Gli utensili da taglio per fresatura CNC determinano se un percorso utensile programmato produce un taglio stabile, una superficie pulita e una tolleranza prevedibile. Una macchina può posizionarsi con precisione, ma la geometria, il materiale e la configurazione della fresa determinano le forze di taglio, il controllo del truciolo e la qualità della finitura finale.
La scelta dell'utensile è una decisione di sistema, non solo una scelta a catalogo. La famiglia di utensili deve essere adatta all'operazione, al pezzo in lavorazione e alla rigidità dell'impianto. Quando questi fattori sono chiari, la durata dell'utensile e i tempi di ciclo diventano molto più prevedibili.
Famiglie di frese
Le famiglie di frese CNC sono più facili da scegliere quando si associa ogni utensile a una specifica direzione di taglio, tipo di lavorazione e percorso del truciolo. Possiamo distinguere gli utensili più comuni in base a ciò che tagliano bene, a ciò che non possono fare in sicurezza e al motivo per cui falliscono se utilizzati in modo errato.
Frese a candela
Le frese a candela sono la scelta predefinita per tasche, scanalature e finitura di pareti laterali perché tagliano sia con la punta che con il fianco. Le frese a candela quadrate creano fondi piani e angoli interni affilati dove la geometria lo consente. Le frese a candela con raggio di punta (toro) riducono la scheggiatura del tagliente e migliorano la durata dell'utensile nei materiali più tenaci.
Le frese a testa sferica sono standard per le superfici 3D perché la loro punta arrotondata controlla le smerlature sui percorsi utensile contornati. Le frese a testa sgrossatrice rimuovono rapidamente il materiale rompendo i trucioli, ma in genere richiedono una passata di finitura separata per soddisfare i requisiti della superficie.
Frese frontali e frese volanti
Gli utensili per fresatura frontale vengono utilizzati per spianare rapidamente un'ampia superficie con un carico stabile distribuito su più taglienti. Le frese frontali sono spesso indicizzabili e sono eccellenti per la spianatura del materiale su un piano uniforme. Tuttavia, non sono progettate per la fresatura profonda nel materiale.
Anche le frese a lama singola producono superfici piane e sono spesso utilizzate quando è accettabile un utensile semplice a tagliente singolo. Consideriamo le frese a spianare e le frese a lama singola "utensili per superfici planari" e scegliamo tra loro in base alla superficie da lavorare, alla stabilità della macchina e alla costanza del processo.
Utensili per la foratura
Un processo di foratura affidabile inizia con il posizionamento, poi con la creazione del foro e infine con la sua finitura per ottenere le dimensioni e le condizioni del bordo corrette. Le punte da trapano o le punte da centro migliorano la precisione di posizionamento e riducono il movimento della punta. Le punte elicoidali creano quindi il foro principale in modo efficiente.
Gli alesatori vengono utilizzati dopo la foratura quando il diametro del foro e la finitura superficiale richiedono un controllo più rigoroso rispetto alla foratura. Gli utensili svasatori e le frese per smussi rifiniscono il bordo di ingresso per elementi di fissaggio o per la sbavatura. Si consiglia di scegliere angoli standard, ove possibile, per evitare troppe varianti di utensili.
Utensili per filettatura
È possibile creare fori filettati mediante maschiatura o fresatura. La scelta migliore dipende dal materiale, dal tipo di foro e dalla tolleranza al rischio. I maschi a taglio asportano materiale e creano trucioli. I maschi a rullare deformano il materiale, evitando la formazione di trucioli, ma richiedono la giusta dimensione del foro e un materiale duttile.
Le frese a filettare creano filettature tramite interpolazione. Questo metodo è utile quando la qualità della filettatura e il rischio di rottura dell'utensile sono fattori critici. Confermiamo la nostra scelta di filettatura verificando le specifiche della filettatura, la profondità del foro, il rischio di evacuazione del truciolo e se un utensile può gestire filettature di diverse dimensioni.
Utensili per scanalature e sottosquadri
Sottosquadri e cave a T richiedono spesso una fresa speciale progettata per raggiungere punti nascosti dietro una parete, cosa che una fresa a candela non riesce a fare. Le frese per sedi chiavette possono creare queste caratteristiche senza dover rimontare il pezzo, risparmiando sui costi di attrezzaggio e riducendo il rischio di allineamento.
Le seghe circolari tagliano scanalature profonde e strette e possono anche eseguire operazioni di troncatura in alcuni flussi di lavoro. Le frese a coda di rondine creano sottosquadri a coda di rondine. Le frese per chiavette o Woodruff vengono utilizzate per specifiche sedi di chiavette in cui una fresa standard non riesce a formare il profilo corretto.
Taglierine speciali
Le frese speciali vengono utilizzate quando la geometria o i processi tradizionali lo richiedono, anche nelle moderne officine CNC. Le frese per ingranaggi e le frese a evolvente vengono utilizzate per determinate caratteristiche degli ingranaggi quando il piano di lavorazione lo richiede. Le consideriamo "utensili specifici per una determinata caratteristica" piuttosto che frese per uso generico.
Frese a disco, frese a disco e frese cave sono meno comuni nelle lavorazioni CNC quotidiane, ma rimangono utili in determinate configurazioni. Conoscere i loro nomi aiuta a riconoscerli nelle liste degli utensili ed evitare di utilizzare l'utensile moderno sbagliato come sostituto.
Ulteriori letture:Tipi di portautensili CNC
Materiali e rivestimenti per utensili
La scelta del substrato e del rivestimento dell'utensile definisce il limite pratico per la resistenza al calore, la tenacità del tagliente e il tasso di usura nella fresatura CNC. Confrontiamo i materiali cercando un compromesso tra tenacità, durezza ad alte temperature e costo, perché la scelta del materiale migliore dipende dal taglio.
Gli utensili in acciaio al carbonio rappresentano un'opzione economica per lavorazioni a bassa velocità. Non vengono solitamente utilizzati per la moderna fresatura CNC ad alta velocità su metalli più duri, ma vengono comunque impiegati in operazioni semplici in cui il calore non è un fattore determinante.
L'acciaio rapido (HSS) offre una tenacità migliore del metallo duro e tollera bene urti e vibrazioni. L'HSS viene spesso scelto quando la rigidità è bassa, le quantità sono ridotte o il pezzo in lavorazione è tenero e non giustifica il costo del metallo duro.
Il metallo duro è la scelta migliore per la fresatura CNC perché mantiene la durezza anche ad alte temperature e consente velocità di taglio più elevate. Tuttavia, il metallo duro è meno tollerante in termini di vibrazioni e runout. Verifichiamo sempre la rigidità, le condizioni del portautensile e lo stickout prima di presumere che il metallo duro offra prestazioni migliori dell'HSS.
Gli utensili in ceramica, CBN e diamante sono adatti a casi specifici in cui calore e durezza rappresentano le sfide principali. Questi utensili richiedono un controllo rigoroso sulla configurazione e sul processo. Dovrebbero essere selezionati in base alle indicazioni del fornitore, poiché le loro modalità di guasto sono spesso improvvise.
I rivestimenti risolvono i problemi legati all'usura, al calore e all'adesione dei materiali; non sono soluzioni universali. I rivestimenti più comuni includono TiN per l'usura generale, TiCN per una maggiore resistenza all'usura e AlTiN/TiAlN per una maggiore resistenza al calore in condizioni di taglio difficili.
Verifichiamo la scelta del rivestimento in base al materiale del pezzo, alla strategia di raffreddamento e alla durata utensile desiderata, invece di fidarci delle affermazioni di marketing. I cataloghi dei fornitori elencano le opzioni di rivestimento, il numero di taglienti e gli intervalli di durezza, e queste informazioni devono essere verificate in base all'effettiva configurazione di lavorazione.
Geometria e fattori di configurazione
La geometria dell'utensile e la rigidità di installazione determinano se le forze di taglio rimangono stabili o causano vibrazioni, flessioni e scheggiature del tagliente. Esaminiamo le scelte geometriche chiave che determinano il successo, soprattutto per utensili di piccole dimensioni e lavorazioni profonde.
Conteggio dei flauti ed evacuazione dei trucioli
Il numero di taglienti bilancia lo spazio per il truciolo e la resistenza del nucleo. Un numero inferiore di taglienti crea canali più ampi per materiali teneri che generano molti trucioli. Un numero maggiore di taglienti aumenta la rigidità e distribuisce il carico nei materiali più duri, dove lo spessore del truciolo deve essere controllato.
L'evacuazione dei trucioli è un requisito del processo, non una preferenza. Se i trucioli non riescono a fuoriuscire dal taglio, si accumula calore e la durata dell'utensile crolla, indipendentemente dal materiale dell'utensile.
Diametro dell'utensile e raggi interni
Il diametro dell'utensile è limitato dal raggio interno più piccolo e dalla fessura più stretta nel design del pezzo. Un utensile di grandi dimensioni rimuove il materiale più velocemente, ma non riesce a inserirsi negli angoli stretti. Un approccio in due fasi spesso funziona meglio: sgrossatura con un utensile più grande, quindi finitura degli angoli con uno più piccolo.
Raccordi e angoli interni sono molto importanti perché determinano direttamente quali diametri di fresa sono più adatti. Chiariamo questo aspetto fin dalle prime fasi del preventivo, perché modificare il raggio di un raccordo in CAD è spesso più economico che utilizzare un fragile microutensile e accettare tempi di ciclo più lunghi.
Stickout, supporti e runout
La sporgenza dell'utensile, ovvero la lunghezza oltre il supporto, è una delle principali cause di vibrazioni e flessioni. Mantenere l'utensile il più corto possibile migliora la finitura e protegge i taglienti, soprattutto con il metallo duro.
L'eccentricità trasforma un utensile multi-tagliente in un utensile mono-tagliente sovraccarico, perché un solo tagliente esegue la maggior parte del taglio. Controlliamo la pulizia del portautensile, le condizioni della pinza e l'igiene del cono del mandrino prima di attribuire all'utensile la causa dell'usura prematura.
Refrigerante, calore e shock termico
La strategia di raffreddamento deve essere adeguata al materiale dell'utensile e al ciclo termico del taglio. I tagli interrotti riscaldano e raffreddano ripetutamente il tagliente, il che può causare cricche termiche. A seconda dell'utensile e del materiale, un getto d'aria o un'erogazione controllata del refrigerante potrebbero essere una scelta migliore.
Anche la gestione del calore è un problema di trucioli. Se i trucioli assorbono calore e il taglio rimane netto, la durata dell'utensile è stabile. Se i trucioli vengono ripassati, il tagliente si usura rapidamente anche con impostazioni conservative.
Un flusso di lavoro per prevenire gli errori
Un flusso di lavoro coerente per la selezione degli utensili riduce gli scarti trasformando la "scelta degli utensili" in una serie di passaggi verificabili. Decidiamo gli utensili nello stesso ordine in cui la maggior parte delle officine esegue un lavoro: prima la spianatura e il riferimento, poi la rimozione di massa, la finitura delle feature e infine il condizionamento dei bordi.
Inizia etichettando ogni caratteristica come lavorazione di superfici planari, fresatura di tasche/pareti, foratura o lavorazione di sottosquadri speciali. Quindi, assegna la famiglia di frese che esegue quell'azione. Solo dopo dovresti scegliere il diametro, il numero di taglienti e il rivestimento.
Punti di verifica da utilizzare:
- Il raggio interno e la larghezza della scanalatura più piccoli consentono di utilizzare i diametri degli utensili previsti.
- La rigidità dell'installazione supporta la sporgenza pianificata e il numero di flauti.
- L'evacuazione dei trucioli è possibile con la strategia refrigerante/aria scelta e la geometria dell'utensile.
- L'elenco degli strumenti riduce al minimo le modifiche senza forzare l'uso di micro-strumenti rischiosi.
Consigliamo inoltre di aggiungere una "riga delle specifiche degli utensili" alla scheda di processo, in modo che acquisto e programmazione siano allineati. Questa riga dovrebbe includere tipo di utensile, diametro, numero di taglienti, lunghezza dei taglienti, lunghezza complessiva, rivestimento e tipo di portautensile.
Modelli di usura e modalità di guasto
Il controllo dell'usura degli utensili è più efficace quando si considera l'usura come un segnale di allarme precoce, non come una rottura imprevista. Preveniamo i tempi di fermo macchina collegando i modelli di usura più comuni alla prima azione correttiva che solitamente li risolve.
L'usura del fianco è un normale andamento di abrasione che segnala che un utensile ha raggiunto la sua durata prevista. Con l'aumentare dell'usura del fianco, le forze di taglio aumentano e la finitura peggiora. Sostituzioni utensile programmate sono spesso preferibili all'attesa di un guasto.
Le scheggiature solitamente sono dovute a vibrazioni, tagli interrotti o mancanza di rigidità. Innanzitutto, è importante verificare se è possibile ridurre lo stickout, controllare i problemi di eccentricità/supporto e adattare la strategia di taglio prima di passare a un utensile diverso.
Il tagliente di riporto è comune nei materiali gommosi e si traduce in una finitura scadente e in un taglio imprevedibile. Migliorare l'evacuazione del truciolo, utilizzare una geometria affilata e scegliere il rivestimento giusto può stabilizzare il taglio.
Le cricche termiche si verificano quando un tagliente passa da caldo a freddo. Controlliamo la strategia di raffreddamento e le condizioni di ingresso/uscita, perché il "refrigerante giusto" dipende dal materiale specifico dell'utensile, dal pezzo in lavorazione e dallo schema di taglio.
Anche la corretta conservazione e manipolazione sono importanti. I taglienti in metallo duro si scheggiano facilmente quando gli utensili si scontrano tra loro. Organizzatori dedicati, manicotti e portautensili puliti proteggono il tagliente e contribuiscono a ridurre al minimo la scentratura.
Conclusione
Noi di Yonglihao Machinery sappiamo che le prestazioni degli utensili di fresatura CNC dipendono dalla perfetta combinazione tra la famiglia di utensili, il materiale e la rigidità di installazione, con le caratteristiche del pezzo e il comportamento del truciolo. I risultati più affidabili si ottengono selezionando innanzitutto il tipo di fresa più adatto, per poi perfezionare la geometria e il rivestimento in base al rischio di taglio specifico.
Possiamo riassumere la selezione dell'utensile come un processo professionale e ripetibile: definire l'operazione, scegliere la famiglia di frese, vincolare il diametro in base alla geometria, controllare rigorosamente stickout e runout e verificare l'evacuazione del truciolo. Questo metodo rigoroso riduce le congetture, garantisce finiture superficiali uniformi e rende prevedibile la durata dell'utensile.
Come professionista produttore di prototipi, Yonglihao Machinery si impegna a fornirti il più alto standard di Lavorazione CNC e servizi di fresatura. Che il vostro progetto richieda geometrie complesse o un controllo di tolleranza rigoroso, abbiamo l'esperienza e la tecnologia per realizzarlo. Se cercate un partner affidabile per la lavorazione meccanica, contattateci oggi stesso e lasciate che la nostra superba maestria protegga il vostro prossimo progetto!
Continua a leggere: Come selezionare gli utensili da taglio per la lavorazione CNC?
Domande frequenti
Quali sono gli utensili di fresatura CNC più comuni?
Frese a candela, frese a spianare e punte da trapano sono gli utensili più comuni, poiché la maggior parte dei pezzi richiede lavorazioni di spianatura, tasche e fori. Un tipico elenco di utensili include anche uno smusso per la rottura dei bordi e una fresa per maschiare o filettare. La varietà di utensili aumenta quando i pezzi presentano sottosquadri, sedi per chiavette o forme speciali.
Fresatura frontale vs. fresatura frontale: qual è la differenza?
La fresatura frontale utilizza la parte frontale e laterale di una fresa a candela per tagliare tasche, pareti e profili. La fresatura frontale rimuove il materiale su un'ampia area piana con una fresa frontale. La scelta dipende dal fatto che la caratteristica principale sia un piano ampio o una tasca o una parete contenuta.
Come faccio a scegliere il numero di flauto per l'alluminio rispetto all'acciaio?
L'alluminio spesso necessita di meno taglienti per massimizzare lo spazio truciolo e ridurne la saldatura. L'acciaio e le leghe più tenaci spesso necessitano di più taglienti per aumentare la rigidità dell'utensile e distribuire il carico di taglio. La risposta corretta dipende comunque dall'evacuazione del truciolo e dalla rigidità, quindi verifica sempre il numero di taglienti.
Quando dovrei usare un alesatore invece di un trapano?
Utilizzare un alesatore quando la dimensione del foro e la finitura superficiale devono essere più precise di quelle che un trapano può fornire. La foratura crea il foro, ma l'alesatura lo porta alla dimensione finale con una finitura migliore. L'alesatura dovrebbe essere pianificata come seconda fase dopo la foratura.
Maschiatura o fresa per filettare: qual è la più sicura?
Le frese a filettare possono essere più sicure quando il controllo del truciolo, la qualità della filettatura o la rottura dell'utensile sono un problema. Il percorso utensile è controllabile e l'utensile ha meno probabilità di bloccarsi rispetto a un maschio. I maschi sono veloci, ma sono sensibili alle dimensioni del foro, al materiale e all'evacuazione del truciolo. La scelta migliore dipende dal lavoro specifico.
Come posso ridurre i cambi utensile senza correre rischi?
Per ridurre i cambi utensile, progettate i pezzi con dimensioni standard e raggi interni ragionevoli. Gli utensili più grandi possono sgrossare rapidamente il materiale, mentre quelli più piccoli rifiniscono solo gli angoli stretti che li richiedono. Pianificate gli utensili in modo da ridurre al minimo l'uso di microutensili, a meno che una caratteristica non lo richieda davvero.
