Perché un avanzamento troppo basso può ridurre la durata di una fresa

Quando una fresa si consuma più velocemente del previsto, la prima reazione è quasi sempre la stessa:

Riduciamo l'avanzamento.

L'idea sembra logica: meno carico sul tagliente dovrebbe significare meno usura e una maggiore durata utensile.

In molte applicazioni di fresatura, tuttavia, può accadere esattamente il contrario.

Un avanzamento per dente troppo basso può infatti aumentare l'attrito, la temperatura e l'usura del tagliente, riducendo sensibilmente la vita utile dell'utensile.

Un caso reale

Durante un'attività di supporto tecnico ci siamo trovati di fronte a una situazione apparentemente controintuitiva.

L'applicazione prevedeva:

• Fresa Ø4 mm R0.5

• 4 taglienti

• Acciaio 1.2311 bonificato

• 9.000 rpm

L'operatore lavorava inizialmente con:

Vf = 3.000 mm/min

Per aumentare la durata utensile è stato deciso di ridurre l'avanzamento a:

Vf = 2.000 mm/min

Il risultato è stato l'opposto di quello atteso.

La durata utensile è peggiorata.

Dopo l'analisi del processo, l'avanzamento è stato aumentato a:

Vf = 4.000 mm/min

ottenendo una durata significativamente superiore.

Per comprendere il motivo occorre analizzare il fenomeno che avviene sul tagliente.

Il ruolo dell'avanzamento per dente (fz)

L'avanzamento per dente rappresenta la quantità di materiale asportata da ciascun tagliente durante una rotazione.

La relazione è:

Vf = z × n × fz

dove:

• Vf = avanzamento macchina (mm/min)

• z = numero di taglienti

• n = giri mandrino (rpm)

• fz = avanzamento per dente (mm/dente)

Nel caso analizzato:

Condizione	Avanzamento	fz
Iniziale	3.000 mm/min	0,083 mm/dente
Ridotto	2.000 mm/min	0,056 mm/dente
Ottimizzato	4.000 mm/min	0,111 mm/dente

La riduzione dell'avanzamento ha comportato una diminuzione di circa il 33% dell'avanzamento per dente (fz) e, di conseguenza, dello spessore teorico del truciolo generato da ogni tagliente.

Lo spessore minimo del truciolo

Uno degli aspetti meno considerati nella scelta dei parametri è il cosiddetto Minimum Chip Thickness, ovvero lo spessore minimo necessario affinché il materiale venga realmente tagliato.

Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, il filo tagliente non è perfettamente affilato.

Anche un utensile nuovo possiede un micro-raggio sul tagliente.

Quando lo spessore del truciolo diventa inferiore a una determinata percentuale di questo raggio, il materiale non viene immediatamente tagliato ma tende a deformarsi elasticamente e plasticamente.

In questa condizione il meccanismo di asportazione cambia radicalmente.

Questo fenomeno è particolarmente evidente nelle lavorazioni di finitura e nelle applicazioni caratterizzate da bassi impegni radiali.

Quando il taglio lascia spazio al ploughing

Quando l'fz è troppo basso, il tagliente non riesce più a penetrare il materiale in modo efficace.

Si manifesta il fenomeno noto come Ploughing Effect (effetto di aratura).

Nella letteratura tecnica questo fenomeno viene spesso descritto come una transizione dal taglio all'aratura.

Invece di generare un truciolo stabile, il tagliente:

• comprime il materiale;

• lo deforma;

• lo trascina;

• genera attrito prima ancora di tagliare.

In pratica una parte crescente dell'energia non viene utilizzata per asportare materiale ma per deformarlo.

Il risultato è un aumento significativo del calore nella zona di taglio.

Perché aumenta l'usura?

Quando il processo entra nella zona di ploughing:

• aumenta il coefficiente di attrito;

• cresce la temperatura sul filo tagliente;

• il truciolo evacua meno calore;

• il rivestimento lavora in condizioni più gravose;

• aumentano le sollecitazioni meccaniche sul tagliente.

Si innesca così un effetto domino:

Più attrito → Più temperatura → Maggiore usura del rivestimento → Perdita di affilatura → Riduzione della durata utensile

Paradossalmente l'utensile può usurarsi più rapidamente proprio perché sta asportando meno materiale.

Come riconoscere un fz troppo basso in officina

Alcuni segnali ricorrenti possono indicare un avanzamento insufficiente:

• trucioli estremamente sottili;

• trucioli polverizzati;

• usura uniforme del tagliente;

• assenza di scheggiature evidenti;

• rivestimento consumato precocemente;

• tagliente lucidato;

• elevata temperatura dell'utensile;

• comparsa di bava;

• peggioramento della finitura superficiale nel tempo;

• peggioramento della durata utensile dopo una riduzione dell'avanzamento.

Questi sintomi sono spesso interpretati come un eccesso di carico, quando in realtà possono essere la conseguenza opposta.

Perché aumentare l'avanzamento ha funzionato

Nel caso analizzato, l'incremento dell'avanzamento da 2.000 a 4.000 mm/min ha riportato il valore di fz da 0,056 a 0,111 mm/dente, all'interno di una finestra di lavoro più favorevole per l'utensile.

Il truciolo è tornato a formarsi correttamente e una quota maggiore dell'energia è stata nuovamente impiegata nell'asportazione del materiale anziché essere dissipata in attrito.

Di conseguenza:

• il tagliente ha lavorato in modo più efficiente;

• la temperatura nella zona di taglio si è ridotta;

• il rivestimento è stato sottoposto a minori sollecitazioni;

• la durata utensile è aumentata in modo significativo.

Questo caso evidenzia come la riduzione dell'avanzamento non rappresenti sempre la soluzione migliore per aumentare la vita dell'utensile.

In determinate condizioni, un fz troppo basso può infatti compromettere la formazione del truciolo e accelerare l'usura del tagliente.

Conclusioni

La durata utensile non dipende esclusivamente dal carico applicato al tagliente.

Dipende soprattutto dalla capacità dell'utensile di generare un truciolo adeguato.

Quando l'avanzamento per dente scende sotto il valore corretto, il processo può entrare nella zona di ploughing, dove il tagliente tende a sfregare più che a tagliare.

Prima di ridurre l'avanzamento per aumentare la durata utensile, è fondamentale verificare il valore reale di fz, la formazione del truciolo e la compatibilità dei parametri di taglio con l'applicazione.

In molti casi il problema non è un avanzamento troppo elevato, ma un avanzamento per dente troppo basso.