze di rettifica
  • migliore risulta la durata della mola
  • migliore risulta la qualità della superficie
  • più elevata è la temperatura di lavoro

 

La scelta del lubrorefrigerante giusto è di fondamentale importanza per la rettifica: la rettifica va sempre eseguita utilizzando un refrigerante. Occorre decidere di caso in caso se è preferibile la refrigerazione con olio, emulsione o acqua.

Il lubrorefrigerante deve venire a contatto col pezzo in rettifica nel punto più caldo in modo da ottenere un ottimo effetto refrigerante. In caso contrario possono risultare danni al metallo duro.

 

 

Elettroerosione

Con il metodo dell’elettroerosione il metallo duro viene lavorato immerso in un liquido dielettrico (acqua o olio). L’utensile per la lavorazione e il corpo in metallo duro formano due elettrodi tra i quali si realizzano processi di scarica ad alta frequenza. La scarica fra gli elettrodi si verifica quando la tensione elettrica fra pezzo e utensile supera un limite che dipende dalla distanza fra i due e dal potere isolante del liquido dielettrico.

L’utensile per l’elettroerosione a tuffo è un elettrodo con la forma negativa dell’incavo ottenuto dall’operazione. Grazie ai movimenti su assi diversi è possibile ottenere forme complesse. Gli elettrodi possono essere costruiti in rame-tungsteno, in rame o in grafite. Come dielettrico viene utilizzato l’olio per ridurre al minimo il rischio di corrosione. L’impostazione dei parametri di lavoro deve essere corretta per evitare danni termici su una zona estesa della superficie del pezzo.

Nell’erosione a filo una sequenza di impulsi di tensione elettrica produce scintille che trasportano materiale dal pezzo (anodo) a un sottile filo continuo (catodo) e al materiale che separa i due (dielettrico). La precisione di questo metodo di lavorazione consiste nel fatto che la scintilla viene prodotta sempre dove la distanza fra il pezzo e il filo è minima.

Fresatura di metallo duro

La fresatura di metallo duro è stata utilizzata in misura crescente negli anni passati e mostra alcuni vantaggi rispetto ad altri metodi di lavorazione:

  • Tempo di lavorazione ridotto
  • Buona qualità della superficie: valori Ra fino a 0,05
  • Produzione di geometrie complesse

 

La fresatura del metallo però impone standard elevati in termini di utensili: devono essere quattro volte più duri del materiale da lavorare. A causa delle proprietà meccaniche e della durezza delle qualità di metallo duro (800–2.200 HV30) normalmente si usano solo due materiali per la lavorazione: utensili PCD (diamante policristallino) o CVD (con rivestimento di diamante). Entrambi i materiali hanno una durezza compresa tra ca. 8000 e 10.000 HV30 e sono pertanto adatti alla lavorazione del metallo duro. In generale vale il principio: più duro è il metallo, più difficile diventa il processo di fresatura e quindi più breve la durata dell’utensile.

 

Tornitura di metalli duri

La tornitura dei metalli duri è adatta per la sgrossatura con asportazione di grandi volumi di materiale ed elevate profondità di taglio per la produzione di profili complessi dov’è richiesta un’eccellente qualità della superficie o per un’asportazione ridotta di materiale e basse profondità di taglio.

Come anche nella fresatura del metallo duro l’utensile deve essere più duro del metallo duro da lavorare. Per la tornitura del metallo duro normalmente si impiegano CBN (nitruro di boro cubico) e PCD (diamante policristallino).

Gli inserti da taglio CBN vengono utilizzati per qualità di m.d. di una durezza fino a circa 1100 HV30.
Usando utensili con una geometria idonea, è possibile raggiungere elevati volumi di asportazione e grandi profondità di taglio. Per qualità di metallo duro con valori di durezza fino a circa 1600 HV30 è necessario usare utensili PCD. Questi inserti normalmente vengono brasati sul corpo d’acciaio dell’utensile e raggiungono delle qualità della superficie fino a ca. Ra 0,1..

Tuttavia non è possibile lavorare tutte le qualità di m.d. secondo modalità economicamente vantaggiose.

  • Le qualità di una durezza inferiore a 1100 HV30 possono essere lavorate con inserti CBN e PCD.
  • Per una durezza tra 1100 e 1600 HV30 i processi di lavorazione realizzabili sono più limitati: normalmente non vanno oltre la produzione di raggi o profili e prevedono soltanto l’utilizzo di utensili PCD.
  • Per una durezza oltre 1600 HV30 la tornitura non ha più senso per motivi economici.

 





Sabbiatura di metallo duro

La sabbiatura può rimuovere (a volte completamente) la zona bianca e la zona termicamente alterata che sono state precedentemente prodotte mediante elettroerosione. Inoltre lo stato di sforzo all’interno del materiale viene portato in uno stato di compressione e si può avere densificazione dello strato più esterno del metallo duro.

Anche micro-scheggiature che si sono formate durante la rettifica possono essere eliminate mediante sabbiatura. La micro-sabbiatura con successiva lucidatura delle superfici trattate è particolarmente adatta per la finitura di utensili in metallo duro. Come materiale di sabbiatura per questo processo si presta bene il corindone bianco di grana fine.

 

Lucidatura del metallo duro

La lucidatura solitamente è l’ultima lavorazione e ha lo scopo di migliorare la qualità della superficie del pezzo. Essa può essere eseguita a macchina o manualmente. Per il metallo duro viene solitamente effettuata con paste diamantate con grana di varie dimensioni a seconda della rugosità di partenza della superficie.

Per la lucidatura di profili interni le macchine spingono una pasta con particelle di diamante attraverso il pezzo da lucidare (esempio: estrusione - onatura). Questo processo ripetibile rende possibile la lucidatura di cavità profonde e piccole, tuttavia non permette di migliorare in modo considerevole la qualità della superficie.

La lucidatura manuale del metallo duro avviene sempre con una pasta diamantata che viene depositata sul pezzo mediante vari supporti di legno o di plastica.
L’uso di paste diamantate diverse consente di migliorare la qualità della superficie.

Un significativo miglioramento della qualità della superficie è assicurato anche dall’utilizzo di granulometrie varie che permette di raggiungere valori fino a ca. Ra 0,05. A seconda dell’abilità dell’operatore può essere difficile replicare esattamente il processo manuale. Con l’uso di paste diamantate più grossolane c’è il rischio di deformare i profili/raggi.

Rivestimento galvanico del metallo duro

I rivestimenti resistenti all’usura oggi vengono utilizzati per aumentare la durata degli utensili e la qualità del processo. Le tecnologie più comuni sono il processo PVD (deposizione fisica da vapore) e CVD (deposizione chimica da vapore).

Processo CVD
A 1.000°C i componenti di un gas di trasporto reagiscono formando degli strati resistenti all’usura sulla superficie del pezzo in lavorazione.

Vantaggi

  • Elevato spessore
  • Maggiore resistenza all’usura
  • Eccellente adesione al substrato – legame chimico con il substrato
  • Distribuzione regolare del rivestimento – cavità interne, geometrie complesse ecc.

 

Processo PVD
La deposizione fisica da vapore si basa sull’evaporazione del materiale in modo da poter depositare uno strato molto sottile. Il materiale solido viene riscaldato fino all’evaporazione (evaporazione termica) o evaporato mediante ioni (sputtering).

Vantaggi

  • Temperatura di deposizione bassa (200–500 °C)
  • Rivestimento di parti in acciaio senza diminuzione della durezza
  • Rivestimento di utensili brasati possibile
  • Buona precisione dimensionale (tolleranze ridotte possibili)