Inserti in CBN massiccio per la tornitura di materiali duri: quando utilizzarli
Gli inserti in CBN massiccio possono ampliare il campo di lavorazione della tornitura di materiali duri rispetto a un inserto convenzionale con punta Inserto in PCBN non offre una lunghezza utile del tagliente, una capacità di profondità di taglio o una flessibilità sufficienti per la strategia di taglio richiesta.
Tuttavia, il CBN solido non è automaticamente la scelta migliore per ogni lavorazione dell’acciaio temprato.
Per la tornitura di finitura convenzionale con una profondità di taglio ridotta, un inserto in PCBN brasato o con punta angolare può spesso rappresentare una soluzione più economica. Il CBN massiccio diventa particolarmente indicato quando l’operazione richiede un maggiore impegno del tagliente, tagli più profondi, strategie di taglio a strisciata o una diversa distribuzione delle passate di lavorazione.
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Che cos’è un inserto CBN solido?
Il CBN, ovvero il nitruro di boro cubico, è uno dei materiali più duri utilizzati per gli utensili da taglio nella lavorazione dei metalli. Negli utensili da taglio in commercio, il CBN viene solitamente impiegato in forma policristallina, comunemente denominata PCBN.
Un inserto PCBN convenzionale con punta di solito combina un inserto in carburo corpo con un segmento di taglio in PCBN relativamente piccolo fissato in uno o più angoli. Questa struttura è ampiamente utilizzata perché consente di collocare il costoso materiale superduro solo dove è necessario.
Un inserto in CBN massiccio impiega un volume molto maggiore di materiale PCBN e, a seconda del design, può essere prodotto senza il supporto in carburo convenzionale utilizzato negli inserti con punta.
Il vantaggio principale non sta semplicemente nel fatto che sia presente una maggiore quantità di materiale CBN. La sezione più ampia in PCBN consente di ottenere una lunghezza utile del tagliente maggiore e una maggiore libertà nell’applicazione del tagliente stesso.
Ciò può rivelarsi importante nelle strategie di lavorazione che richiedono un inserimento più profondo, spigoli di taglio attivi più lunghi o percorsi di taglio difficili da ottenere con una piccola punta in PCBN saldata.
Inserti in CBN massiccio vs inserti in PCBN con punta
Le due soluzioni non sono sostitutive l'una dell'altra in ogni caso.
| Fattore di selezione | CBN solido | PCBN con punta / brasato |
|---|---|---|
| Struttura di inserimento | Corpo di taglio in PCBN di grandi dimensioni o a pieno formato | Segmento da taglio in PCBN su corpo in carburo |
| Bordo utile in PCBN | Una scelta più ampia di modelli adatti | Limitato dalla geometria della punta in PCBN |
| Coinvolgimento all’avanguardia | Maggiore flessibilità in determinate applicazioni | Particolarmente adatto a piccoli lavori convenzionali |
| Maggiore profondità di taglio | È possibile con gradi e configurazioni adeguati | Spesso il limite è dato dalle dimensioni della punta |
| Strategie di taglio a trazione | Può offrire una maggiore flessibilità | Di solito meno flessibile |
| Tornitura dura di finitura convenzionale | Adatto nei casi in cui sia giustificato | Spesso molto pratico |
| Costo di inserimento | Generalmente più alto | Generalmente più basso |
| Criteri principali di selezione | Capacità di processo e produttività | Tornitura dura convenzionale a costi contenuti |
Il confronto corretto non è quindi semplicemente:
Quale inserto è più duro?
Entrambi utilizzano il PCBN come materiale da taglio.
La domanda più utile è:
L'operazione di lavorazione trae vantaggio dal bordo tagliente in PCBN utilizzabile in più garantito da una struttura monoblocco?
Quando è opportuno utilizzare il CBN solido?
Quando è richiesta una tecnologia ancora più all'avanguardia
Un inserto convenzionale in PCBN con punta contiene un segmento limitato di PCBN sull'angolo di taglio.
Per le normali operazioni di finitura, ciò è spesso più che sufficiente. Tuttavia, alcune strategie di lavorazione richiedono che una porzione più lunga del tagliente entri in contatto con il pezzo.
Un inserto CBN monoblocco può garantire una maggiore libertà in queste applicazioni, poiché la sezione utilizzabile in PCBN non è limitata a una piccola punta angolare.
Ciò può rivelarsi utile quando il percorso di taglio si snoda lungo una porzione più ampia del bordo o quando la geometria del componente richiede un maggiore coinvolgimento del tagliente.
Quando è necessaria una maggiore profondità di taglio
Alcuni sistemi di inserti in CBN massiccio possono operare a profondità di taglio maggiori rispetto ai modelli convenzionali con inserti in PCBN.
Ciò è particolarmente rilevante quando il margine di lavorazione è eccessivo per eseguire una passata di tornitura di finitura a durezza elevata in modo economicamente vantaggioso o quando l’obiettivo è ridurre il numero di operazioni.
Tuttavia, il fatto che la struttura sia robusta non significa di per sé che un inserto possa essere automaticamente utilizzato per la sgrossatura pesante.
La profondità di taglio effettiva dipende comunque da:
durezza del pezzo, tipo di PCBN, preparazione del tagliente, geometria dell'inserto, velocità di taglio, avanzamento, rigidità della macchina e se l'operazione è continua o intermittente.
Per questo motivo, è necessario verificare sempre la profondità di taglio consentita per la specifica qualità di CBN e per l’applicazione specifica.
Quando una strategia di lavorazione diversa può ridurre il numero di passate
Uno dei motivi principali per cui vale la pena prendere in considerazione il CBN solido è la possibilità di modificare la strategia di lavorazione, anziché limitarsi a sostituire un inserto con un altro.
A seconda del componente e del sistema di utensili, il CBN solido può consentire approcci di lavorazione quali il taglio in trazione, l’impegno del bordo più lungo o diverse distribuzioni delle passate di sgrossatura e finitura.
Ad esempio, un’operazione che in precedenza richiedeva diversi tagli singoli con una piccola punta in PCBN può talvolta essere riorganizzata in modo che un tagliente utilizzabile più grande svolga una maggiore quantità di lavoro in un numero inferiore di passate.
Il valore del CBN solido è quindi spesso legato a progettazione dei processi, non solo infondere vita.
Un più alto inserire il prezzo può essere giustificato se riduce il tempo di ciclo, elimina un’operazione o migliora l’uniformità del processo.
Prezzo vs costo per componente
Solido Inserti in CBN di norma contengono una quantità maggiore di materiale superduro rispetto agli inserti in PCBN con punta e possono quindi avere un prezzo di acquisto più elevato.
Ma il prezzo di inserzione da solo non è il parametro di confronto più utile.
Il calcolo più importante è il seguente:
costo per componente finito.
Un inserto CBN solido può rivelarsi vantaggioso se consente di:
- un numero inferiore di passate di lavorazione;
- maggiore profondità di taglio;
- maggiore lunghezza utile del tagliente;
- una strategia di lavorazione più stabile;
- riduzione dei tempi di ciclo;
- un numero inferiore di cambi utensile o di operazioni.
D'altra parte, se un inserto in PCBN inclinato garantisce già la finitura superficiale e la durata dell'utensile richieste a un costo contenuto per componente, potrebbe non esserci alcuna ragione economica per passare a un modello in CBN massiccio.
Quando il PCBN con punta è la scelta più pratica?
Il CBN solido non dovrebbe essere considerato un upgrade automatico rispetto al PCBN con punta.
Per molte operazioni di tornitura difficile, un inserto con punta convenzionale rimane la soluzione più pratica.
Ciò vale in particolare quando l’operazione di lavorazione consiste principalmente nella tornitura di finitura, la profondità di taglio è ridotta, viene utilizzata solo una breve porzione del tagliente e un inserto standard ISO garantisce già prestazioni affidabili.
Il PCBN con punta può risultare interessante anche nei casi in cui il costo degli inserti incida in modo determinante sulla redditività della produzione.
Se il materiale CBN in eccesso presente in un inserto solido non migliora il tempo di ciclo, la durata dell'utensile o la capacità di processo, tale materiale in eccesso offre scarsi vantaggi pratici.
L'obiettivo non è quindi quello di massimizzare la quantità di CBN nell'inserto.
L'obiettivo è quello di scegliere la struttura dell'inserto più economica in base alle esigenze di lavorazione.
Acciaio temprato: la principale applicazione della tornitura a freddo
La tornitura di materiali duri è uno dei campi di applicazione più importanti per gli utensili da taglio in CBN.
Tra i componenti tipici figurano parti di cuscinetti, alberi temprati, ingranaggi, componenti di trasmissione, matrici, stampi, acciai per utensili e componenti cementati.
L'idoneità del PCBN massiccio o con punta dipende da fattori ben più complessi rispetto alla semplice definizione del pezzo in lavorazione come “acciaio temprato”.”
Le seguenti informazioni dovrebbero normalmente essere considerate nel loro insieme:
Materiale del pezzo → durezza → margine di lavorazione → taglio continuo o interrotto → requisiti di finitura superficiale → preparazione dei bordi → rigidità della macchina
Un margine di finitura ridotto su un albero temprato stabile può richiedere una soluzione CBN completamente diversa rispetto a un componente con un margine più ampio e caratteristiche interrotte.
E la ghisa?
Il CBN solido viene utilizzato anche in alcune applicazioni di lavorazione della ghisa.
L'elevata resistenza all'usura e la disponibilità di una sezione di taglio in PCBN più ampia possono rivelarsi utili nella lavorazione di ghise abrasive o quando è necessario un maggiore impegno di taglio.
Tuttavia, il “ghisa” non dovrebbe essere considerato come un’unica condizione di lavorazione.
La ghisa grigia, la ghisa dura, la ghisa raffreddata e i componenti con superfici irregolari o abrasive possono richiedere diverse qualità di CBN e diverse preparazioni del tagliente.
La soluzione più adeguata dipende quindi dal tipo specifico di ghisa, dalla durezza, dal margine di lavorazione e dalle condizioni di taglio.
Tornitura dura continua vs. tornitura dura a intermittenza
La continuità del taglio influisce in modo determinante sulla scelta degli inserti in CBN.
In un’operazione di tornitura continua ad alta velocità, il tagliente rimane a contatto con il pezzo. La resistenza all’usura, il comportamento termico e l’uniformità della superficie sono quindi fattori fondamentali da considerare.
Con l'aumentare delle interruzioni, il tagliente entra ed esce ripetutamente dal pezzo. Gli urti meccanici assumono maggiore rilevanza, il che aumenta le esigenze in termini di tenacità del tagliente e di una sua adeguata preparazione.
Un taglio leggermente interrotto non è la stessa cosa di un taglio fortemente interrotto.
Caratteristiche quali scanalature per chiavette, fori trasversali, scanalature dentate, spallamenti interrotti o superfici temprate irregolari possono modificare notevolmente il carico sul tagliente.
È importante comprendere che:
La sola struttura in CBN massiccio non determina la capacità di taglio a denti interrotti.
È necessario considerare nel loro insieme la qualità del PCBN, il contenuto di CBN, il sistema legante, la preparazione dei bordi, la geometria dell’inserto e le condizioni di taglio.
La preparazione del tagliente è importante tanto quanto la struttura dell’inserto
Due inserti in CBN con la stessa forma ISO possono avere prestazioni molto diverse se la preparazione dei loro bordi taglienti è diversa.
Nella tornitura dura si ricorre comunemente a smussature, levigature o combinazioni di entrambe, accuratamente controllate, per bilanciare la resistenza del tagliente con le forze di taglio e i requisiti di finitura superficiale.
Un tagliente più resistente può migliorare l'affidabilità in condizioni di lavoro intermittente o particolarmente impegnative, ma può anche aumentare la forza di taglio.
Una affilatura più precisa può ridurre la forza di taglio e favorire una finitura di precisione, pur offrendo una minore protezione del tagliente in caso di interruzioni intense.
Per questo motivo, il processo di selezione dovrebbe tenere conto dei seguenti aspetti:
Tipo di PCBN + preparazione del tagliente + raggio di punta + struttura dell'inserto + condizioni di lavorazione
anziché selezionare un inserto solo in base al codice ISO.
La rigidità della macchina è fondamentale
Il CBN offre prestazioni ottimali in un sistema di lavorazione stabile.
L'elevata durezza del pezzo e le tolleranze di finitura relativamente ridotte fanno sì che le vibrazioni, un serraggio inadeguato o uno sbalzo eccessivo dell'utensile possano compromettere rapidamente la stabilità del processo.
Prima di modificare il grado CBN o la struttura dell’inserto, verificare l’intera configurazione di lavorazione.
Tra i fattori importanti figurano il serraggio del pezzo, le condizioni del mandrino, la rigidità del portautensile, il posizionamento dell’inserto, lo sbalzo dell’utensile, l’eccentricità del componente e la natura delle eventuali caratteristiche interrotte.
La formazione di schegge non implica automaticamente che il materiale CBN sia troppo fragile.
In alcuni casi, il vero problema è l'instabilità in altre parti del sistema di lavorazione.
Tornitura a secco o a umido?
La lavorazione a secco è una pratica comune nella tornitura di materiali duri, poiché il CBN è in grado di operare a temperature di taglio elevate e l’eliminazione del refrigerante può semplificare il processo in applicazioni adeguate.
Tuttavia, ciò non significa che il CBN debba essere sempre utilizzato a secco.
La lavorazione a umido può risultare adeguata anche con determinati tipi di acciaio, materiali dei pezzi e condizioni di lavorazione.
La strategia corretta per il liquido di raffreddamento dovrebbe quindi seguire le raccomandazioni relative alla specifica qualità di CBN e all’applicazione.
Si raccomanda di non considerare nessuna di queste affermazioni come una regola universale:
“La CBN deve sempre rimanere a secco.”
o
“Il CBN richiede un liquido di raffreddamento.”
Nessuna delle due è corretta in ogni caso.
La stabilità del processo e un'applicazione uniforme del refrigerante sono più importanti che seguire una regola generica.
Il CBN solido garantisce sempre una maggiore durata dell'utensile?
No.
La durata dell'utensile dipende dalle condizioni complessive di lavorazione.
Un inserto monoblocco contiene una maggiore quantità di PCBN, ma ciò non significa automaticamente che il tagliente attivo si usuri più lentamente rispetto a un inserto con punta in PCBN correttamente selezionato.
La durata dell'utensile dipende dalla qualità del PCBN, dalla durezza del pezzo, dalla velocità di taglio, dall'avanzamento, dalla profondità di taglio, dalle interruzioni, dalla preparazione del tagliente, dalla rigidità della macchina e dai requisiti di finitura superficiale.
Il motivo principale per scegliere il CBN massiccio dovrebbe quindi essere che la sua struttura offre un vantaggio per il processo.
Se un inserto con punta esegue già in modo efficiente l’operazione richiesta, la sola struttura monoblocco potrebbe non migliorare la redditività.
Lista di controllo per la scelta del CBN solido
Prima di scegliere il CBN solido, valutate se la vostra applicazione tragga effettivamente vantaggio dalla sua struttura.
Potrebbe valere la pena valutare l'uso del CBN solido quando l'operazione richiede un tagliente in PCBN utilizzabile più ampio, un maggiore impegno di taglio o una maggiore profondità di taglio, una strategia di taglio a trazione o di pre-tornitura, un numero inferiore di passate di lavorazione, oppure un processo che non può essere gestito in modo efficiente con una punta convenzionale in PCBN di piccole dimensioni.
Gli inserti con punta in PCBN possono continuare a rappresentare la scelta più pratica quando si tratta di tornitura di finitura convenzionale su materiali duri, la profondità di taglio è ridotta, viene utilizzata solo una breve sezione del tagliente e gli inserti con punta ISO già in uso garantiscono una durata dell’utensile e una finitura superficiale stabili.
La decisione finale dovrebbe quindi basarsi sulla combinazione dei seguenti elementi:
struttura dell'inserto, tipo di PCBN, preparazione del tagliente, pezzo e condizioni di lavorazione.
Hai bisogno di un inserto in CBN per una lavorazione di tornitura di materiali duri?
La scelta tra CBN massiccio e PCBN con inserto dipende innanzitutto dalle condizioni effettive di lavorazione, piuttosto che dalla sola struttura dell’inserto.
Quando richiedete un consiglio sull'inserto, specificate il materiale e la durezza del pezzo, il codice dell'inserto attualmente in uso, la profondità di taglio approssimativa, se il taglio è continuo o intermittente, i dati di taglio attuali, i requisiti di finitura superficiale e la quantità richiesta.
Questi dettagli rendono molto più facile stabilire se una soluzione CBN integrale offra un reale vantaggio di processo oppure se un inserto con punta in PCBN rappresenti la scelta più economica.
