In che modo l'alesatura migliora la precisione dei fori e la finitura superficiale?

Che cos’è l’alesatura?

L'alesatura è un processo di finitura dei fori in cui un alesatore rimuove uno strato molto sottile di metallo dalla parete del foro per migliorare la precisione dimensionale e ridurre la rugosità superficiale. È comunemente utilizzata per rifinire fori di diametro moderato in materiali non eccessivamente duri e può anche servire come preparazione prima della levigatura o della lappatura. L'alesatura a macchina offre un'elevata produttività e un basso fabbisogno di manodopera, rendendola adatta alla produzione in serie.

L'alesatura consente di ottenere una precisione compresa tra IT9 e IT7 e una rugosità superficiale tipica compresa tra Ra 1,6 e 0,8 µm. Queste prestazioni derivano dalla geometria specifica dell'alesatore, dal ridotto margine di lavorazione e dalla bassa velocità di taglio.

Ad esempio, sei fori Ø20H7 equidistanti tra loro, per i quali è richiesta una finitura superficiale Ra 1,6, sono candidati ideali per l’alesatura.

Un foro IT8 può generalmente essere completato con un'unica passata di alesatura. Un foro IT7 deve essere alesato due volte: prima con un alesatore da 0,05 a 0,2 mm inferiore alla dimensione del foro, poi con un alesatore di finitura che rispetti la tolleranza del foro. Un foro IT6 deve essere alesato tre volte.

L'alesatura ha una capacità limitata di correggere gli errori di posizione, pertanto le operazioni precedenti devono garantire il posizionamento richiesto. Un foro con tolleranze di coassialità o di posizione particolarmente rigorose può essere sottoposto a foratura di riferimento, foratura, alesatura di sgrossatura e infine alesatura di finitura. Prima dell'alesatura, la rugosità superficiale del foro deve essere inferiore a Ra 3,2 µm.

Il liquido di raffreddamento contribuisce a ottenere una superficie migliore e a rimuovere i trucioli. L'alesatura non genera una grande quantità di calore, quindi di norma è sufficiente un liquido di raffreddamento standard.

Costruzione e scelta degli alesatori

Struttura dell'alesatore

I centri di lavoro utilizzano generalmente alesatori standard. Le forme più comuni includono alesatori a gambo diritto, a gambo conico e a guscio. Gli intervalli di diametro tipici vanno da Ø6 a Ø20 mm per gli utensili a gambo diritto, da Ø10 a Ø32 mm per quelli a gambo conico e da Ø25 a Ø80 mm per le alesatrici a guscio. Le alesatrici sono comunemente disponibili nei gradi di precisione H7, H8 e H9.

La parte iniziale della testa è lo smusso di ingresso, o "lead", che facilita l'inserimento dell'utensile in un foro non smussato. Alcuni alesatori presentano una sezione di taglio conica che svolge la maggior parte del lavoro di taglio. Il suo angolo di taglio ridotto, generalmente compreso tra 1° e 15°, migliora il centraggio e produce trucioli sottili.

La sezione di calibratura corregge il diametro del foro, rifinisce la parete e guida l'utensile. La sua parte cilindrica mantiene il diametro dell'alesatore e funge da superficie di misurazione. Una leggera conicità posteriore sulla parte terminale riduce l'attrito contro la parete del foro.

Determinazione del diametro dell'alesatore

La precisione dei fori dipende principalmente dalla precisione dimensionale dell'alesatore. Un alesatore cilindrico nuovo di serie presenta spesso un margine di rettifica e può avere una finitura superficiale insufficiente. Prima di realizzare fori con precisione superiore a IT8, è quindi necessario rettificarne il diametro alla misura richiesta.

Un foro alesato può espandersi o contrarsi, e non esiste un unico margine universale che tenga conto di questo comportamento. Un metodo pratico per il dimensionamento è il seguente:

• Diametro di base dell'alesatore = diametro di base del foro.
• Deviazione massima = due terzi della tolleranza sul diametro del foro.
• Deviazione inferiore = un terzo della tolleranza sul diametro del foro.

Per un foro Ø20H7 con una tolleranza di +0,021/-0 mm, il diametro di base dell'alesatore è Ø20 mm, la deviazione superiore è pari a 2/3 × 0,021 = 0,014 mm e quella inferiore è pari a 1/3 × 0,021 = 0,007 mm. Il diametro dell’alesatore selezionato è quindi Ø20 mm con deviazioni di +0,014/+0,007 mm.

Scelta del numero di denti

Un alesatore è un utensile a più taglienti e il numero di denti dipende dal diametro del foro e dalla precisione richiesta. Gli alesatori standard hanno da 4 a 12 denti. Un numero eccessivo di denti complica la produzione e l'affilatura, riduce la resistenza dei denti a parità di diametro, limita lo spazio per i trucioli e può causare l'accumulo di trucioli, graffi sulle pareti o scheggiature dei bordi. Un numero insufficiente di denti riduce la stabilità, aumenta il carico per dente e aumenta la probabilità di errori geometrici.

Gli alesatori possono avere denti diritti o elicoidali. Un alesatore elicoidale con scanalature sinistrorse è adatto ai fori passanti, poiché l'elica spinge i trucioli verso il fondo e nello spazio libero oltre il foro. Non è adatto ai fori ciechi.

Selezione dei parametri di alesatura

Margine di alesatura

Il margine di alesatura è la profondità di materiale riservata all'operazione di alesatura. È normalmente inferiore al margine previsto per la svasatura o l'alesatura. Un margine eccessivo aumenta la pressione di taglio, può danneggiare l'alesatore e compromette la finitura superficiale. Quando il margine è ampio, è opportuno eseguire passate separate di alesatura di sgrossatura e di finitura.

Un margine insufficiente può causare un'usura prematura dell'utensile, impedire il normale taglio e compromettere la finitura. Un margine tipico è compreso tra 0,1 e 0,25 mm e non dovrebbe superare 0,3 mm nei fori di grandi dimensioni. In linea generale, si raccomanda di prevedere un margine di asportazione compreso tra 1% e 3% del diametro dell’alesatore.

Velocità di avanzamento

L'avanzamento nell'alesatura è solitamente pari a due o tre volte quello della foratura. Un avanzamento maggiore favorisce il taglio da parte dell'alesatore anziché lo sfregamento, sebbene la rugosità superficiale Ra aumenti all'aumentare dell'avanzamento.

Se l'avanzamento è troppo basso, l'attrito radiale aumenta. L'alesatore si usura quindi rapidamente, può vibrare e può lasciare la superficie del foro ruvida.

Velocità del mandrino

Tutti i parametri di taglio influenzano la rugosità della superficie alesata, ma la velocità di taglio è quella che ha l’effetto maggiore. Per ottenere un valore di Ra pari a circa 0,63 con un alesatore in acciaio rapido su acciaio a medio tenore di carbonio, la velocità di taglio non dovrebbe superare i 5 m/min, in modo da evitare la formazione di un bordo accumulato. I trucioli di ghisa si frammentano in particelle e non tendono a formare un bordo di accumulo, pertanto la velocità può essere aumentata fino a 8-10 m/min.

Un punto di partenza comune è una velocità del mandrino di alesatura pari ai due terzi della velocità di foratura nello stesso materiale. Se, ad esempio, la foratura richiede 500 giri/min, una velocità di alesatura ragionevole è 500 × 0,660 = 330 giri/min.

Utilizzo di un ciclo predefinito per l'alesatura

La sequenza di alesatura è simile a quella di altre operazioni di foratura. Nel caso di un foro cieco, alla foratura segue l’alesatura, ma i trucioli rimasti nel foro potrebbero ostacolare il funzionamento dell’alesatore. È quindi opportuno inserire un’interruzione di programma M00 prima dell’alesatura, in modo che l’operatore possa rimuovere tutti i trucioli.

Anche i programmi di alesatura utilizzano cicli predefiniti. I controlli FANUC non prevedono un ciclo dedicato all’alesatura, ma il codice G85 è appropriato poiché prevede un avanzamento costante sia in entrata che in uscita dal foro.