Qual è la causa del fallimento delle ispezioni di qualità dei vostri fori forati CNC?

Avete terminato una grande produzione, ma l'ispettore della qualità rifiuta il lotto. I fori sono ovali, ruvidi o leggermente fuori posto. Perdete tempo e denaro prezioso per cercare di individuare la causa principale.

Tra le cause più comuni di fori falliti vi sono, ma non solo, l'avanzamento iniziale della punta, il runout del mandrino (che porta all'ovalizzazione), le bave di uscita eccessive e i segni di chattering interno. È possibile risolvere questi problemi stabilizzando il contatto iniziale, riducendo il runout a meno di 0,02 mm e ottimizzando gli avanzamenti e le velocità per il materiale specifico.

Alcuni operatori spesso danno la colpa al codice G o al controller della macchina, ma il ciclo di foratura, che sia G81 o G73, segue solo il percorso che gli viene assegnato. I veri problemi sono quasi sempre meccanici o legati alla configurazione. Lasciate che vi spieghi le ragioni fisiche per cui le operazioni di foratura falliscono e come le risolvo per garantire che ogni pezzo superi l'ispezione.

Perché il drill walk si verifica all'inizio del ciclo?

Si osserva il trapano avvicinarsi al pezzo. Tocca la superficie e scivola lateralmente prima di penetrare nel metallo. Ora il foro è decentrato e il pezzo è rovinato.

Il drill walk si verifica quando la punta dell'utensile slitta sulla superficie del pezzo a causa di un foro pilota mancante, di difetti geometrici della punta o di un serraggio insufficiente. L'uso di una punta a punti o di una punta in metallo duro di alta qualità assicura che l'utensile si centri immediatamente, evitando la deviazione iniziale.

L'offset della foratura all'inizio di un ciclo raramente è un errore del programma. È un problema di stabilità. Quando un trapano standard, in particolare uno con un angolo di punta di 118°, tocca una superficie liscia o dura, fatica a trovare l'appoggio. Il bordo dello scalpello, la punta del trapano, non taglia, ma si estrude. Se non si utilizza una punta centrale o trapano a colonna¹ per creare una guida, le forze di rotazione spingeranno la punta lateralmente sul materiale. Questo "slittamento" continua fino a quando la punta non scava, ottenendo un foro significativamente sfalsato rispetto alle coordinate programmate.

Il problema si aggrava se l'utensile presenta difetti geometrici. Se i due taglienti principali non sono esattamente uguali in lunghezza o in altezza, le forze di taglio si sbilanciano. La punta si allontana di fatto dal lato più forte.
Per risolvere questo problema, raccomando sempre un "esercitazione di prova²" a bassa velocità di avanzamento se non si è sicuri. Tuttavia, la soluzione migliore è quella meccanica: utilizzare una punta a punti per creare un foro centrale preciso. Se non è possibile forare a punti, utilizzare una punta in metallo duro integrale ad alta rigidità con geometria a punta spaccata, che è autocentrante. Inoltre, controllate il serraggio del pezzo. Se il pezzo vibra o si sposta anche solo leggermente al momento del contatto, la punta camminerà.

Causa principale	Meccanismo	Soluzione pratica
Pilota scomparso	La punta del trapano scorre su una superficie liscia	Usare sempre prima un trapano a percussione centrale
Geometria dello strumento	I bordi irregolari creano una forza laterale	Controllare la simmetria della foratura; utilizzare il punto di divisione
Macchina/Impostazione	La vibrazione consente il movimento	Bloccaggio sicuro; controllo della rigidità del mandrino
Materiale	I punti difficili deviano la punta	Ridurre l'avanzamento dell'entrata; utilizzare utensili in metallo duro più rigidi

In che modo la deviazione del mandrino influisce sulla rotondità e sulle dimensioni del foro?

Si misura il diametro del foro con un calibro a spillo. Si adatta a una direzione ma non all'altra perché il foro ha la forma di un uovo o di un triangolo.

Il runout del mandrino fa sì che la punta orbiti invece di girare vera, creando fori sovradimensionati, lobati o ellittici. Un runout superiore a 0,02 mm costringe il centro di taglio a deviare dal centro teorico, con conseguente scarsa precisione dimensionale e usura irregolare dell'utensile.

Il runout del mandrino è il nemico principale della rotondità del foro. In un mondo ideale, il trapano ruota perfettamente sul suo asse. In realtà, cuscinetti usurati o mandrini allentati causano scostamento radiale³. In questo caso, la punta non si limita a girare, ma orbita. Si comporta più come una barra di alesaggio che come un trapano, praticando un foro effettivamente più grande del diametro della punta.
Questo processo distrugge la rotondità. Poiché l'utensile oscilla, il percorso di taglio si discosta da un cerchio perfetto. I fori che si ottengono sono ellittici, poligonali o "lobati" (spesso triangolari).

L'impatto si estende a tolleranze⁴. È possibile che il diametro del foro cambi a diverse profondità o sia incoerente tra i pezzi. Se il runout radiale supera 0,02 mm, è quasi impossibile mantenere tolleranze strette.
Il runout danneggia anche gli utensili. Costringe un lato della punta a lavorare di più, causando un'usura non uniforme dei margini. Questo crea vibrazioni, che degradano ulteriormente la finitura superficiale. Verifico sempre il runout con un comparatore. Se è elevato, è bene passare a mandrini idraulici o a mandrini a serraggio rapido di alta precisione per stabilizzare l'utensile.

Problema	Causa	Conseguenza
Fori sovradimensionati	Utensile che "orbita" a causa del runout	Diametro di taglio effettivo > Diametro di foratura
Scarsa rotondità	Spostamento radiale periodico	Fori ellittici o lobati (triangolari)
Usura irregolare	Un labbro taglia più materiale	Riduzione della durata degli utensili e aumento delle vibrazioni

Perché le formazioni di bave sono eccessive nei fori di uscita?

Il foro sembra perfetto sulla superficie superiore. Ma quando si capovolge il pezzo, si nota un tappo metallico frastagliato o "corona" che pende dalla parte inferiore e che richiede una sbavatura manuale.

Le bave di uscita eccessive si verificano perché la punta spinge il materiale verso l'esterno invece di tagliarlo quando lo sfonda. Ciò è causato da utensili opachi, avanzamenti aggressivi in uscita o mancanza di supporto. Utensili affilati e avanzamenti ridotti in uscita impediscono questa deformazione plastica.

Le bave di uscita sono quasi sempre più gravi di quelle di entrata. Ciò è dovuto alla meccanica dello sfondamento. Quando la punta raggiunge il fondo del pezzo, il materiale rimanente diventa molto sottile. Perde la sua forza strutturale. Se i parametri di taglio sono troppo aggressivi, la punta smette di "tagliare" il metallo e inizia a "estrudere" o a spingere. Il materiale si strappa e si deforma plasticamente, creando una grande bava o un "tappo" che rimane appeso all'uscita.

Questo è particolarmente comune in materiali duttili⁵ come le leghe di alluminio o l'acciaio inossidabile, dove il metallo si allunga prima di rompersi. Succede anche quando gli utensili sono opachi. Un tagliente usurato aumenta la forza assiale necessaria per penetrare, che agisce come un pugno piuttosto che come una lama.
Per eliminare questo problema, mi concentro sulla "strategia di uscita". Innanzitutto, assicurarsi che la geometria dell'utensile corrisponda al materiale: le punte standard potrebbero non essere abbastanza affilate. In secondo luogo, ridurre la velocità di avanzamento di circa 50% proprio quando la punta sta per sfondare. Questo riduce la forza di taglio e consente al tagliente di tagliare lo strato finale in modo pulito. Per i pezzi critici, il posizionamento di una piastra di supporto sacrificale sotto il pezzo da lavorare fornisce un supporto ed elimina in pratica la necessità di un'operazione di taglio. bave di uscita⁶.

Fattore	Causa della bava	Soluzione
Azione di taglio	Spinta/estrusione vs. cesoiamento	Utilizzare strumenti affilati con geometria positiva
Velocità di alimentazione	L'alta forza assiale irrompe attraverso	Riduzione dell'alimentazione di 50% all'uscita del foro
Supporto materiale	Il materiale sottile si deforma facilmente	Utilizzare una piastra di supporto sacrificale
Usura degli utensili	I bordi opachi agiscono come un pugno	Ispezione e sostituzione periodica dei trapani

Come si possono eliminare i segni di vibrazione all'interno del foro?

Se si guarda all'interno del foro con una torcia elettrica, si notano linee ruvide e a spirale o un motivo che assomiglia a un disco in vinile. È probabile che il trapano abbia emesso un suono martellante durante il taglio.

I segni di vibrazione derivano da vibrazioni autoeccitate causate da lunghe sporgenze dell'utensile, rigidità insufficiente o scarsa evacuazione dei trucioli. È possibile eliminare questi segni accorciando la punta, evitando velocità risonanti del mandrino e utilizzando cicli di foratura a becco per eliminare i trucioli e raffreddare la zona di taglio.

Il chattering è un segno visibile di instabilità. All'interno di un foro forato, si manifesta di solito come un modello di vibrazione o una spirale superficiale ruvida. Il colpevole più comune è sporgenza dell'utensile⁷. Più la punta si allontana dal supporto, meno diventa rigida. Si comporta come un diapason. Quando le forze di taglio oscillano, la punta vibra, scavando nella parete del foro e creando quei brutti segni.

Un'altra causa importante è intasamento dei trucioli⁸. Se i trucioli non riescono ad evacuare, si accumulano nelle scanalature e sfregano contro la parete del foro, creando attrito e vibrazioni.
Per risolvere questo problema, iniziare ad accorciare la sporgenza del trapano. Utilizzare l'utensile più corto possibile per la profondità. Se si fora in profondità, utilizzare portautensili ad alta rigidità.
Quindi, esaminate i vostri parametri. Le vibrazioni si verificano spesso in una specifica "zona di risonanza". La semplice modifica della velocità del mandrino, in aumento o in diminuzione, può arrestare istantaneamente la vibrazione. Infine, utilizzare un ciclo di foratura a becco (come G83). In questo modo si rompono i trucioli e li si estrae dal foro, consentendo al contempo al refrigerante di raggiungere la punta. La lubrificazione riduce l'attrito e la deformazione termica, lasciando una superficie del foro liscia e pulita.

Strategia	Azione	Benefici
Aumentare la rigidità	Accorciare la sporgenza del trapano	Riduce la deviazione e l'effetto "diapason".
Rompere la risonanza	Regolare il numero di giri del mandrino	Spostamento del funzionamento dalla zona di vibrazione
Chips trasparenti	Utilizzare la perforazione Peck (G83)	Impedisce l'intasamento e lo sfregamento sulle pareti
Migliorare il raffreddamento	Refrigerante interno ad alta pressione	Lubrifica l'attrito e lava i trucioli

Conclusione

È possibile risolvere i problemi di foratura stabilizzando l'inizio per evitare il camminamento, riducendo al minimo l'errore di rotazione per garantire la rotondità, gestendo la velocità di uscita per bloccare le bave e aumentando la rigidità per eliminare il chattering.

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