Materiali per utensili

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Categoria:	Tecnologia Meccanica
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Data:	06.06.2006
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MATERIALI PER UTENSILI
I materiali comunemente usati per la costruzione di utensili sono i seguenti:
• acciai non legati (C 100 KU);
• acciai legati: - debolmente (55 W Cr V 8 KU);
- fortemente (X 31 Cr 13 KU);
• acciai rapidi (X 78 W V 18 1 KU); si noti l’assenza di cobalto.
• acciai superrapidi (X 80 W Co V 18 5 1 KU): la presenza di cobalto conferisce all' utensile maggior resistenza alle temperature elevate.
Per diminuire l' usura del tagliente si possono rivestire gli utensili con nitruro di titanio (TiN) o con carburo di titanio (TiC).
• carburi metallici sinterizzati (detti anche metalli duri): sono ottenuti mediante sinterizzazione di carburi metallici ridotti in polvere finissima, inglobati in una matrice di legante metallico. La sinterizzazione, o metallurgia delle polveri, consiste nel portare le polveri ad una temperatura leggermente inferiore a quella di fusione ed esercitando una altissima pressione. L' effetto combinato dell' alta temperatura e della fortissima pressione fa si che i granuli di polvere si saldino l' uno all' altro costituendo un materiale compatto. Normalmente si usano i carburi di tungsteno (WC) con aggiunta di carburi di titanio (TiC), carburi di niobio (NbC) e carburi di tantalio (TaC).
Le placchette di carburo così ottenute vengono poi cementate con un legante metallico a base di cobalto, ad una temperatura di circa 1500 °C, portando a fusione solo il cobalto e non i carburi.
Le placchette vengono fissate a steli di acciaio, mediante saldo-brasatura o per fissaggio meccanico.
I carburi sono divisi in tre gruppi contraddistinti da una lettera, un numero, un colore:
- P / 01-50 / azzurro;
- M / 10-40 / giallo, arancio;
- K / 01-40 / rosso, mattone.
• metalli duri rivestiti: per aumentare ulteriormente la velocità di taglio, i carburi metallici sinterizzati possono essere rivestiti con sottili strati di carburi.
I rivestimenti più utilizzati sono il carburo di titanio (TiC), il nitruro di titanio (TiN) e allumina (Al2O3).
Un rivestimento particolarmente duro è il nitruro di boro cubico (CBN) che consente la lavorazione di acciai temprati e di acciai legati per utensili.
• ceramica: gli utensili in ceramica sono costituiti di allumina (Al2O3) o nitruro di silicio (Si3N4) e sempre ottenuti per sinterizzazione. Questi material isono caratterizzati da elevata durezza a caldo, lunga durata del tagliente ed ottima resistenza all' abrasione.

MACCHINE UTENSILI
Parametri di taglio - Potenze - Tempi di lavorazione
Nelle lavorazioni per asportazione di truciolo, la produttività si può valutare utilizzando un apposito coefficiente di produttività, che ci permette di calcolare il volume di truciolo asportato nell' unita di tempo:
PV = Vt ( a ( p [ cm3/min ]

• PV è il coefficiente di produttività [ cm3/min ];
• Vt è la velocità di taglio [ m/min ];
• a è l' avanzamento [ mm ];
• p è la profondità di passata [ mm ].
Dalla formula si vede che per aumentare la produttività, ossia aumentare l' asportazione di truciolo nell' unità di tempo, bisognerebbe aumentare il più possibile la velocità di taglio, l' avanzamento e la profondità di passata. In realtà questa esigenza di maggior produttività incontra dei limiti dovuti al fatto che gli utensili non possono sopportare velocità di taglio eccessive, e le potenze disponibili nelle macchine limitano gli avanzamenti e le profondità di passata. Aumentando la velocità di taglio inoltre si riduce la durata dell' utensile e si rende necessario affilare l' utensile più frequentemente.
La velocità di taglio e la durata dell' utensile sono legate dalla relazione di Taylor:

Vt ( T n = C
• Vt è la velocità di taglio [ m/min ];
• T è la durata dell' utensile [ min ];
• n è una costante che dipende dal materiale dell' utensile, dal materiale in lavorazione, ecc;
• C è il valore numerico della velocità di taglio corrispondente alla durata del tagliente di 1min.
Riportata in un diagramma con scale logaritmiche la relazione di Taylor è rappresentata da una retta :

La velocità di taglio dipende principalmente dai seguenti parametri:
• materiale in lavorazione;
• materiale dell' utensile;
• sezione e forma del truciolo;
• geometria dell' utensile;
• presenza o meno di refrigerante;
• stato d' uso della macchina.