Impostare un tornio CNC e chiedersi se è possibile davvero È necessario inondare la zona di taglio con il refrigerante? È disordinato, comporta costi aggiuntivi e comporta problemi ambientali. Tuttavia, ci si preoccupa della durata dell'utensile e della finitura del pezzo senza di esso.

Molte operazioni di tornitura CNC possono essere eseguite senza refrigerante. Questo grazie a utensili da taglio e rivestimenti avanzati, alcuni dei quali funzionano meglio anche a caldo! L'utilizzo di una minore quantità di refrigerante consente inoltre di ridurre i costi, è migliore per l'ambiente e le macchine e gli utensili moderni sono spesso progettati per queste condizioni.

In effetti, ho appreso che i costi dei fluidi da taglio possono essere pari a circa 16% dei costi totali di produzione, mentre gli utensili stessi potrebbero essere solo 34%. È una bella differenza! Inoltre, il trattamento del refrigerante usato è una seccatura per lo smaltimento e può essere dannoso per l'ambiente e persino per la salute dei lavoratori. Spesso sono i trucioli stessi a trasportare gran parte del calore, a volte fino a 80%. Per alcuni materiali, come la ghisa che non genera molto calore, o quando si utilizzano alcuni rivestimenti avanzati che preferiscono temperature più elevate, il refrigerante potrebbe non essere necessario, o addirittura essere dannoso. Quindi, la spinta verso il taglio a secco, o almeno meno refrigerante, ha molto senso. Ma questo non significa che il refrigerante sia obsoleto.

In quali condizioni specifiche di tornitura o per quali materiali il refrigerante è assolutamente indispensabile su un tornio CNC?

Pensate di poter spegnere il refrigerante per ogni lavoro? Non così in fretta. Alcuni materiali si oppongono con forza, generando tonnellate di calore. Ignorare questo aspetto può portare a utensili rovinati, pezzi difettosi e persino danni alla macchina.

Il refrigerante è assolutamente indispensabile quando si lavorano materiali molto duri o resistenti come l'acciaio inossidabile o le leghe di titanio, durante tagli profondi lunghi e continui, per finiture di alta precisione, con metalli non ferrosi appiccicosi come l'alluminio, o quando si torniscono alberi sottili dove il controllo del truciolo è fondamentale.

Sebbene il nostro obiettivo sia quello di lavorare a secco ove possibile, a volte il refrigerante è semplicemente una parte non negoziabile del processo. In base alla mia esperienza e alle vostre intuizioni, ecco le situazioni in cui non mi sognerei mai di lavorare senza:

• Lavorazione di materiali ad alta durezza o difficili da lavorare:
  • Si pensi agli acciai inossidabili, alle leghe di titanio, alle superleghe a base di nichel o agli acciai induriti (come nella tornitura dura con inserti in CBN, dove refrigerante¹ possono effettivamente causare uno shock termico e incrinare l'inserto). Questi materiali generano un calore estremo durante il taglio. Il refrigerante è fondamentale per evitare che l'utensile si bruci e che il pezzo si deformi. Per i materiali che si induriscono, come l'acciaio inossidabile, il refrigerante contribuisce a ridurre l'effetto di indurimento mantenendo più fredda la zona di taglio.
• Taglio continuo di lunga durata o sgrossatura profonda:
  • Quando si lavora molto materiale per molto tempo, il calore si accumula senza sosta. Il refrigerante aiuta a smaltire questo calore, evitando che l'utensile si surriscaldi e si usuri prematuramente. Inoltre, aiuta a rimuovere i trucioli dai tagli profondi.
• Finitura con elevati requisiti di precisione dimensionale:
  • Se si punta a tolleranze strette, ad esempio IT6 o più sottili per le sedi dei cuscinetti o le superfici di tenuta, la stabilità termica è fondamentale. Il refrigerante aiuta a mantenere una temperatura costante, riducendo al minimo l'espansione termica che potrebbe alterare le dimensioni e prevenendo altri cambiamenti metallurgici indesiderati nel pezzo.
• Prevenzione dell'adesione dei trucioli con i metalli non ferrosi:
  • Materiali come l'alluminio, il rame e alcuni acciai a basso tenore di carbonio possono diventare molto "gommosi". Tendono ad aderire all'utensile da taglio, formando un bordo costruito (BUE). Ciò rovina la finitura superficiale e può rompere l'utensile. Il refrigerante fornisce una lubrificazione che riduce notevolmente questa adesione.
• Per agevolare la rimozione dei trucioli durante la tornitura di alberi sottili o di parti a parete sottile:
  • I trucioli lunghi e filiformi degli alberi sottili possono avvolgere il pezzo o l'utensile, causando danni. Il refrigerante, soprattutto con una buona pressione, può aiutare a rompere questi trucioli e a lavarli via.

Ecco un breve riassunto:

Condizione	Perché il refrigerante è essenziale	Esempi
Alta durezza/materiali difficili2	Generazione di calore estremo, indurimento da lavoro	Acciaio inox, titanio, alcuni acciai temprati
Tagli lunghi e continui	Accumulo di calore, evacuazione dei trucioli	Sgrossatura di pezzi di grandi dimensioni, scanalatura profonda
Finitura di alta precisione3	Stabilità termica per la precisione dimensionale	Cuscinetti, superfici di tenuta (es. IT6 tol.)
Metalli non ferrosi/appiccicosi4	Prevenire l'adesione dei trucioli (BUE)	Alluminio, rame, alcuni acciai a basso tenore di carbonio
Alberi sottili/parti a parete sottile	Controllo e rimozione dei trucioli	Lavorazione di aste lunghe e sottili
Scenari specifici (ad esempio, fresatura di stampi)	Evitare lo shock termico dovuto a tagli intermittenti	Tagli discontinui dove il refrigerante colpisce un inserto caldo

Sapere quando usare il liquido di raffreddamento è altrettanto importante per il successo quanto sapere quando si può fare a meno di usarlo.

In che modo le velocità di taglio, gli avanzamenti e la profondità di taglio influenzano la decisione di utilizzare o rinunciare al refrigerante nella tornitura CNC?

Avete l'utensile e il materiale, ma che dire dell'aggressività del taglio? Spingere la macchina più a fondo sembra richiedere sempre il refrigerante. Ma il rapporto è più sfumato, soprattutto con gli utensili moderni.

Velocità di taglio, avanzamenti e profondità di taglio più elevati generano generalmente più calore. Anche se il refrigerante può gestire questo fenomeno, a velocità molto elevate il refrigerante in eccesso potrebbe causare un raffreddamento d'urto di alcuni utensili. Il tipo di utensile e di materiale determina in ultima analisi l'approccio migliore.

Le "velocità e gli avanzamenti" scelti, insieme alla profondità di taglio, hanno un impatto diretto sulla generazione di calore. Ecco come influenzano la scelta del refrigerante:

• Velocità di taglio⁵: È la velocità con cui la superficie del pezzo si sposta dall'utensile. È uno dei principali fattori che determinano la temperatura di taglio. In genere, all'aumentare della velocità aumenta la temperatura. Per molti utensili, come quelli con rivestimento CVD che ho usato sull'acciaio (che lavorano a 120-250 m/min), una qualche forma di refrigerante può contribuire a ottimizzare le prestazioni e a prolungare la durata. Tuttavia, a velocità di taglio molto elevate, soprattutto con alcuni utensili in metallo duro, il refrigerante tradizionale può causare un "raffreddamento d'urto". Questo rapido riscaldamento e raffreddamento può provocare microfratture e ridurre la durata dell'utensile. In questi casi, sarebbe meglio un getto d'aria, magari con una leggera nebulizzazione.
• Velocità di alimentazione⁶: Si tratta dell'avanzamento dell'utensile per ogni giro. Un avanzamento più elevato rimuove più rapidamente il materiale, ma aumenta anche le forze di taglio e può generare più calore, causando potenzialmente una maggiore usura dell'utensile o una superficie più ruvida. Il refrigerante aiuta in questo senso riducendo l'attrito e abbassando la temperatura, il che può ridurre l'usura dell'utensile e contribuire a mantenere la precisione. Per alcuni materiali, come la ghisa, che producono trucioli polverosi e meno calore, gli avanzamenti più elevati possono essere ancora sufficienti senza l'aggiunta di refrigerante.
• Profondità di taglio⁷: È la profondità con cui l'utensile si inserisce nel materiale. Una profondità di taglio maggiore rimuove più materiale per passata, migliorando l'efficienza, ma concentra anche più calore e forza sull'utensile. Per i tagli pesanti, il refrigerante è spesso utile per dissipare questo calore, proteggere l'utensile e migliorare la qualità complessiva. Al contrario, i tagli di finitura molto superficiali potrebbero non generare abbastanza calore da richiedere l'uso di refrigerante, soprattutto con l'utensile giusto.

È un gioco di equilibri tra produttività, durata dell'utensile, proprietà del materiale e capacità specifiche degli utensili da taglio.

Alcuni tipi specifici di materiali per utensili da taglio per torni CNC hanno prestazioni migliori nelle applicazioni di tornitura a secco?

Se si vuole ridurre o eliminare il refrigerante, la scelta dell'inserto da taglio è fondamentale. Non tutti i materiali sono uguali quando si tratta di gestire il calore e lo stress del taglio a secco. Quindi, quali sono i materiali da prendere in considerazione?

Sì, i moderni materiali per utensili da taglio, come specifiche qualità di carburo cementato, e soprattutto gli utensili con rivestimento avanzato (ad esempio, TiAlN, PVD, rivestimenti CVD), sono progettati per resistere alle alte temperature e alle condizioni abrasive della tornitura a secco molto meglio dei vecchi materiali.

L'evoluzione dei materiali degli utensili ha cambiato le carte in tavola per la lavorazione a secco. Ecco cosa ho imparato:

• Utensili in carburo cementato⁸: Sono cavalli di battaglia. La loro elevata durezza e la buona resistenza all'usura li rendono molto adatti a molte applicazioni di tornitura a secco, soprattutto su materiali come la ghisa che non generano eccessivo calore. Possono sopportare temperature più elevate rispetto all'acciaio rapido.
• Strumenti rivestiti⁹: È qui che la tornitura a secco è davvero brillante. L'applicazione di rivestimenti sottili e durissimi come il nitruro di titanio (TiN), il nitruro di alluminio e titanio (AlTiN) o altri strati avanzati PVD e CVD migliora notevolmente le prestazioni. Questi rivestimenti fungono da barriera termica, riducono l'attrito e aumentano notevolmente la resistenza all'usura. Alcuni rivestimenti, come il TiAlN, sono "attivati" da temperature più elevate e possono funzionare meglio in condizioni di asciutto o quasi asciutto. Per questi rivestimenti, il refrigerante alluvionale può essere controproducente, in quanto abbassa eccessivamente la temperatura e impedisce al rivestimento di raggiungere il suo stato di lavoro ottimale, causando potenzialmente anche uno shock termico.
• Utensili in acciaio ad alta velocità (HSS): L'HSS ha una buona tenacità ed è meno costoso, ma la sua resistenza al calore è inferiore a quella del metallo duro. Può essere utilizzato per la tornitura a secco in alcune applicazioni a bassa velocità o su materiali più morbidi, ma in genere non dura quanto i carburi rivestiti nei tagli a secco più impegnativi.
• Materiali speciali (CBN/PCD): Per lavori molto specifici, come la tornitura dura (lavorazione di acciai temprati), Nitruro di boro cubico (CBN)¹⁰ sono eccellenti per il taglio a secco, perché si sviluppano ad alte temperature. Come già detto, il refrigerante può causare uno shock termico al CBN in queste applicazioni.

La caratteristica principale della tornitura a secco è l'assenza di refrigerante disordinato, che riduce i costi e l'impatto ambientale. Tuttavia, le temperature di taglio più elevate possono comportare un'usura più rapida dell'utensile se non si sceglie il materiale giusto e non si ottimizzano attentamente i parametri di taglio.

Esistono alternative efficaci al tradizionale refrigerante a diluvio per le operazioni sui torni CNC?

Quindi, volete ridurre il disordine e il costo del refrigerante, ma il taglio a secco non è sempre fattibile o ottimale per il vostro lavoro specifico. Siete costretti a scegliere tra l'allagamento totale o niente? Fortunatamente no. Esistono soluzioni intermedie intelligenti.

Sì, la lubrificazione a quantità minima (MQL), i sistemi a nebbia e persino i semplici soffi d'aria sono alternative efficaci. Riducono drasticamente il consumo di fluidi, pur offrendo vantaggi cruciali in termini di lubrificazione, raffreddamento e rimozione dei trucioli, a seconda del sistema.

Ho visto questi sistemi diventare sempre più popolari, e per una buona ragione:

• Lubrificazione a quantità minima (MQL): Questa tecnica spruzza una quantità molto precisa e minuscola di olio lubrificante, spesso miscelato con aria compressa, direttamente sulla zona di taglio.
  • Riduce drasticamente il consumo di lubrificante (millilitri per ora, non galloni), con conseguente riduzione dei costi di acquisto e smaltimento.
  • Spesso utilizza oli biodegradabili, riducendo al minimo l'impatto ambientale e migliorando la salute dell'operatore.
  • La lubrificazione mirata migliora le caratteristiche di usura tra utensile, pezzo e trucioli, contribuendo a ridurre la forza di taglio, la temperatura di taglio e l'usura dell'utensile. Le mie intuizioni dimostrano che ciò contribuisce a prolungare la durata dell'utensile.
• Sistemi di iniezione pneumatica / nebulizzazione¹¹: Si tratta di spruzzare gas compresso (come l'aria) mescolato con una piccolissima quantità di olio (una nebbia) sull'area di lavorazione.
  • Riduce gli schizzi e l'inquinamento ambientale associati al refrigerante alluvionale. È molto più pulito per l'operatore e per l'aria dell'officina.
  • Riduce i costi delle attrezzature e dell'energia, poiché non sono necessari grandi pozzetti e pompe per il refrigerante.
  • L'aria aiuta a rimuovere i trucioli e le minuscole gocce d'olio forniscono una certa lubrificazione.
• Esplosione d'aria: Un semplice getto di aria compressa può essere sorprendentemente efficace.
  • È eccellente per la rimozione dei trucioli e fornisce un raffreddamento convettivo.
  • Non contiene olio, quindi non c'è lubrificazione, ma è perfetto per i materiali che si tagliano bene a secco (come la ghisa) o quando qualsiasi contaminazione di fluidi è indesiderabile (come alcune materie plastiche, dove evita anche lo shock termico).
• Refrigerante ad alta pressione¹²: Pur utilizzando un fluido, si tratta di un approccio mirato.
  • L'erogazione di refrigerante a pressioni molto elevate (ad esempio, oltre 1000 psi) direttamente nel taglio può essere estremamente efficace per rompere e lavare i trucioli, soprattutto in fori profondi o materiali tenaci. Ciò richiede pompe e utensili specializzati.

Questi metodi "quasi asciutti" o mirati offrono un ottimo equilibrio, riducendo in modo significativo l'uso del refrigerante e fornendo comunque i vantaggi necessari per molte applicazioni.

Conclusione

Sebbene il refrigerante alluvionale rimanga essenziale per alcuni materiali tenaci e per le operazioni più impegnative sui torni CNC, molte operazioni di tornitura possono ora essere eseguite efficacemente senza di esso, o con una lubrificazione minima e mirata, grazie a utensili avanzati e a un approccio più intelligente alla lavorazione.

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