Nel mondo della meccanica e della produzione industriale, le lavorazioni per asportazione di truciolo sono uno dei metodi principali per la creazione di componenti e pezzi lavorati. Tra queste, la fresatura rappresenta una tecnica fondamentale, in grado di offrire una grande varietà di forme e finiture superficiali.
In questo articolo, vedremo i concetti base della fresatura, utili per chi lavora quotidianamente nel settore del disegno meccanico.
INTRODUZIONE ALLA FRESATURA
La fresatura è un processo di lavorazione meccanica in cui un utensile rotante, detto “fresa”, asporta del materiale da un pezzo da lavorare, detto “semilavorato”. La fresa, dotata di diversi taglienti, ruota ad alta velocità e avanza attraverso il materiale, rimuovendo progressivamente trucioli fino a ottenere la forma desiderata.
A differenza di altre tecniche di lavorazione, come la tornitura o la rettifica, la fresatura è particolarmente versatile e permette di eseguire operazioni su superfici piane, curve, fori, tasche e altre geometrie complesse. Questa capacità di lavorare forme tridimensionali la rende particolarmente adatta alla produzione di componenti meccanici.
TIPI DI FRESATURA
Esistono diversi tipi di fresatura, che si distinguono in base al movimento dell’utensile e del pezzo da lavorare, oltre che alla posizione dei taglienti sulla fresa stessa. Ecco una panoramica dei principali metodi:
Fresatura frontale
In questa tecnica, i taglienti della fresa sono disposti principalmente sulla parte terminale dell’utensile. Durante l’operazione, la fresa ruota attorno al proprio asse e avanza perpendicolarmente rispetto alla superficie del pezzo. Questo tipo di fresatura è particolarmente adatto per lavorare superfici piane e larghe, garantendo una buona qualità della finitura superficiale.
Fresatura periferica
Nella fresatura periferica, i taglienti sono disposti lungo il bordo della fresa. La fresa avanza parallelamente alla superficie del pezzo, rimuovendo il materiale principalmente lungo il bordo. Questo metodo è molto utilizzato per creare superfici piane laterali o per lavorare pezzi con forme irregolari.
Fresatura inclinata
La fresatura inclinata è una variante della fresatura periferica in cui l’utensile è inclinato rispetto alla superficie del pezzo. Questo tipo di fresatura è utile per lavorare superfici inclinate o piani inclinati rispetto al piano orizzontale.
Fresatura a copiare
È una tecnica in cui la fresa segue un percorso predeterminato per creare forme tridimensionali complesse, come cavità, modelli e stampi. È particolarmente utile per la produzione di componenti con geometrie complesse e non lineari.
Fresatura a spianare
Utilizzata per ottenere superfici piane e regolari, questa tecnica prevede l’uso di frese larghe e taglienti distribuiti lungo tutta la superficie dell’utensile. È ideale per lavorare pezzi di grandi dimensioni, in cui è richiesta una finitura superficiale accurata.
UTENSILI PER LA FRESATURA
Gli utensili utilizzati nella fresatura, le frese, sono disponibili in una vasta gamma di forme, dimensioni e materiali. La scelta dell’utensile giusto dipende dal tipo di materiale da lavorare, dalla forma del pezzo e dalle tolleranze richieste. Tra i principali tipi di frese troviamo:
Fresa cilindrica: è uno degli utensili più comuni e viene utilizzato principalmente per la fresatura periferica. I taglienti sono disposti lungo il bordo della fresa, e l’utensile può avere diverse lunghezze e diametri.
Fresa a disco: caratterizzata da un corpo discoidale, è utilizzata per eseguire scanalature e tagli profondi nel materiale. È adatta per lavorazioni che richiedono una grande rimozione di materiale in profondità.
Fresa a candela: questo utensile è molto versatile e viene impiegato sia per la fresatura frontale che per quella periferica. La sua forma allungata consente di lavorare superfici difficili da raggiungere e di eseguire operazioni su fori e cavità.
Fresa a inserti: le frese a inserti utilizzano taglienti intercambiabili, chiamati “inserti”. Questi inserti possono essere sostituiti una volta usurati, senza dover cambiare l’intero utensile. Sono molto utilizzate nella produzione di massa, in quanto permettono di ridurre i tempi di fermo macchina.
PARAMETRI DI FRESATURA
Per ottenere una lavorazione ottimale, è essenziale regolare correttamente i parametri della fresatura. I principali parametri da considerare includono:
Velocità di taglio
La velocità di taglio è la velocità alla quale il tagliente della fresa attraversa il materiale del pezzo. È espressa in metri al minuto (m/min) ed è influenzata dal tipo di materiale della fresa e del pezzo da lavorare. La formula della velocità di taglio (Vc) per la fresatura è la seguente:
Questa formula permette di calcolare la velocità con cui i taglienti dell’utensile attraversano il materiale da lavorare. La velocità di taglio è un parametro cruciale per ottenere una buona finitura e per evitare usura prematura degli utensili.
Avanzamento
L’avanzamento è la velocità con cui la fresa avanza attraverso il pezzo da lavorare. È espresso in millimetri per giro (mm/giro) o millimetri al minuto (mm/min). Un avanzamento troppo elevato può portare a un eccessivo carico dell’utensile, mentre un avanzamento troppo basso può causare un’usura prematura del tagliente.
Il simbolo comunemente utilizzato per rappresentare l’Avanzamento è f.
L’avanzamento è la quantità di materiale che l’utensile rimuove ad ogni giro o ad ogni passaggio. Esistono diversi tipi di avanzamento che possono essere espressi in modi differenti:
– fz: avanzamento per dente, rappresenta la distanza percorsa dall’utensile per ogni tagliente durante un giro.
– fn: avanzamento per giro, rappresenta la distanza percorsa dall’utensile durante un’intera rotazione.
– ft o fmin: avanzamento al minuto, rappresenta la velocità lineare con cui l’utensile avanza nel pezzo (in mm/min).
Questi parametri variano a seconda del tipo di lavorazione e della macchina utilizzata.
Profondità di taglio
La profondità di taglio rappresenta lo spessore del materiale asportato in un singolo passaggio dell’utensile. Maggiore è la profondità di taglio, più materiale viene rimosso, ma aumenta anche lo sforzo sull’utensile e sulla macchina. È importante trovare un equilibrio tra produttività e durata dell’utensile.
I simboli comunemente utilizzati per rappresentare la profondità di taglio nella fresatura sono:
- ae : rappresenta la profondità di taglio radiale, cioè la distanza misurata in direzione perpendicolare alla superficie lavorata. Questa profondità indica quanto in profondità penetra l’utensile nel materiale durante la lavorazione.
- ap : rappresenta la profondità di taglio assiale, cioè la distanza lungo la direzione di avanzamento dell’utensile. Indica la larghezza della zona di materiale che viene rimossa in un passaggio laterale.
La profondità di taglio è un parametro importante da regolare correttamente per ottimizzare la lavorazione, ridurre l’usura dell’utensile e garantire una buona qualità della finitura.
STRATEGIE DI FRESATURA
La fresatura può essere eseguita seguendo diverse strategie, a seconda della forma del pezzo e delle specifiche della lavorazione. Alcune delle strategie più comuni includono:
Fresatura in passata unica: in questa tecnica, l’utensile rimuove tutto il materiale richiesto in un singolo passaggio. È ideale per operazioni che richiedono tempi di lavorazione brevi, ma richiede una macchina e un utensile particolarmente robusti.
Fresatura in più passate: la fresatura in più passate prevede la rimozione del materiale in più passaggi consecutivi. Ogni passata rimuove una quantità ridotta di materiale, riducendo lo sforzo sull’utensile e sulla macchina. Questa strategia è preferita per lavorazioni di precisione o per materiali particolarmente difficili da lavorare.
Fresatura a zig-zag: questa tecnica prevede che l’utensile avanzi in entrambe le direzioni, creando un movimento “a zig-zag”. È utile per rimuovere rapidamente grandi quantità di materiale, ma può ridurre la qualità della finitura superficiale.
Fresatura trocoidale: una tecnica avanzata in cui l’utensile esegue movimenti circolari, rimuovendo il materiale in modo più graduale. Questo metodo è particolarmente utile per lavorare materiali duri e per ridurre l’usura dell’utensile.
MATERIALI DA FRESARE
La fresatura può essere utilizzata su una vasta gamma di materiali, tra cui:
Acciaio: è uno dei materiali più comuni nella lavorazione meccanica. È disponibile in diverse varianti, da acciai dolci a quelli legati e temprati. La fresatura dell’acciaio richiede l’uso di frese resistenti all’usura, come quelle in metallo duro o con rivestimenti speciali.
Alluminio: è un materiale leggero e relativamente facile da fresare. Tuttavia, tende a formare trucioli lunghi e gommosi, che possono accumularsi sull’utensile. Per lavorare l’alluminio, è preferibile utilizzare frese con geometrie specifiche per ridurre l’adesione del materiale.
Ghisa: è un materiale duro e fragile, che produce trucioli corti e tende a causare un’elevata usura degli utensili. La fresatura della ghisa richiede frese con elevata resistenza all’usura e velocità di taglio ridotte.
Materiali plastici e compositi: possono essere lavorati con tecniche di fresatura, ma richiedono utensili specifici e velocità di avanzamento più elevate rispetto ai metalli. La sfida principale nella fresatura di questi materiali è evitare il surriscaldamento, che potrebbe causare deformazioni.
CONSIDERAZIONI
Con l’avvento delle macchine a controllo numerico (CNC), la fresatura ha fatto enormi passi avanti in termini di precisione e automazione.