Individuazione parametri di tornitura - Campagna prove preliminare

4. Campagna prove preliminare

4.1 Individuazione parametri di tornitura

Capitolo 4

4. Campagna prove

preliminare

4.1 Individuazione parametri di tornitura

Come già accennato, per la lavorazione dei campioni si è scelto di effettuare prove di tornitura adottando in particolare tre diverse condizioni, a parità di parametri di taglio: a secco, lubrificato e criogenico.

Detta scelta è da attribuirsi al fatto che, studi recenti hanno portato all’individuazione di notevoli vantaggi ottenibili dall’utilizzo del criogenico per lubro-refrigerare, in particolare per la lavorazione di materiali da utilizzare poi in ambito medicale. Infatti, le bassissime temperature raggiungibili in questo caso, si parla di -195,82ºC nel caso specifico dell’azoto liquido, hanno mostrato la possibilità di inibire il fenomeno dell’accrescimento del grano, che tenderebbe a verificarsi durante le lavorazioni del magnesio, oltre al fatto che consentono di ottenere una qualità superficiale migliore rispetto al caso a secco o con tradizionale lubrificante a base di oli.

Da qui la scelta di adottare questa soluzione, per la quale il lavoro si è articolato in diversi momenti: in prima battuta si sono effettuate delle ricerche in letteratura per l’individuazione di un range di parametri di taglio all’interno dei quali muoversi, si è poi passati alla scelta dell’utensile, fatta in base al materiale da lavorare e alle velocità scelte come opportune; si è quindi proceduto con la campagna di tornitura e infine si sono analizzati i campioni realizzati, per la scelta dei migliori da portare in campagna prove definitiva.

4.1.1. Ricerca bibliografica

Le ricerche bibliografiche effettuate hanno permesso di individuare quelli che fossero i migliori parametri di taglio da utilizzare, all’interno di un range di velocità quanto più ristretto possibile, e adatto alla lavorazione di leghe di magnesio.

Le informazioni che si sono raccolte sono raccolte in tabella 4.1: Materiale Vc – cutting speed ap – cutting depth

f – feed rate Articolo di riferimento

MgCa0.8 -

MgCa3.0 ^{100 m/min 0,2 mm 0.1mm/rev}

Biocompatible Magnesium Alloys as Degradable Implant Materials - Machining Induced

Surface and Subsurface Properties and Implant

Performance.(Berend Denkena Fritz Thorey, Hazibullah Waizy, Nina Angrisani, Andrea

Meyer-Liedenberg, 2010)

AZ31 100 m/min - 0.01mm/rev

Cryogenic Processing of Biomaterials for Improved Surface Integrity and Product

Sustainability.(Yang et al., 2011) ZK60 Mg ^{60,90, 120} m/min ^0,5mm 0.1 , 0.15 mm/rev

Effect of cryogenic cooling on machinability and surface quality of bio-degradable ZK60

Mg alloy (Dinesh, Senthilkumar, Asokan, &

Arulkirubakaran, 2015) MgYREZr-alloy 40, 75 m/min ^{0,25mm 0.3 mm/rev} Biomechanical charachteristics of bioabsorbable

magnesium-based MgYREZ alloy interference screws with different threads.(Ezechieli et

al., 2014)

Elektron 21

9 ^{800 rev/min} ^{2mm 0,15 mm/rev}

The influence of cutting conditions on surface integrity

of a wrought magnesium alloy.(Wojtowicz, Danis,

Monies, Lamesle, & Chieragati, 2013)

Tabella 4.1 Raccolta delle informazioni bibliografiche sui tradizionali parametri di tornitura utilizzati per le leghe di magnesio.

Ovviamente, nella scelta dei parametri da adottare, si sono tenute in considerazione le caratteristiche specifiche del materiale in esame e gli obiettivi che erano stati prefissati.

4.1.2 Scelta utensile per la tornitura

La lavorazione al tornio, di qualsiasi tipo essa sia, dipende strettamente dal tipo di utensile che viene utilizzato. In commercio sono infatti disponibili svariati modelli di utensile, i quali si differenziano tra di loro per vari aspetti: materiale, forma, rivestimento, e tra questi quello di maggiore influenza per la qualità superficiale ottenibile è il raggio della punta dell’utensile.

Nel caso in esame per la selezione dell’utensile più adatto alle operazioni di tornitura del magnesio, ci si è rivolti alla casa distributrice Sandvik Coromant.

La selezione è stata fatta sulla base del tipo di materiale da tornire, ovvero la lega di magnesio AZ31, per la quale è risultato compatibile l’utensile per leghe di alluminio o di magnesio classificato a catalogo Sandvik con il codice VCEX110301LF1125.

Si riportano di seguito le caratteristiche tecniche dell’utensile.

Misura e forma

dell’inserto ^{ISO: VC1103}

Diametro del cerchio

inscritto ^{6,35 mm}

Codice della forma

dell’inserto ^V

Lunghezza effettiva del

Raggio di punta 0,1 mm

ap cutting depth 0,05 – 4 mm

f feed rate 0,01 – 0,3 mm/rev

Vc cutting speed 70 – 715 m/min

Tabella 4.2 Raccolta informazioni tecniche riguardanti l’utensile scelto per la lavorazione al tornio.

Figura 4.1 Schematizzazione dell’utensile utilizzato per la tornitura.

Per quanto riguarda i valori riportati in tabella 4.2, i range di ap, Vc ed f sono stati vincolanti per la successiva scelta dei parametri da adottare; ciascun utensile difatti riesce a lavorare in modo efficace, garantendo la qualità della lavorazione, solamente all’interno della finestra di parametri prestabiliti dalla casa madre.

4.1.3 Scelta parametri di tornitura

Si è quindi impostata la prima campagna prove, dalla quale poi si sarebbero dovuti evidenziare i risultati migliori, da portare poi avanti nel corso delle ricerche successive.

Sulla base delle informazioni raccolte, e degli obiettivi specifici del progetto si sono quindi selezionati i seguenti parametri di taglio, con relative condizioni di lubrificazione (ciascuna prova è stata identificata con lettere e numeri per facilitare il riconoscimento dei campioni una volta ottenuti e rinominati):

Prova Vc [m/min] f [mm/rev] Lubrificazione ap [mm]

Tabella 4.2 In tabella vengono riportati i dati relativi alla prima campagna prove.

I campioni sono stati torniti utilizzando l’utensile VCEX110301LF1125., le cui caratteristiche sono state riportate al paragrafo 4.1.2.

Come si evince dalla tabella 4.2 si è deciso di lavorare con due velocità di avanzamento, ovvero 100 m/min e 200 m/min; per quanto riguarda la profondità di passata invece si è scelto un valore unico di 0,25mm, e infine per il feed rate si è scelto di testare ciascuna condizioni sia a 0,1 mm/rev che a 0,2 mm/rev. Ogni serie di parametri è stata testata nelle tre condizioni di lubrificazione (secco; lubrificato; criogenico). B 200 0,1 ^secco 0,25 C 100 0,2 ^secco 0,25 D 200 0,2 ^secco 0,25 E 200 0,1 crio 0,25 F 100 0,1 ^crio 0,25 G 100 0,2 ^crio 0,25 H 200 0,2 ^crio 0,25 1 100 0,1 oli 0,25 2 200 0,1 oli 0,25 3 100 0,1 secco 0,25 4 100 0,2 oli 0,25 5 200 0,1 secco 0,25 6 100 0,2 secco 0,25 7 200 0,2 oli 0,25 8 200 0,2 secco 0,25

Nel documento Studio dell’influenza delle condizioni di tornitura sulla resistenza alla corrosione e sulla qualità superficiale della lega di magnesio AZ31 per applicazioni biomedicali (pagine 61-66)