Come scegliere tra tornitura dura e rettifica cilindrica normale?

Avete un pezzo in acciaio temprato che necessita di una finitura perfetta. Siete bloccati nel decidere tra un tornio e una smerigliatrice. La scelta sbagliata costa tempo e rovina il vostro margine di profitto.

Scegliete la tornitura dura per le forme complesse, i piccoli lotti e il taglio a secco ecologico dove le tolleranze IT5-IT6 sono accettabili. Scegliete la rettifica cilindrica per gli alberi lunghi e sottili, per i grandi lotti e quando avete bisogno di una precisione sub-micronica o di finiture migliori di Ra 0,2µm. La tornitura dura offre una messa a punto più rapida, mentre la rettifica garantisce la massima stabilità.

Alla J&M Machine Tools vendiamo sia torni che rettifiche cilindriche. Non abbiamo pregiudizi. Vogliamo solo che usiate la macchina giusta per il lavoro. Negli ultimi 12 anni, abbiamo aiutato officine di 26 paesi a prendere questa decisione. Ecco come suddividiamo la scelta in base alle reali esigenze di produzione.

Qual è la differenza nel meccanismo di rimozione del materiale tra tornitura e rettifica?

Si potrebbe pensare che facciano la stessa cosa. Ma il modo in cui attaccano il metallo è completamente diverso e questo cambia il modo di gestire il calore e le sollecitazioni.

La tornitura dura utilizza un utensile a punta singola per tranciare il metallo in trucioli, mantenendo il calore nel truciolo. La rettifica utilizza una mola abrasiva per tagliare, arare e sfregare la superficie. La tornitura si basa sulla forza meccanica e sulla deformazione plastica, mentre la rettifica si basa sull'attrito e sulla micro-abrasione e richiede un refrigerante per gestire il calore.

Per capire la differenza è necessario esaminare la fisica. La tornitura dura funziona come la tornitura tradizionale, ma il materiale è molto più duro, di solito superiore a 45 HRC. Si utilizza un utensile da taglio a punta singola, in genere Nitruro di boro cubico policristallino (PCBN)¹ o ceramica. L'utensile ha un bordo affilato. Penetra nell'acciaio e rimuove il materiale attraverso il taglio. In questo modo si crea un punto focalizzato di deformazione plastica. Il truciolo si stacca in modo netto. Il bello è la gestione del calore. Circa 80% - 90% del calore va nel truciolo, lasciando il pezzo relativamente freddo. In questo modo si preserva la microstruttura del pezzo.

La rettifica è diversa. Utilizza una ruota rotante ad alta velocità composta da migliaia di piccoli grani abrasivi. Questi grani non si limitano a tagliare. Eseguono tre azioni: taglio, aratura e sfregamento. Alcuni grani tagliano il metallo, ma altri si limitano a spingerlo o a sfregarlo. Questo attrito genera un calore immenso. A differenza della tornitura, questo calore si impregna nel pezzo. È quasi sempre necessario un refrigerante per evitare danni termici. Quindi, tornitura dura² è un processo di "taglio" veloce e freddo. La rettifica è un processo di "abrasione" lento, caldo e preciso.

Perché la tornitura dura è spesso più conveniente per la produzione di piccoli lotti?

I piccoli lavori uccidono il profitto se la messa a punto richiede troppo tempo. È necessario un processo che inizi a produrre trucioli immediatamente, senza dover passare ore a calibrare una macchina o a ravvivare una ruota.

La tornitura dura è più economica per i piccoli lotti perché viene eseguita su torni CNC standard con tempi di attrezzaggio ridotti. Elimina le costose mole e le attrezzature dedicate. È possibile lavorare più elementi in un unico serraggio, riducendo i tempi di movimentazione, e i trucioli secchi sono più facili da riciclare rispetto ai fanghi di rettifica.

Il denaro è importante in ogni officina. Se consideriamo i lotti medio-piccoli, la tornitura dura costa quasi sempre meno. In primo luogo, bisogna considerare l'investimento nella macchina. Un tornio CNC costa in genere da 1/3 a 1/2 del prezzo di una rettifica cilindrica. Il risparmio di capitale è immediato.
In secondo luogo, è necessario esaminare l'impostazione. La rettifica richiede una calibrazione complessa. È necessario rivestire la mola della forma perfetta e bilanciarla. Spesso sono necessarie attrezzature specifiche per ogni pezzo. La tornitura dura utilizza supporti standard. Si cambia un utensile, si carica il programma e si parte. Il cambio richiede pochi minuti, non ore.

In terzo luogo, il processo è semplificato. La tornitura dura consente di "girare invece di rettificare". È possibile rifinire OD, ID, faccia e scanalature in un unico serraggio. Non è necessario spostare il pezzo su un'altra macchina. Questo riduce la manodopera e gli errori di manipolazione.
Infine, pensate all'ambiente. La tornitura dura è spesso un processo a secco. Non sono necessari costosi sistemi di raffreddamento o di smaltimento dei fanghi. I trucioli secchi sono puliti e facili da riciclare. Questo rende l'intera operazione più pulita e riduce notevolmente le bollette rispetto al processo di macinazione, che richiede molta energia.

Caratteristica	Giravolta difficile	Rettifica cilindrica
Tempo di configurazione	Breve (minuti)	Lunga (ore)
Costo della macchina	Basso (1/3 del macinino)	Alto
Fabbisogno di refrigerante	Nessuno (taglio a secco)	Essenziale (liquido di raffreddamento)
Tipo di rifiuto	Chips puliti e riciclabili	Fanghi di macinazione tossici

Come si confrontano le capacità di finitura superficiale e di tolleranza tra tornitura e rettifica?

È necessario rispettare un numero specifico sulla cianografia. Se non si rispetta la tolleranza, il pezzo è da scartare. È necessario conoscere i limiti assoluti di ogni tipo di macchina.

La rettifica vince sulla precisione, raggiungendo tolleranze IT4 e rugosità inferiore a Ra 0,1µm. La tornitura dura raggiunge IT5-IT6 e Ra 0,2-0,8µm, sufficienti per la maggior parte dei componenti della trasmissione. La rettifica è la scelta per le finiture a specchio, mentre la tornitura dura si adatta alle esigenze standard di alta precisione.

Questo è di solito il fattore decisivo per i nostri clienti di fascia alta. Rettifica cilindrica esterna³ è ancora il re della precisione. Se la vostra stampa richiede tolleranze dimensionali a livello sub-micronico (≤1μm) o IT4, dovete rettificare. Se avete bisogno di una finitura "a specchio" con una rugosità (Ra) costantemente inferiore a 0,1μm, dovete rettificare. La natura abrasiva della mola crea una texture casuale, a tratteggio incrociato, incredibilmente liscia. Il processo è estremamente stabile e offre valori di Cpk elevati su lunghe tirature.

La tornitura dura è migliorata molto. Con una macchina rigida e utensili PCBN di qualità, possiamo raggiungere tolleranze IT5 o IT6. Possiamo ottenere una rugosità superficiale di Ra 0,2-0,8μm. Per 80% di pezzi, come ingranaggi, alberi motore o sedi di cuscinetti, questo è sufficiente. Tuttavia, la tornitura lascia una microscopica linea di avanzamento a spirale sul pezzo. Mentre i numeri sembrano buoni, la struttura è diversa.
Inoltre, la tornitura dura può indurre tensioni residue di compressione sulla superficie. Ciò migliora effettivamente la durata a fatica del pezzo, il che è un vantaggio nascosto. Ma per ottenere una rotondità assoluta (entro 0,5 micron) e una vera finitura a specchio, la rettifica rimane l'unica opzione affidabile.

Come determinare se la geometria del pezzo favorisce la tornitura o la rettifica?

Spesso è la forma del pezzo a decidere. Alcune forme sono impossibili da rettificare in modo efficiente, mentre altre sono impossibili da tornire senza causare vibrazioni.

Scegliete la tornitura dura per geometrie complesse con gradini, contorni e superfici affusolate che richiedono una lavorazione in un'unica fase. Scegliete la rettifica per gli alberi lunghi e sottili (elevato rapporto lunghezza/diametro) o per i pezzi a pareti sottili che si deformano facilmente. La tornitura gestisce meglio i profili, mentre la rettifica eccelle per i cilindri dritti e stabili.

Guardate il disegno del vostro pezzo. La geometria indica la macchina da acquistare. Se il pezzo è complesso, è meglio usare la tornitura dura. Presenta gradini, rastremazioni, scanalature, filettature o contorni sferici? Un tornio può realizzare tutte queste caratteristiche con un percorso utensile continuo. È possibile programmare qualsiasi contorno. Una mola è larga e piatta. Non può entrare facilmente in angoli stretti o tagliare curve complesse senza una mola speciale e costosa. La tornitura offre la flessibilità di lavorare profili complessi e forme non circolari come le camme in una sola volta.

Tuttavia, se il pezzo è strutturalmente debole, è opportuno ricorrere alla rettifica. Si pensi a un albero lungo e sottile o a un manicotto a pareti sottili. Si tratta di un elevato rapporto lunghezza/diametro⁴. Se si spinge un utensile di tornitura contro di esso, la forza di taglio piegherà il pezzo. Il centro dell'albero finirà per essere più spesso delle estremità a causa della deformazione. La rettifica esercita una pressione di taglio molto ridotta. Non spinge via il pezzo. Rettifica sempre un cilindro dritto e vero, senza distorcere le pareti sottili. Se non è possibile ruotare facilmente il pezzo o se si hanno superfici molto interferenti, la rettifica potrebbe essere l'unica opzione fisica.

Conclusione

Scegliete la tornitura dura per la velocità, il risparmio ecologico e le forme complesse in piccoli lotti. Scegliete la rettifica per gli alberi lunghi, le pareti sottili e delicate e quando avete bisogno di una precisione assoluta a specchio.

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