Il mese scorso abbiamo rottamato 47 alloggiamenti in acciaio inossidabile perché le filettature maschiate M6 non hanno superato l'ispezione passa/non passa durante il controllo di qualità finale. Il rubinetto era nuovo, il programma era collaudato, il materiale era lo stesso lotto che avevamo utilizzato tutto l'anno. Risulta che la concentrazione del liquido refrigerante è passata dall'8% al 4% in tre settimane e l'operatore non se ne è accorto. Nell'acciaio inossidabile 304, questa è la differenza tra un filo pulito e un filo strappato con fianchi incruditi.

La lavorazione della filettatura è uno di quei processi in cui tutto deve essere corretto: utensile, velocità, avanzamento, refrigerante, materiale, dimensione del foro, altrimenti la filettatura sarà spazzatura. E i fili inutili non vengono visualizzati fino all'ispezione del calibro, il che significa che hai già investito tutto il tempo di lavorazione nella parte prima di scoprire il problema.

Ecco un confronto pratico dei quattro metodi di lavorazione della filettatura che utilizziamo, basato su migliaia di parti e numerosi scarti di filettatura lungo il percorso.

La maschiatura rigida è l'impostazione predefinita per la maggior parte dei centri CNC. Il mandrino sincronizza la rotazione con l'avanzamento dell'asse Z esattamente al rapporto del passo della filettatura. In teoria, il rubinetto taglia ogni volta un filo perfetto. In pratica, funziona brillantemente su alluminio, ottone e acciai automatici. Funziona in modo meno brillante con l'acciaio inossidabile, il titanio e tutto ciò che si indurisce.

Il problema con il tapping è che sei impegnato. Una volta che il rubinetto entra nel foro, taglia una buona filettatura oppure no: non c'è possibilità di regolazione. Il tocco non può accelerare, rallentare o cambiare direzione durante il taglio. Se il truciolo non esce, il maschio si riempie di trucioli e rompe o strappa il filo.

Limiti di velocità per la maschiaturasono reali e spietati. In acciaio inossidabile 304, maschiamo M6 a circa 500 giri al minuto massimo. Nell'alluminio 6061, possiamo far funzionare lo stesso maschio M6 a 2.000 giri/min. La differenza non è il maschio, ma la tendenza del materiale a indurirsi sul tagliente. Aumenta la velocità nell'acciaio inossidabile e il materiale si indurisce più velocemente di quanto il rubinetto possa tagliarlo.

Maschiatura di fori ciechiè dove si verificano la maggior parte dei problemi. Le patatine devono andare da qualche parte e in un buco cieco si accumulano sul fondo. I maschi con scanalatura elicoidale spingono i trucioli verso l'alto (buoni per fori passanti), i maschi con punta a spirale spingono i trucioli verso il basso (buoni solo per fori passanti). Per i fori ciechi, utilizziamo maschi con scanalatura elicoidale con cicli di maschiatura a picchi controllati: il maschio si ritira periodicamente per eliminare i trucioli.

La fresatura di filetti utilizza una fresa a punto singolo che segue un percorso elicoidale per tagliare la filettatura. La fresa è più piccola del diametro della filettatura, quindi si muove a spirale verso l'interno mentre contemporaneamente si sposta verso il basso in corrispondenza del passo della filettatura. Sono necessari 15-30 secondi per thread (contro 2-5 secondi per il tocco), ma i vantaggi sono significativi.

Il vantaggio più grande: una fresa a filettare taglia qualsiasi filettatura di quel passo, indipendentemente dal diametro. Una fresa a filettare M6x1.0 taglia M6x1.0, M8x1.0, M10x1.0, M12x1.0 — qualsiasi dimensione con passo di 1,0 mm. Disponiamo di circa 15 frese a filettare e copriamo tutte le dimensioni di filettatura metriche standard. Confrontalo con la maschiatura, dove è necessario un maschio separato per ogni dimensione di filettatura, profondità e materiale.

La fresatura di filetti produce anche filettature migliori in materiali difficili. La taglierina entra ed esce dal taglio in modo pulito. Il truciolo è piccolo e facilmente evacuabile. Non c'è rischio di rottura del maschio: se la taglierina si scheggia, sostituiscila e esegui nuovamente la filettatura. Nessuna estrazione per elettroerosione, nessun pezzo scartato.

Per filettature sinistre, filettature a più principi o filettature con profili insoliti (NPT, BSPT, trapezoidale), la fresatura di filetti è l'unico metodo CNC pratico. Non puoi acquistare un maschio M8x1,25 sinistro presso il negozio di ferramenta, ma la tua fresatrice lo taglia con una modifica del codice G.

Il vero motivo per filettare: Quando la tolleranza della filettatura è importante. Le filettature fresate sono costantemente più precise delle filettature maschiate perché le forze di taglio sono inferiori e la deflessione dell'utensile è minima. Per le filettature che devono superare un calibro stretto (come i raccordi aerospaziali o idraulici), la fresatura di filetti è la scelta più sicura.

La tornitura della filettatura (filettatura a punto singolo su un tornio) è il metodo per le filettature esterne su alberi, aste e componenti torniti. L'utensile da taglio è un inserto sagomato che corrisponde al profilo della filettatura. Il tornio sincronizza la rotazione del mandrino con l'avanzamento dell'asse Z, effettuando più passaggi a profondità crescente fino al completamento della filettatura.

La tornitura di filetti funziona con qualsiasi filettatura esterna: profili metrici, UNC, UNF, BSW, Acme, trapezoidali e personalizzati. L'inserto è economico ($ 10-25) e un inserto taglia qualsiasi diametro di quel passo. Filettiamo e giriamo qualsiasi cosa, dalle viti di fissaggio M3 agli alberi dell'elica M80.

L’approccio a passaggi multipli è fondamentale per la qualità. Una tipica filettatura esterna M10x1,5 richiede 8-12 passaggi, ciascuno dei quali rimuove 0,05-0,15 mm di materiale dalla profondità della filettatura. I passaggi leggeri impediscono l'incrudimento nell'acciaio inossidabile e nel titanio. La passata finale elastica (profondità di taglio zero) elimina qualsiasi deflessione dalle passate precedenti.

Tornitura di filetti e filettatura su matrice: La filettatura della matrice (far scorrere una matrice lungo un albero a mano o con un portamatrice sulla contropunta del tornio) è veloce per lavori una tantum. Ma le filettature della matrice hanno una scarsa concentricità (la matrice si autoallinea, il che significa che la filettatura segue qualunque cosa la superficie dell'albero gli dia). La tornitura di filetti produce filettature concentriche ai perni dei cuscinetti dell'albero perché entrambi vengono tagliati nella stessa configurazione.

La rullatura del filo (chiamata anche rullatura del filo) non taglia il materiale, lo sposta. La matrice a rullo preme sulla superficie del pezzo, deformando a freddo il materiale nel profilo della filettatura. Le creste del filo si formano spostando il materiale dalle radici.

Il risultato è un filo più forte. Il processo di lavorazione a freddo aumenta la durezza della superficie del filo del 10-30% (l'incrudimento in questo caso è un vantaggio, non un problema). La struttura della grana segue il contorno del filo invece di essere tagliata su di esso. La resistenza alla fatica dei fili laminati è superiore del 30-50% rispetto ai fili tagliati.

La profilatura funziona su qualsiasi materiale duttile: alluminio, ottone, acciaio dolce, inossidabile. NON funziona su materiali duri (acciaio temprato, titanio) o materiali fragili (ghisa, alcune plastiche).

La limitazione è la complessità della configurazione. Le matrici a rulli devono essere allineate con precisione alla linea centrale del pezzo e la velocità di avanzamento deve corrispondere esattamente al passo della filettatura. Su un tornio CNC, utilizziamo un accessorio per rullare la filettatura che si monta sul portautensili. L'installazione richiede 30-60 minuti per dimensione del thread.

Per filettature interne: iniziare con la maschiatura. Se il materiale è semplice (alluminio, ottone) e il foro è passante, la maschiatura è più rapida ed economica. Passa alla fresatura di filetti se il materiale è inossidabile o titanio, se si tratta di un foro cieco, se hai bisogno di più dimensioni di filettatura o se un maschio rotto sarebbe catastrofico (parte costosa, in fase avanzata del processo di lavorazione).

Per filettature esterne: iniziare con la tornitura del filetto. È lo standard per i torni CNC. Aggiungere la rullatura se la filettatura necessita della massima resistenza alla fatica (alberi motore, componenti delle sospensioni, elementi di fissaggio ad alto numero di cicli).

Per la produzione di grandi volumi: la maschiatura vince in termini di velocità e costi per materiali facili. La fresatura di filetti vince per i materiali difficili in cui la durata del maschio è breve (supererai $ 500 in rubinetti su una corsa di 10.000 pezzi in acciaio inossidabile - una fresa per filetti da $ 80 gestisce lo stesso lavoro).

Un'ultima cosa che coglie di sorpresa: il diametro del foro conta più di quanto si pensi per le filettature interne. Il maschio (o la fresa per filettare) non taglia l'intero profilo della filettatura dal materiale solido. Il foro è preforato a un diametro specifico e lo strumento di filettatura taglia solo l'ultimo 30-50% della profondità della filettatura. Pratica un foro troppo grande e otterrai fili poco profondi che si spogliano. Se lo si fora troppo piccolo, il maschio si rompe (o la fresa vibra). La dimensione corretta della punta del maschio per M6x1,0 è 5,0 mm, non 5,1 mm o 4,9 mm. Quella differenza di 0,1 mm è il margine tra un buon filo e una parte scartata.