Durante la lavorazione CNC, quando acciaio, alluminio o altri metalli duttili vengono tagliati a basse o medie velocità, una piccola massa di metallo può aderire alla superficie di spoglia dell'utensile da taglio. Questo metallo aderente è noto come bordo di riporto (Built-Up Edge, BUE). Ma sapete come si forma un bordo di riporto? E quali effetti ha sul processo di lavorazione?
Cause di accumulo di materiale sul bordo (BUE)
Quando lavorazione CNC di materiali duttili Ad esempio, quando si lavora l'acciaio a velocità di taglio relativamente basse, dove si formano trucioli continui, una massa metallica triangolare a forma di cuneo aderisce spesso alla superficie di spoglia vicino al tagliente. Questa massa metallica aderente è nota come bordo di riporto (BUE), come illustrato in figura. La durezza del BUE è estremamente elevata, tipicamente 2-3 volte quella del materiale del pezzo. Quando il BUE raggiunge uno stato stabile, può temporaneamente sostituire il tagliente durante l'azione di taglio. Le dimensioni del BUE sono comunemente rappresentate dalla sua altezza, indicata con (H_b).
Durante il taglio, si verifica un forte attrito tra la parte inferiore del truciolo e la superficie di spoglia dell'utensile. Quando l'interfaccia di contatto raggiunge una certa temperatura sotto alta pressione, il materiale del pezzo aderisce alla superficie di spoglia per adesione, un fenomeno noto anche come "saldatura a freddo". Man mano che il truciolo, in continuo flusso, scorre sullo strato metallico aderente, se la temperatura e la pressione rimangono adeguate, anche il materiale alla base del truciolo viene ostacolato. Questo aderisce allo strato precedentemente saldato a freddo sulla superficie di spoglia. Di conseguenza, lo strato aderente cresce gradualmente fino a formare un bordo di riporto.
La formazione e la crescita del BUE (Bounded Upset) sono strettamente correlate alle proprietà del materiale del pezzo in lavorazione, nonché alla distribuzione della temperatura e della pressione all'interno della zona di taglio. I materiali con una maggiore tendenza all'incrudimento sono più inclini a generare BUE. Quando la temperatura e la pressione nella zona di taglio sono troppo basse, il BUE non si forma. Al contrario, quando la temperatura è eccessivamente alta, il materiale si ammorbidisce e anche la formazione del BUE viene soppressa. Per l'acciaio al carbonio, l'altezza del BUE raggiunge il suo massimo quando la temperatura nella zona di taglio è di circa 300-350 °C, mentre il BUE scompare automaticamente una volta che la temperatura supera i 500 °C.
Quando la profondità di taglio (a_p) e la velocità di avanzamento (f) rimangono costanti, l'altezza BUE (H_b) è strettamente correlata alla velocità di taglio (v_c), poiché il calore generato durante il taglio aumenta con l'aumentare della velocità di taglio. Come mostrato in figura:
- Regione I: Zona a bassa velocità dove non si formano BUE
- Regione II: l'altezza BUE aumenta all'aumentare di ( v_c )
- Regione III: l'altezza BUE diminuisce all'aumentare di ( v_c ).
- Regione IV: Nessun modulo BUE
Influenze del bordo costruito
(1) Aumento dell'angolo di inclinazione effettivo
Il BUE applicato alla superficie di spoglia aumenta efficacemente l'angolo di spoglia effettivo dell'utensile (vedere Fig.), riducendo così le forze di taglio.
(2) Variazione dello spessore di taglio
La parte anteriore del BUE si estende oltre il bordo tagliente, aumentando lo spessore di taglio effettivo di un incremento di ( Δ h_D ). Man mano che il BUE cresce, ( Δ h_D ) aumenta gradualmente. Una volta che il BUE si stacca o si separa dalla faccia del rastrello, ( Δ h_D) diminuisce rapidamente. Poiché la formazione, la crescita e il distacco del BUE avvengono ciclicamente, le fluttuazioni nello spessore di taglio portano inevitabilmente a variazioni nella forza di taglio.
(3) Aumento della rugosità superficiale
La porzione del BUE che si estende oltre il tagliente è irregolare sia nella forma che nell'altezza, il che aumenta la rugosità superficiale della superficie lavorata. Inoltre, frammenti distaccati del BUE possono incastrarsi nella superficie lavorata, degradandone ulteriormente la qualità.
(4) Influenza sulla durata dell'utensile
Un BUE stabile, aderente alla superficie di spoglia, può sostituire temporaneamente il tagliente durante la lavorazione, riducendo così l'usura diretta dell'utensile e prolungandone la durata. Tuttavia, se il BUE si stacca ripetutamente dalla superficie di spoglia, può asportare particelle di materiale dell'utensile dalla superficie stessa, in particolare negli utensili in metallo duro, con conseguente usura accelerata e riduzione della durata dell'utensile.
Misure per prevenire la formazione di accumulo sui bordi
L'influenza del BUE (Bottom Edge Usage, bordo tagliente esterno) sul processo di taglio presenta aspetti sia benefici che dannosi. Durante la sgrossatura, dove i requisiti di precisione dimensionale e finitura superficiale sono relativamente bassi, il BUE può agevolare il processo di taglio fungendo da tagliente temporaneo. Tuttavia, durante la finitura, il BUE deve essere ridotto al minimo o eliminato per garantire la precisione dimensionale e l'integrità della superficie.
Per sopprimere la formazione di BUE si possono adottare le seguenti misure:
- Selezionare correttamente la velocità di taglio per evitare l'intervallo di velocità media in cui è più probabile la formazione di BUE (Bounded Uneval Error).
- Utilizzare fluidi da taglio con eccellenti proprietà lubrificanti per ridurre l'attrito tra la parte inferiore del truciolo e la superficie di spoglia dell'utensile.
- Aumentare l'angolo di spoglia dell'utensile per ridurre la pressione tra la superficie di spoglia e il truciolo.
- Aumentare opportunamente la durezza del materiale del pezzo in lavorazione per ridurne la tendenza all'incrudimento.
