Rugosità superficiale nella lavorazione CNC

La rugosità superficiale è un indicatore importante per misurare le irregolarità microscopiche della superficie di un componente, influenzandone direttamente la resistenza all'usura, le proprietà di adattamento, la resistenza alla fatica, le prestazioni di tenuta e l'aspetto. Nella lavorazione a controllo numerico, il controllo preciso della rugosità superficiale è fondamentale per misurare la qualità della lavorazione.

I. Concetti fondamentali: Ra e Rz

Nella maggior parte dei casi incontrerai due parametri:

· Ra (Deviazione Media Aritmetica): l'indicatore più comunemente utilizzato. È la media aritmetica dei valori assoluti dello spostamento del contorno all'interno della lunghezza di campionamento. Minore è il valore di Ra, più liscia è la superficie.

· Comprensione intuitiva: Ra riflette la differenza di altezza "media" della superficie. Ad esempio:

· Ra 0,8 μm: Segni di lavorazione visibili, ma lisci al tatto (ottenibili tramite fresatura di precisione e tornitura di precisione).

· Ra 1,6 μm: Segni di lavorazione leggermente visibili (requisiti standard generali per lavorazioni fini).

· Ra 3,2 μm: Segni di lavorazione visibili (valore comune per la semifinitura).

· Ra 6,3 μm: Segni dell'utensile chiaramente visibili (nello stato dopo la sgrossatura).

· Rz (Altezza Massima): la distanza tra la linea di picco del contorno e la linea di fondo della valle all'interno della lunghezza di campionamento. Presta maggiore attenzione ai picchi e alle valli estremi sulla superficie, che sono più importanti per le prestazioni, come la tenuta.

In parole povere: Ra guarda al "livello medio", mentre Rz guarda alla "situazione estrema". In generale lavorazione meccanica, Ra è il simbolo più comunemente utilizzato.

Ii. Quattro fattori chiave che influenzano la rugosità superficiale

Il controllo della rugosità superficiale implica essenzialmente il controllo dell'interazione tra l'utensile da taglio e il pezzo in lavorazione. I principali fattori che influenzano la rugosità superficiale possono essere riassunti in quattro punti:

1. Parametri di taglio (nucleo del programma CNC

· Velocità di taglio (Vc): aumentare la velocità di rotazione/velocità lineare è solitamente il modo più efficace per migliorare la finitura. Velocità più elevate possono ridurre la formazione di tagliente di riporto (BUE), rendendo il processo di taglio più fluido e ottenendo così una superficie più liscia.

· Velocità di avanzamento (F): questo è uno dei parametri che hanno il maggiore impatto sulla rugosità. Riducendo la velocità di avanzamento si può ridurre direttamente l'altezza dei segni residui dell'utensile sulla superficie lavorata (la rugosità teorica è proporzionale al quadrato della velocità di avanzamento).

· Profondità di taglio (Ap): solitamente, la sua influenza sulla rugosità è indiretta. Una profondità di taglio eccessiva può causare vibrazioni e deformazione dell'utensile, deteriorando così la qualità della superficie.

2. Selezione degli strumenti

· Raggio dell'arco di punta (Re): aumentare il raggio dell'arco di punta è un altro potente strumento per migliorare la rugosità superficiale. Un raggio dell'arco maggiore può rendere i segni dell'utensile più lisci e ridurre significativamente il valore teorico di rugosità.

· Materiale e rivestimento dell'utensile: i rivestimenti con buona resistenza all'usura (come TiAlN) e i substrati più duri (come il carburo cementato) possono mantenere il tagliente affilato e ridurre il deterioramento della superficie causato dall'usura.

· Usura degli utensili: gli utensili usurati sono il principale fattore che compromette la qualità della superficie. Una lama smussata schiaccia il materiale anziché tagliarlo, causando bave, lacerazioni e un netto aumento della rugosità superficiale. Gli utensili da taglio devono essere ispezionati e sostituiti regolarmente.

3. Macchine utensili e serraggio

· Rigidità/condizioni della macchina utensile: le vecchie macchine utensili con gioco nei cuscinetti dell'albero principale sono soggette a vibrazioni (flutter), che lasciano evidenti segni di vibrazione sulla superficie e ne danneggiano gravemente la rugosità.

· Rigidità di serraggio del pezzo: il pezzo deve essere serrato saldamente. Qualsiasi leggera scossa verrà riflessa sulla superficie lavorata.

· Precisione di serraggio dell'utensile: l'utilizzo di portautensili di alta qualità (come portautensili termoretraibili o portautensili idraulici) può ridurre l'eccentricità dell'utensile, garantire che tutti i taglienti partecipino al taglio in modo uniforme e ottenere una finitura superficiale uniforme.

4. Proprietà del materiale

· Durezza e tenacità del materiale: i materiali viscosi (come alluminio e acciaio inossidabile) tendono a formare taglienti di riporto, con conseguente formazione di trucioli che aderiscono al tagliente e lacerano la superficie lavorata. I materiali fragili (come la ghisa) hanno maggiori probabilità di ottenere una finitura superficiale migliore.

· Raffreddamento e lubrificazione: l'uso corretto del refrigerante è di vitale importanza.

Per materiali come le leghe di alluminio, una quantità sufficiente di refrigerante può rimuovere i trucioli, evitare graffi sulla superficie lavorata e abbassare la temperatura.

Per l'acciaio inossidabile, le leghe di titanio e altri materiali, l'uso di refrigerante a base di olio o ad alta pressione può lubrificare efficacemente, ridurre la forza di taglio ed eliminare il tagliente di riporto.

III. Abilità pratiche e soluzioni

Fenomeni problematici, possibili cause, soluzioni

Sono presenti segni di vibrazione regolari sulla superficie della macchina utensile/pezzo/utensile (vibrazioni). 1. Controllare e migliorare la rigidità di serraggio. 2. Regolare i parametri di taglio (regolare con precisione la velocità di rotazione o l'avanzamento) per modificare la frequenza di vibrazione. 3. Ridurre la lunghezza della sporgenza dell'utensile da taglio e utilizzarne uno più spesso.

Ci sono materiali strappati e bavati che aderiscono alla superficie dell'utensile e il tagliente di riporto è notevole. 1. Aumentare la velocità di taglio. 2. Utilizzare utensili affilati con scanalature di lucidatura. 3. Aumentare la concentrazione e la portata del refrigerante, oppure passare a un refrigerante con una migliore lubrificazione.

Rugosità superficiale irregolare e usura degli utensili: 1. Ispezionare e sostituire gli utensili usurati. 2. Ottimizzare il percorso di lavorazione per evitare che l'utensile rimanga a lungo sull'angolo.

Impossibile raggiungere il valore Ra desiderato. La combinazione di parametri non è ragionevole. 1. Provare prima a ridurre la velocità di avanzamento (F). In secondo luogo, provare ad aumentare la velocità del mandrino (S). 3. Sostituire l'utensile con uno con un raggio di punta maggiore (Re).

Problema di programmazione del percorso utensile per la differenza di rugosità in aree specifiche: 1. Utilizzare una distanza di passo (passo) più piccola durante la lavorazione di finitura (solitamente inferiore al 10% del diametro dell'utensile). 2. Durante la finitura del contorno, utilizzare archi per l'ingresso e l'uscita per evitare la penetrazione diretta nel pezzo.

Iv. Strategie classiche di regolazione dei parametri (prendendo come esempio la lavorazione fine)

Per ottenere una superficie più liscia (ad esempio Ra 0,8), effettuare le regolazioni nel seguente ordine di priorità:

Prima scelta: ridurre la velocità di avanzamento (F). Questo è il metodo più diretto ed efficace.

2. Seconda scelta: aumentare la velocità di taglio (Vc/S). Tuttavia, è necessario tenere conto della velocità nominale dell'utensile da taglio e della capacità della macchina utensile.

3. Di nuovo: aumentare il raggio dell'arco sulla punta del coltello (Re). Se l'utensile e il programma lo consentono.

4. Ultima risorsa: utilizzare un utensile con lama lucidante. Alcuni utensili da taglio moderni sono dotati di taglienti appositamente lucidati, che possono raggiungere una rugosità superficiale estremamente bassa anche a velocità di avanzamento elevate.

Infine, non dimenticare:

· Misurazione: valutare oggettivamente i risultati utilizzando un misuratore di rugosità superficiale anziché affidarsi esclusivamente all'occhio nudo e al tatto.

· Comunicazione con i fornitori: i fornitori di utensili possono fornire suggerimenti sui parametri per materiali e tipi di lavorazione specifici.

· Sperimenta e registra: esegui semplici tagli di prova, registra le combinazioni di parametri riuscite e crea la tua libreria di parametri di elaborazione.

Comprendendo sistematicamente i fattori sopra menzionati e applicando in modo flessibile queste tecniche, sarai in grado di prevedere e controllare efficacemente la rugosità superficiale di Lavorazione CNCe realizzare prodotti di qualità superiore.