Fresatura frontale Vs. Fresatura a spallamento Vs. Fresatura di profili Vs. Fresatura ad avanzamento rapido: Un confronto completo e una guida agli utensili

Introduzione

La fresatura è una pietra miliare della lavorazione dei metalli, che consente di creare componenti precisi in settori come quello aerospaziale, automobilistico e della produzione di stampi. Questo articolo mette a confronto quattro tecniche di fresatura prevalenti.fresatura frontale, fresatura della spalla, fresatura del profilo, e fresatura ad avanzamento rapido-con particolare attenzione alle loro caratteristiche, alle applicazioni, ai parametri di lavorazione e all'utensileria adatta. Esplorando i parametri specifici e gli utensili disponibili sul mercato, questa guida si propone di assistere i professionisti nella scelta della strategia di fresatura ottimale per le loro esigenze.

Fresatura frontale

Definizione e principi

Fresatura frontale prevede l'utilizzo di una fresa frontale a più denti per creare superfici piane, con l'asse di rotazione della fresa perpendicolare al pezzo. È un metodo eccellente per produrre superfici ampie e lisce con un'elevata efficienza.

Caratteristiche tecniche

• Direzione di taglio: Perpendicolare alla superficie del pezzo, con forze di taglio principalmente lungo l'asse Z.
• Efficienza di lavorazione: Elevata velocità di asportazione del materiale (MRR) grazie alle frese multidenti di grande diametro.
• Qualità della superficie: Raggiunge una bassa rugosità superficiale (Ra 0,8-3,2 μm), ideale per la semifinitura e la finitura.
• Tipi di strumenti: Frese per spianatura di grande diametro con inserti di fresatura.

Parametri di lavorazione tipici

Nota: I parametri presuppongono una fresa di 50 mm di diametro con 4-6 denti, in condizioni di taglio a umido.

Strumenti comuni

• Inserti indicizzabili:
  • Sandvik Coromant: R245-12T3 (angolo di attacco di 45°, versatile per acciaio e ghisa).
  • Kennametal: SEKN1203AFTN (inserto quadrato, robusto per acciaio inox).
  • MAPALE: SPKN1204EDR (con bordo raschiante, eccellente finitura superficiale per l'alluminio).
• Carburo solido/utensili solidi:
  • Kennametal: KSSM 45° Face Mill (supporta inserti APKT1604, ideale per la sgrossatura).
  • Tormach: Mulino a conchiglia da 38 mm (economico, adatto per acciaio e alluminio).
• Caratteristiche dello strumento: Design a più denti per forze di taglio uniformi, supporta avanzamenti elevati (fz 0,08-0,3 mm/z).

Applicazioni

• Spianatura della superficie di fusioni e fucinati (ad esempio, banchi di macchine utensili).
• Grandi superfici planari in basi di turbine eoliche o componenti navali.
• Parti che richiedono un'elevata planarità e finitura superficiale.

Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi: Alta efficienza, eccellente qualità della superficie, adatta alla produzione di grandi volumi.
• Svantaggi: Adattabilità limitata a geometrie complesse.

Fresatura a spalla

Definizione e principi

Fresatura della spalla utilizza frese o frese laterali per lavorare pareti verticali e basi orizzontali, formando elementi ad angolo retto o quasi retto con elevata precisione.

Caratteristiche tecniche

• Direzione di taglio: Multi-assiale (X, Y, Z), adatto per geometrie ad angolo retto.
• Lavorazione di precisione: Tolleranze ristrette (±0,01 mm) per gli elementi ad angolo retto.
• Requisiti di rigidità dell'utensile: Elevato a causa delle notevoli forze di taglio.
• Tipi di strumenti: Frese a spallamento quadrata o frese indicizzabili.

Parametri di lavorazione tipici

Nota: I parametri ipotizzano una fresa di 20 mm di diametro con 4 denti, lubrificazione a secco o a quantità minima (MQL).

Strumenti comuni

• Inserti indicizzabili:
  • Sandvik Coromant: R390-11T308 (angolo di piombo di 90°, ideale per acciaio e acciaio inox).
  • Kennametal: APKT11T308 (versatile per alluminio e acciaio).
  • Ingersoll: LNMT110408 (acciaio per utensili ad alta resistenza).
• Frese in metallo duro massiccio:
  • Kennametal: HARVI I TE (4-6 scanalature, ad alte prestazioni per acciaio inossidabile e titanio).
  • MAPALE: OptiMill-Shoulder (3-5 scanalature, adatto per acciaio e ghisa).
• Caratteristiche dello strumentoAngolo di taglio di 90°, larghezza di taglio ridotta (ae 0,2-2 mm), robusta per elementi di alta precisione.

Applicazioni

• Cavità di stampo con caratteristiche ad angolo retto.
• Fessure, gradini o pareti laterali nei componenti meccanici.
• Alloggiamenti per riduttori che richiedono strutture ad angolo retto precise.

Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi: Alta precisione, adatta a geometrie complesse ad angolo retto.
• Svantaggi: Forze di taglio elevate, usura più rapida dell'utensile, efficienza moderata.

Fresatura di profili

Definizione e principi

Fresatura di profili lungo i contorni esterni o interni di un pezzo, ideale per superfici o profili 3D complessi. Si basa sulla programmazione CNC per ottenere percorsi utensile precisi.

Caratteristiche tecniche

• Percorso di taglio: Complesso, richiede un software CAM per programmi CNC accurati.
• Lavorazione di precisione: Elevata precisione geometrica (±0,005 mm), adatta a superfici complesse.
• Efficienza di lavorazione: Più basso grazie ai percorsi complessi, ideale per la produzione di bassi volumi.
• Tipi di strumenti: Frese a sfere o a raggio, inserti tondi indicizzabili.

Parametri di lavorazione tipici

Nota: I parametri presuppongono una fresa a punta sferica da 10 mm con 2-4 scanalature, taglio a umido, CNC ad alta precisione.

Strumenti comuni

• Inserti indicizzabili:
  • Sandvik Coromant: RCMT10T3MO (inserto rotondo, adatto alla sgrossatura di superfici curve).
  • Kennametal: RDMT1204MO (versatile per acciaio e titanio).
  • MAPALE: RDMX1003 (alta precisione per materiali aerospaziali).
• Frese in metallo duro massiccio:
  • Kennametal: HARVI III Ball Nose (2-4 scanalature, ideale per titanio e compositi).
  • Sandvik Coromant: CoroMill Plura Ball Nose (alta precisione per le superfici degli stampi).
• Caratteristiche dello strumento: I taglienti rotondi o a forma di sfera riducono le forze di taglio, adatti alla lavorazione su più assi.

Applicazioni

• Componenti aerospaziali (ad esempio, pale di turbine).
• Cavità di stampo complesse e superfici curve.
• Impianti medici (ad esempio, componenti ortopedici).

Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi: Elevata flessibilità per forme 3D complesse, eccellente precisione.
• Svantaggi: Programmazione complessa, minore efficienza, elevati requisiti di utensili e macchine.

Fresatura ad avanzamento rapido

Definizione e principi

Fresatura ad avanzamento rapido (nota anche come fresatura ad alto avanzamento) utilizza velocità di avanzamento elevate e profondità di taglio ridotte per massimizzare la rimozione del materiale, ideale per la sgrossatura di materiali duri.

Caratteristiche tecniche

• Parametri di taglio: Velocità di avanzamento elevate (Vf 4000-12000 mm/min), profondità ridotte (ap <1 mm).
• Efficienza di lavorazione: MRR estremamente elevato (>100 cm³/min), adatto alla sgrossatura di grandi volumi.
• Vita dell'utensile: Estensione grazie alle basse forze di taglio e alla distribuzione ottimizzata del calore.
• Tipi di strumenti: Frese ad alto avanzamento dedicate con geometrie di inserti speciali.

Parametri di lavorazione tipici

Nota: I parametri presuppongono una fresa di 25 mm di diametro con 4 denti, a secco o MQL, mandrino ad alta potenza.

Strumenti comuni

• Inserti indicizzabili:
  • Sandvik Coromant: HNGX06 (angolo di attacco ridotto, ottimizzato per l'avanzamento elevato).
  • Kennametal: SDMT1204 (robusto per acciaio da utensili).
  • Ingersoll: HNGJ0905 (forze di taglio ridotte per il titanio).
• Frese in metallo duro massiccio:
  • Kennametal: Fresa 4-11 ad alto avanzamento (4 scanalature, adatta per acciaio e acciaio inox).
  • MAPALE: OptiMill-HighFeed (3-5 scanalature, ideale per materiali duri).
• Caratteristiche dello strumento: Angoli di piombo ridotti (10-15°), effetto di assottigliamento dei trucioli, supporto di avanzamenti elevati (fz 0,4-1,5 mm/z).

Applicazioni

• Sgrossatura di acciaio per utensili o leghe di titanio.
• Rimozione rapida di materiale negli stampi automobilistici o nelle strutture aerospaziali.
• Sgrossatura ad alta efficienza prima delle operazioni di finitura.

Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi: Eccezionale efficienza, lunga durata, ideale per materiali duri.
• Svantaggi: Scarsa qualità della superficie (Ra 6,3-12,5 μm), richiede una successiva finitura.

Analisi comparativa

Parametri tecnici

Efficienza di lavorazione

• Tasso di rimozione del materiale: La fresatura ad avanzamento rapido è in testa (>100 cm³/min), seguita dalla fresatura frontale, con la fresatura di spalle e profili più in basso.
• Tempo di elaborazione: La fresatura ad avanzamento rapido è la più veloce, quella a profilo la più lenta.

Qualità e precisione della superficie

• Ruvidità della superficie: Fresatura frontale migliore (Ra 0,8-3,2 μm), fresatura di spallamento successiva, fresatura di profilo variabile, fresatura ad avanzamento rapido più scarsa.
• Precisione: Fresatura di profili e spalle più elevata, fresatura di facce moderata, fresatura ad avanzamento rapido per la sgrossatura.

Idoneità del materiale e della geometria

• I materiali:
  • Fresatura frontale: Alluminio, acciaio, ghisa.
  • Fresatura a spalla: Acciaio, acciaio inox, acciaio per utensili.
  • Fresatura di profili: Titanio, compositi, acciaio inox.
  • Fresatura ad avanzamento rapido: Acciaio da utensili, titanio, ghisa.
• Geometrie:
  • Fresatura frontale: Piani grandi.
  • Fresatura a spalla: Caratteristiche ad angolo retto, scanalature.
  • Fresatura di profili: Contorni complessi, superfici 3D.
  • Fresatura ad avanzamento rapido: Qualsiasi forma per la sgrossatura.

Costi e requisiti delle apparecchiature

• Costi degli strumenti: Gli inserti ad avanzamento rapido sono costosi ma di lunga durata, gli utensili per la fresatura di profili si usurano rapidamente, la fresatura di facce e spalle è moderata.
• Attrezzatura: La fresatura di profili richiede un CNC ad alta precisione, la fresatura ad avanzamento rapido richiede mandrini di elevata potenza, la fresatura di facce e spalle è meno impegnativa.

Guida alla selezione degli utensili

• Inserti: Economico, indicizzabile, ideale per la produzione di grandi volumi, versatile tra i materiali.
• Frese in metallo duro massiccio: Alta precisione, adatta per piccoli diametri o geometrie complesse, comuni nella finitura.
• Considerazioni:
  • Controllare l'usura degli inserti ogni 500-1000 minuti di lavorazione.
  • Utilizzare portautensili rigidi per le frese solide per ridurre al minimo le vibrazioni.
  • Selezionare i rivestimenti in base al materiale (ad esempio, TiAlN per le leghe ad alta temperatura, TiCN per l'acciaio).

Linee guida pratiche per la selezione

• Grandi superfici piane: Utilizzare la fresatura frontale (Vc 150-600 m/min, ap 2-6 mm) con utensili come le frese frontali R245-12T3 o KSSM per ottenere efficienza e qualità della superficie.
• Caratteristiche dell'angolo destro: Optare per la fresatura di spallamenti (fz 0,05-0,2 mm/z, ap 2-10 mm) con inserti R390-11T308 o frese HARVI I TE per la precisione.
• Contorni complessi: Scegliete la fresatura di profili (Vc 40-300 m/min, ae 0,05-0,5 mm) con inserti RCMT10T3MO o con frese a sfere CoroMill Plura per una maggiore flessibilità.
• Sgrossatura ad alta efficienza: Scegliete la fresatura ad avanzamento rapido (Vf 4000-12000 mm/min, ap 0,2-1 mm) con gli inserti HNGX06 o le frese ad alto avanzamento Mill 4-11 per materiali duri.

Casi di studio

• Caso 1: Uno stabilimento di stampi automobilistici che lavora grandi piani di stampo ha utilizzato la fresatura frontale (Vc 200 m/min, fz 0,15 mm/z, ap 4 mm) con inserti R245-12T3, ottenendo un'elevata efficienza e planarità.
• Caso 2: Uno stabilimento aerospaziale che lavora i contorni delle pale delle turbine ha impiegato la fresatura di profili (Vc 60 m/min, fz 0,05 mm/z, ae 0,1 mm) con frese a testa sferica HARVI III, garantendo un'elevata precisione.
• Caso 3: Un'operazione di sgrossatura di stampi in acciaio ha utilizzato la fresatura ad avanzamento rapido (Vf 8000 mm/min, ap 0,5 mm) con inserti HNGX06, seguita dalla fresatura di spallamento con R390-11T308 per la finitura.

Conclusione

La fresatura frontale eccelle in efficienza e qualità superficiale per le superfici piane, la fresatura di spallamenti offre precisione per gli elementi ad angolo retto, la fresatura di profili offre flessibilità per i contorni complessi e la fresatura ad avanzamento rapido massimizza l'efficienza della sgrossatura. La scelta dell'utensile - che si tratti di inserti indicizzabili (ad esempio, R245-12T3, HNGX06) o di frese in metallo duro integrale (ad esempio, HARVI III, Mill 4-11) - deve essere in linea con il materiale, la geometria e le capacità della macchina. L'ottimizzazione dei parametri di lavorazione migliora le prestazioni e l'efficacia dei costi. Con il progredire delle tecnologie di lavorazione intelligenti e ibride, queste tecniche di fresatura continueranno a evolversi, soddisfacendo le richieste di maggiore precisione e produttività.

Riferimenti

• Sandvik Coromant. (2023). Manuale di tecnologia di fresatura.
• Kennametal. (2023). Catalogo della fresatura di estremità in metallo duro solido.
• MAPAL. (2023). Programma di fresatura NeoMill.
• ISO 13399: Rappresentazione e scambio dei dati degli utensili da taglio.
• Sandvik Coromant Conoscenza della fresatura