UTENSILI, MACCHINE
UTENSILI, MACCHINE (XXXIV, p. 856; App. II, 11, p. 1079; III, 11, p. 1060)
La tendenza attuale nel campo delle m. u. è quella di estendere sempre più il controllo automatico, con l'applicazione di sistemi programmati mediante il cosiddetto "controllo numerico". Questo tipo di controllo assicura il comando della m. u. senza l'intervento degli operatori, sulla base delle istruzioni registrate, secondo un adatto codice, su nastri magnetici o schede perforate. Tali istruzioni comprendono tutti i parametri che entrano in gioco in una lavorazione, come la scelta e il posizionamento degli u., la determinazione delle velocità di taglio e di avanzamento, i controlli dimensionali e di forma, ecc.
Si va anche progressivamente estendendo il processo di "controllo adattativo". Questo è fondato sul criterio di adeguare in ogni istante le condizioni di lavoro della m. u. a quelle ottimali per determinati fini, per es., per la più conveniente durata degli utensili. Così, in una lavorazione di fresatura i denti dell'u. potranno incontrare resistenza al distacco dei trucioli variabile da zona a zona, per diversità locali sia del sovrametallo da asportare sia della durezza superficiale. La velocità di avanzamento del pezzo in un sistema adattativo sarà in ogni istante regolata a un valore tale da assicurare che la forza per unità di lunghezza dello spigolo di taglio impegnato resti costante nel tempo. Una m. u. con controllo adattativo non lavorerà quindi in questo caso con velocità di avanzamento costante, ma questa verrà regolata da un elaboratore nel quale saranno immessi i segnali provenienti da appositi trasduttori che rileveranno, istante per istante, lo sforzo di taglio.
Si assiste oggi, in generale, a un progressivo sviluppo dei processi di lavorazione in forma di sistema atto a elaborare le informazioni disponibili per l'ottimizzazione della produzione sotto i diversi aspetti.
In questo quadro di carattere generale si ricordano alcuni processi speciali di lavorazione per asportazione di materia che si sono sviluppati per applicazioni particolari, in sostituzione a quelli tradizionali fondati sull'uso di utensili da taglio, nelle comuni m. utensili.
a) Nel processo di "elettroerosione" l'asportazione di metallo dal pezzo da lavorare avviene per fusione e volatilizzazione di piccolissime masse mediante una miriade di scariche elettriche tra un apposito elettrodo e il pezzo (conduttore), separati da un dielettrico di spessore dell'ordine di 0,1 ÷ 0,01 mm. Imprimendo all'elettrodo un opportuno moto di avanzamento si genera così nel pezzo una cavità di forma e dimensioni corrispondenti al primo. Caratteristica di questo processo è l'applicabilità a materiali di elevata durezza, come acciai temprati o leghe dure, senza alterazione delle proprietà. La macchina comprende un generatore elettrico d'impulsi per produrre le scariche e un sistema di circolazione del liquido dielettrico nella zona in lavorazione. Si possono realizzare tolleranze dimensionali inferiori a 0,01 mm, con una velocità di asportazione del materiale lavorato da 0,2 a 400 cm3/h, in relazione alla maggiore o minore precisione da conseguire e, naturalmente, alle caratteristiche della macchina. Gli elettrodi sono di rame o di grafite o di leghe sinterizzate di tungsteno e rame o argento.
Una variante dell'elettroerosione è la "molatura elettroerosiva" in cui l'elettrodo è costituito da una mola di grafite che si fa muovere rispetto al pezzo come una comune mola abrasiva.
b) Nella "fresatura elettrochimica" si asporta il metallo dal pezzo in lavorazione per effetto di dissoluzione anodica, prodotta dal passaggio di corrente continua in uno strato sottile (spessore 〈 1 mm) di soluzione elettrolitica verso un catodo sagomato in altorilievo in modo corrispondente alla cavità da produrre. L'elettrolita dev'essere mantenuto in energica circolazione per evitare la polarizzazione e il riscaldamento. Si usano tensioni di 4 ÷ 24 v e correnti di 50 ÷ 40.000 A.
S'impiegano soluzioni di cloruro e nitrato di sodio o di acido solforico ed elettrodi (catodi) di rame, ottone, acciaio inossidabile, titanio, alluminio, grafite. Le tolleranze conseguibili sono di 0,1 ÷ 0,01 mm, la velocità di asportazione del metallo lavorato è dell'ordine di 15 cm3/min per una corrente di 100.000 A.
c) Nell'"erosione elettrochimica" si utilizzano simultaneamente i processi di elettroerosione e di fresatura elettrochimica.
d) Nella "fresatura chimica" l'asportazione del metallo lavorato avviene per dissoluzione chimica da parte di un'adatta soluzione di acido cloridrico e acido nitrico per gli acciai, di cloruro ferrico e acido nitrico per il rame. La distribuzione dell'attacco si regola mediante la preventiva applicazione di strati protettivi, per es. di vernici fotosensibili, sui quali si delimita la zona che interessa mediante un processo fotografico. Questa tecnica di lavorazione è tipica per la produzione dei circuiti stampati nelle applicazioni di elettronica industriale.
e) Nelle lavorazioni al laser s'impiega l'elevatissima concentrazione di energia realizzabile in una ristretta zona della superficie di un pezzo con i raggi di luce coerente generati da apposito apparecchio per tagliare, forare o saldare materiali metallici di ogni tipo. Questa tecnica è in rapido sviluppo e se ne prevede una prossima larga applicazione in scala industriale.
f) Nelle lavorazioni a ultrasuoni si utilizza l'azione abrasiva, sul pezzo in lavorazione, prodotta dalle particelle di un materiale molto duro in sospensione in un liquido (usualmente acqua), poste in energica agitazione da un utensile vibrante a frequenze ultrasonore (> 20.000 Hz). Si produce così progressivamente nel pezzo una cavità corrispondente alla forma dell'utensile, per es. un foro circolare. Come abrasivo s'impegnano polveri di carburo di boro, di carburo di silicio, ossido di alluminio o diamante miscelate al liquido nella proporzione di circa il 50%.
g) Nelle lavorazioni a getto abrasivo si dirige sulla zona del pezzo da lavorare un getto gassoso ad alta velocità (150 ÷ 300 m/sec) in cui s'immettono polveri di allumina, Al2O3, o carborundum, SiC, di 10 ÷ 50 μm di dimensioni, in misura di 3 ÷ 20 g/min. L'ugello dal quale esce il getto di gas subisce anch'esso una sensibile usura e può avere una durata da 10 h (carburo di tungsteno) a 300 h (zaffiro).
h) Nelle lavorazioni a fascio elettronico si concentra sulla zona da lavorare del pezzo un fascio di elettroni emesso da un filamento caldo; tale fascio è accelerato da un'opportuna differenza di potenziale e fatto convergere (focalizzato) mediante "lenti" elettrostatiche o elettromagnetiche. Si opera di norma in vuoto (10-4 mmHg) e si produce la volatilizzazione del materiale (qualsiasi) nella zona d'impatto degli elettroni, al fine di produrre fori o tagli. Occorrono misure protettive per i raggi X emessi dal materiale colpito dagli elettroni di alta energia.
Bibl.: American soc. for metals, Metals handbook, vol. 3, Machining, Met. Park, Ohio 1968; Handbook of precision engineering (a cura di A. Davidson), vol. 1-12, Londra 1970-72; Metcut research ass. inc., Machining data handbook, Cincinnati, Ohio, 1972.