I pezzi che richiedono un accoppiamento stretto, una tenuta adeguata o un allineamento preciso hanno spesso bisogno di una conicità accurata. Anche un piccolo errore può causare la rottura di un pezzo o il suo mancato montaggio. La tornitura conica è un processo importante per realizzare pezzi con superfici angolate. Questa guida illustra passo per passo la tornitura conica, in modo da ottenere risultati uniformi e precisi ed evitare errori costosi.
La tornitura conica è ampiamente utilizzata per alberi, componenti di macchine e parti assemblate. È anche un processo comune nelle operazioni di tornitura CNC. Nelle sezioni seguenti vedremo come funziona la tornitura conica e quale metodo è più adatto alle vostre esigenze.
Che cos'è la tornitura conica nella lavorazione?
La tornitura conica è il processo di taglio di una superficie che cambia gradualmente di diametro lungo la lunghezza di un pezzo rotondo. Si forma una forma conica utilizzando un tornio. Il cono può trovarsi all'esterno (esterno) o all'interno (interno) del pezzo. L'angolo e la lunghezza della conicità dipendono dall'utilizzo del pezzo.
Questo metodo è spesso utilizzato quando i pezzi devono adattarsi o allinearsi esattamente, come alberi, perni o portautensili. I maschi possono essere tagliati con torni manuali o CNC. Ogni tipo di macchina ha il suo modo di impostare e controllare il taglio.
I maschi sono utili perché facilitano il posizionamento e il bloccaggio dei pezzi. Sono autocentranti, si adattano perfettamente e si mantengono saldamente sotto sforzo. I filetti conici negli utensili consentono un montaggio rapido e ripetibile. Nelle tubature idrauliche o del gas, le filettature coniche contribuiscono a formare guarnizioni resistenti.
Come funziona la tornitura conica?
La tornitura conica funziona spostando l'utensile da taglio ad angolo rispetto all'asse del pezzo mentre il pezzo ruota nel tornio. Questo movimento angolare fa sì che il diametro cambi gradualmente lungo la lunghezza.
Il processo inizia fissando il pezzo in lavorazione nel mandrino o tra i centri. Il macchinista imposta quindi l'angolo di conicità. Questa operazione può essere eseguita con la tavola di appoggio, con un accessorio per la conicità o spostando la contropunta. Sui torni CNC, l'angolo di conicità viene inserito direttamente nel programma.
Dopo che la configurazione è pronta, i tagli di sgrossatura rimuovono la maggior parte del materiale in eccesso. I tagli di finitura più leggeri portano il pezzo alla sua dimensione finale. La precisione viene controllata con strumenti come micrometri, calibri o calibri conici. Un avanzamento regolare, bordi di taglio affilati e una velocità del mandrino adeguata contribuiscono a produrre una superficie pulita e precisa.
Geometria di un cono
La tornitura conica non riguarda solo il taglio del materiale. Si tratta di modellare il pezzo in una forma specifica e precisa. Per farlo bene, è necessario comprendere la geometria di base di ogni cono.
Angolo di conicità e sua misurazione
L'angolo di conicità è l'angolo tra la superficie conica e l'asse del pezzo. Di solito è piccolo e si misura in gradi. Gli strumenti di misura più comuni sono una barra sine, un goniometro o un calibro per conicità.
La maggior parte delle sagome sono simmetriche, ovvero l'angolo è lo stesso su entrambi i lati. Ad esempio, se un pezzo ha un angolo totale incluso di 10°, ogni lato sarà a 5° dall'asse.
Spiegazione del rapporto di conicità
Il rapporto di conicità descrive la variazione del diametro su una determinata lunghezza. Si scrive come rapporto, ad esempio 1:20. Ciò significa che per ogni 20 mm (o pollici) di lunghezza, il diametro cambia di 1 mm (o pollici). Ciò significa che per ogni 20 mm (o pollici) di lunghezza, il diametro cambia di 1 mm (o pollici).
Questo rapporto aiuta a determinare se una conicità è ripida o graduale. Una conicità ripida, come quella di 1:10, è utilizzata per un montaggio rapido o un rilascio facile. Una conicità bassa, come 1:50, è migliore per un allineamento preciso.
Formula matematica per la tornitura conica
Ecco la formula di base per il tapering:
Conicità = (D - d) / L
Dove:
- D = Grande diametro
- d = Piccolo diametro
- L = Lunghezza del cono
Per trovare l'angolo in gradi:
Angolo = ottangente[(D - d) / (2 × L)]
Questi calcoli sono utili sia per impostare il taglio che per controllare il pezzo finito. Sono inoltre importanti per programmare le macchine CNC con un'elevata precisione.
Tipi di metodi di tornitura conica
Esistono diversi modi per creare un cono al tornio. Ciascun metodo si adatta alle diverse lunghezze dei pezzi, agli angoli e alle esigenze di precisione. Ecco come funziona ognuno di essi e quando utilizzarlo.
Metodo dello strumento di forma
Questo metodo utilizza un utensile da taglio rettificato per adattarsi esattamente all'angolo di conicità. L'utensile viene inserito direttamente nel pezzo in rotazione in linea retta. Poiché l'utensile ha già la forma conica, produce la superficie angolata in una sola passata.
Vantaggi:
- Molto veloce per i pezzi piccoli e i fustellati corti.
- Installazione semplice con regolazioni minime.
Limitazioni:
- Pratico solo per i conci corti, perché l'intero cono deve essere formato in un unico taglio.
- Crea forze di taglio elevate, che possono deviare il pezzo o l'utensile.
- Può ridurre la qualità della finitura superficiale e la durata dell'utensile a causa del carico pesante.
Ideale per:
Piccole sezioni coniche, smussi e produzione in grandi volumi di conci corti.
Metodo di combinazione dei mangimi
In questo metodo, l'avanzamento longitudinale (lungo l'asse) e l'avanzamento trasversale (verso l'asse) sono impegnati simultaneamente. Il movimento combinato sposta l'utensile in diagonale, generando la conicità.
Vantaggi:
- Può essere utilizzato sia per fittoni corti che di lunghezza moderata.
- Consente di regolare in modo flessibile l'angolo di conicità modificando le velocità di avanzamento.
Limitazioni:
- Difficile da controllare manualmente perché coordinare entrambe le alimentazioni è impegnativo.
- Non è comune sui torni manuali, ma è ampiamente utilizzato in Tornitura CNC dove il percorso utensile può essere programmato con precisione.
Ideale per:
Operazioni al tornio CNC, dove il software può coordinare con precisione il movimento diagonale dell'utensile.
Metodo del riposo composto
Questa è una delle tecniche più comuni per i torni manuali. Il supporto composto viene ruotato (orientato) fino all'angolo di conicità desiderato. L'operatore utilizza quindi il volantino del supporto composto per far avanzare l'utensile lungo l'angolo impostato mentre il pezzo ruota.
Vantaggi:
- Ottimo per fittoni corti e precisi.
- Facile da impostare e regolare gli angoli.
- Fornisce un buon controllo della finitura superficiale.
Limitazioni:
- La corsa limitata dell'appoggio composto lo rende inadatto per i fittoni lunghi.
- Più lento di altri metodi per i pezzi più grandi.
Ideale per:
Coni corti, come quelli utilizzati negli steli degli utensili, nelle punte centrali e nei piccoli elementi di allineamento.
Metodo di attacco per la tornitura conica
Questo metodo utilizza un accessorio dedicato alla tornitura conica montato sul tornio. L'accessorio guida il portautensili ad un angolo prestabilito mentre il carrello si muove in linea retta lungo il bancale del tornio.
Vantaggi:
- Ideale per i fittoni lunghi perché il movimento del carrello non è limitato.
- Mantiene la contropunta in posizione normale, evitando problemi di allineamento.
- Produce un'elevata precisione con errori di impostazione minimi.
Limitazioni:
- Richiede un attacco speciale, che potrebbe non essere disponibile su tutti i torni.
- Il tempo necessario per l'impostazione è leggermente superiore rispetto al metodo del riposo composto.
Ideale per:
Coniature lunghe e precise, soprattutto nei lavori di produzione o quando si utilizzano configurazioni tra i centri.
Metodo di sovrapposizione della contropunta
In questo metodo, la contropunta viene spostata lateralmente di una quantità calcolata, facendo sì che il pezzo da lavorare si trovi in una leggera angolazione rispetto all'asse del tornio. Un avanzamento rettilineo lungo il carrello produce quindi una conicità.
Vantaggi:
- Semplice da installare su torni di base senza accessori.
- Funziona bene per i fittoni lunghi e poco profondi.
Limitazioni:
- Adatta solo per i conci esterni tra i centri.
- Non può essere utilizzato per i conci interni.
- Il disassamento della contropunta comporta un leggero disallineamento dei centri, che può causare un'usura non uniforme nel tempo.
Ideale per:
Conicità lunghe e graduali in alberi o mandrini quando non sono disponibili altre attrezzature per la tornitura conica.
Selezione degli utensili per la tornitura conica
L'utensile giusto rende la tornitura conica più fluida, veloce e precisa. Una scelta sbagliata dell'utensile porta a vibrazioni, finiture grossolane e angoli sbagliati. Ecco su cosa concentrarsi.
Scelta del giusto utensile da taglio
Per la maggior parte dei lavori di conicità, utilizzare un utensile di tornitura a punta singola. In questo modo si ottiene un migliore controllo del taglio e dell'angolo. Per i conci corti e ripidi, può andare bene anche un utensile di forma.
Assicurarsi che l'utensile sia rigido e affilato. Scegliere un utensile adatto all'angolo di conicità e al metodo di impostazione. Gli utensili in metallo duro sono adatti a materiali duri e a tagli ad alta velocità, mentre gli utensili in acciaio rapido (HSS) sono adatti a un uso generale e a velocità inferiori.
Geometria e gioco dell'utensile
Utilizzare un utensile con angoli di spoglia laterali e posteriori corretti. Questo aiuta a tagliare in modo fluido senza sfregare la superficie.
Lasciare uno spazio sufficiente tra l'utensile e il pezzo da lavorare per evitare lo sfregamento, soprattutto lungo il cono. Utilizzare un raggio di punta che corrisponda alla finitura desiderata. Un raggio piccolo offre una punta più affilata, ma può provocare vibrazioni. Un raggio maggiore migliora la finitura ma richiede un maggiore controllo.
Considerazioni sui materiali
Il materiale del pezzo influisce sulla scelta dell'utensile e sulle condizioni di taglio.
- Per i metalli morbidi come l'alluminio o l'ottone, utilizzare utensili affilati e velocità più elevate.
- Per acciai più duri o inossidabili, utilizzare utensili in carburo rivestiti con velocità inferiori.
- Se il pezzo è lungo o flessibile, utilizzare un appoggio centrale o successivo per ridurre la deflessione.
Le migliori pratiche di tornitura conica
Una buona tornitura conica dipende da una solida impostazione, da tagli stabili e da un'ispezione costante. Queste buone pratiche aiutano a evitare errori, a risparmiare tempo e a migliorare la finitura superficiale.
Mantenimento e centratura del pezzo
Fissare saldamente il pezzo in lavorazione. Utilizzare un mandrino per i pezzi corti e i centri per i conci lunghi. Controllare sempre il runout prima del taglio.
Se si utilizza il metodo di sovrapposizione della contropunta, allineare con cura i centri. Un allineamento errato porta a tagli non uniformi e a una mancata corrispondenza del cono. Per i pezzi lunghi, è consigliabile utilizzare un supporto fisso o un supporto successivo per ridurre la flessione o le vibrazioni.
Raccomandazioni su velocità, avanzamento e profondità di taglio
Iniziare con velocità di taglio moderate in base al materiale. Per l'acciaio, utilizzare 80-150 SFM. Per l'alluminio, aumentare fino a 400 SFM.
Per la finitura, utilizzare un avanzamento più leggero, circa 0,05-0,1 mm/giro. Per la sgrossatura, aumentare a 0,2-0,3 mm/giro. La profondità di taglio deve essere adeguata all'utensile e alla rigidità, in genere 0,2-1,0 mm per la finitura. sgrossatura e meno di 0,2 mm per la finitura.
Evitare tagli profondi in una sola passata. Più passate leggere riducono gli sfregamenti e garantiscono un migliore controllo.
Evitare i difetti di conicità e l'usura degli utensili
Osservate i segni di vibrazioni, deflessione dell'utensile o superfici irregolari. Questi fenomeni sono spesso dovuti a utensili opachi, impostazioni sbagliate o velocità non corrette.
Mantenere l'utensile affilato e sostituirlo prima che il bordo si consumi. Gli utensili opachi aumentano il calore e causano finiture approssimative. Controllare spesso l'allineamento dell'utensile: se la punta dell'utensile non è al centro, il cono sarà sbagliato.
Pulire sempre i trucioli e controllare l'angolo di conicità tra le passate. Una misurazione costante aiuta a individuare tempestivamente gli errori.
Applicazioni delle parti coniche
I pezzi conici sono molto diffusi nella meccanica di precisione. La loro forma aiuta le parti ad allinearsi, bloccarsi o separarsi con controllo. Ecco le aree principali in cui vengono utilizzati.
Componenti per macchine utensili
I mandrini, gli alberini e i portautensili delle macchine sono spesso dotati di conicità di precisione. Ne sono un esempio le conicità Morse, Jacobs e CAT. Questi consentono agli utensili di essere posizionati saldamente, pur essendo facili da rimuovere. Il cono assicura un allineamento preciso tra l'utensile e il mandrino, riducendo le vibrazioni e migliorando la precisione della lavorazione.
Applicazioni automobilistiche e aerospaziali
Nelle automobili, nei camion e negli aerei, gli alberi e i perni conici sono utilizzati per collegare ruote, ingranaggi ed eliche. Trasmettono la coppia senza slittare e possono sopportare carichi pesanti. I cuscinetti a rulli conici, ad esempio, supportano sia le forze radiali che quelle assiali, rendendoli ideali per le situazioni di alta velocità o di carico elevato.
Dispositivi medici e sistemi di utensili
Gli strumenti chirurgici, i manipoli dentali e gli impianti ortopedici utilizzano spesso i conici per ottenere connessioni precise e sicure. Nei sistemi di utensili, i supporti e gli adattatori a cambio rapido si affidano alle rastremazioni per mantenere l'allineamento durante l'uso ripetuto. Questi progetti consentono un assemblaggio rapido, garantendo al contempo stabilità e precisione durante il funzionamento.
Conclusione
La tornitura conica è un processo chiave del tornio utilizzato per creare pezzi con diametri variabili. È in grado di supportare accoppiamenti stretti, assemblaggi fluidi e allineamenti accurati in molti settori industriali. Esistono diversi metodi di tornitura conica, ognuno dei quali si adatta a diversi tipi di pezzi ed esigenze di precisione. Scegliendo l'impostazione, gli utensili da taglio e i parametri di lavorazione giusti, è possibile produrre conicità pulite e precise con meno rilavorazioni.
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Ciao, sono Kevin Lee
Negli ultimi 10 anni mi sono immerso in varie forme di lavorazione della lamiera, condividendo qui le mie esperienze in diverse officine.
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Kevin Lee
Ho oltre dieci anni di esperienza professionale nella fabbricazione di lamiere, con specializzazione nel taglio laser, nella piegatura, nella saldatura e nelle tecniche di trattamento delle superfici. In qualità di direttore tecnico di Shengen, mi impegno a risolvere sfide produttive complesse e a promuovere innovazione e qualità in ogni progetto.
