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La foratura è una lavorazione per asportazione truciolo che permette di realizzare fori mediante l’utilizzo di un utensile rotante e traslante in direzione assiale. Si possono ottenere fori di diametri molto piccoli, a partire da 0,1 mm fino ad arrivare ad alcuni centimetri di diametro. La qualità dei fori ottenuti è soggetta a molte variabili, come velocità di avanzamento, materiale e profondità del foro; a causa della difficoltà di ottenere superfici con un livello di finitura elevato in alcune condizioni è richiesta una successiva lavorazione di alesatura o barenatura per raggiungere le tolleranze richieste.
La foratura permette di realizzare le seguenti tipologie di foro:
La foratura a tuffo è una particolare tecnica di che permette la realizzazione di cave riducendo il carico del mandrino, il quale risulta caricato solo assialmente, e sfruttando la grande efficienza di espulsione del truciolo garantita dal sovrapponimento di parte del foro. La foratura a tuffo infatti consiste nel ricavare le cave tramite la realizzazione di fori in parte sovrapposti, almeno il 30%, così da non impedire la rapida espulsione del truciolo. Essendo una lavorazione di sgrossatura si realizza scegliendo la punta più corta possibile per massimizzare la rigidezza e di conseguenza la velocità di avanzamento.
Nella foratura a enucleare la punta asporta, trasformando in truciolo, solamente una parte esterna del diametro lasciando al suo interno una carota. La lavorazione di un volume inferiore permette di realizzare fori di grande diametro anche con macchine la cui potenza non sarebbe sufficiente. La presenza della carota, altrimenti impossibile da rimuovere, rende questa tipologia di lavorazione adatta a realizzare fori passanti.
Si parla di foratura profonda quando il rapporto fra lunghezza e diametro del foro è molto elevato, generalmente fra le 5 e le 100 volte. La foratura profonda richiede molta attenzione poiché è generalmente richiesta molta precisione nella rettilineità del foro, nella finitura superficiale e nelle tolleranze dimensionali. Nella foratura profonda si utilizzano punte con adduzione di lubrificante interna per garantire un buon raffreddamento durante tutta la durata della lavorazione.
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L’utensile utilizzato durante la foratura prende il nome di punta, le punte presentano uno o più taglienti e ne esistono di varie tipologie
Le punte integrali in metallo duro hanno generalmente due taglienti e una forma a elica. Il materiale col quale sono realizzate e la tipologia di rivestimento le rendono adatte alla lavorazione di un’ampia gamma di materiali. Sono utilizzate per la realizzazione di fori di piccolo diametro e con un piccolo rapporto lunghezza-diametro; possono infine presentare i fori interni per l’adduzione di lubrificante.
Le punte a inserti sono costituite da un corpo e da uno o più inserti dove si trova il vero e proprio tagliente. Gli inserti possono essere sostituiti rendendo quindi l’utensile flessibile a piccoli cambiamenti di geometria e allungando la vita del corpo. Le punte a inserti sono adatte alla realizzazione di fori anche di grande diametro e sono valida tanto per le lavorazioni di sgrossatura che di finitura.
Le punte a cuspide prendono il nome dalla geometria della loro parte finale, presentano infatti, generalmente riportata, una cuspide. Questa geometria permette la realizzazione di fori dove è richiesta un’alta precisione e finitura superficiale. Le punte a cuspide sono adatte alla lavorazione non solo di acciaio ma anche delle ghise.
Le punte a cannone si utilizzano nella foratura profonda. Sono infatti molto lunghe e presentano le due caratteristiche fondamentali per realizzare un foro molto profondo: possiedono infatti i fori per l’adduzione del liquido refrigerante all’interno e una scanalatura lungo l’intera lunghezza per permettere l’estrazione del truciolo che viene spinto dal refrigerante che, introdotto ad alta pressione nel foro, cerca di fuoriuscire.
Il diametro è la dimensione principale di un foro e viene quotato in millimetri. Il diametro è infatti la prima caratteristica che viene tenuta in considerazione nella scelta di utensili e macchinari per la realizzazione di un foro.
La tolleranza nei fori è la distanza massima effettiva del foro reale da quello teorico. Per i fori la tolleranza viene espressa mediante delle classi, indicate tramite lettera e numero, che contengono il diametro massimo e quello minimo del foro reale.
La profondità di un foro indica per quanto spessore è necessario lavorare il materiale. Essa è quotata in millimetri ed è ovviamente utilizzata solo per i fori ciechi.
La filettatura si distingue per diametro e passo. Il passo indica la distanza fra due creste consecutive della filettatura. Come per le tolleranze dimensionali per la filettatura esistono degli standard normati per il rapporto fra passo e diametro. In Europa lo standard più utilizzato è quello metrico, indicato da una ‘M’ prima del diametro del foro.
La svasatura consiste nella realizzazione di un tratto conico all’imboccatura del foro. Questa lavorazione permette l’alloggiamento di bulloni oppure facilita l’accoppiamento di alberi e particolari cilindrici. La svasatura avviene mediante l’utilizzo di un apposito utensile conico chiamato svasatore.
Durante la creazione di circuiti all’interno di particolari ricavati dal pieno è richiesta la creazione di fori incrociati. Quando la punta incontra il foro effettuato in precedenza posso insorgere delle vibrazioni, per questo motivo è buona norma in genere ridurre al 50% la velocità di avanzamento nel tratto in questione. Nell’utilizzo di punte a cannone bisogna assicurarsi di rendere ermetico il foro effettuato in precedenza mediante l’utilizzo di tappi che permetteranno alla pressione generata dal liquido refrigerante di espellere i trucioli.
Realizzare fori dove l’entrata o l’uscita sono inclinate presenta difficoltà di posizionamento, la punta potrebbe infatti slittare dalla sua posizione iniziale, e di rigidità, la superficie inclinata potrebbe infatti generare delle vibrazioni a contatto con la geometria dell’utensile. Per questi motivi si ricorre alla preparazione della superficie di entrata mediante la realizzazione di un piccolo piano che elimini le problematiche sopraccitate; bisogna prestare attenzione anche all’uscita della punta riducendo, generalmente di un terzo, la velocità di avanzamento nel tratto finale. Si può anche valutare l’utilizzo di punte autocentranti di ultima generazione che permettono di realizzare questo genere di fori senza preparazione della superficie.
Nell’apprestarsi a forare una superficie irregolare è necessario prestare attenzione al fine di evitare il danneggiamento dell’utensile che rischia di scheggiarsi all’impatto con le asperità superficiali. Si risolve questo problema riducendo la velocità di avanzamento nel tratto iniziale a un terzo o a un quarto. In alcuni casi la superficie può risultare troppo irregolare, di conseguenza si ricorre alla realizzazione di un piccolo piano sul quale iniziare la foratura, senza il pericolo di danneggiare l’utensile.
Forare superfici curvate asimmetricamente può indurre nella punta grossi sforzi accelerandone l’usura e provocandone, in alcuni casi, la rottura. Se la superficie è curvata con un raggio maggiore di quattro volte il diametro della punta si può forare utilizzando una punta a inserti senza effettuare accorgimenti oppure, riducendo del 50% la velocità di avanzamento all’ingresso, utilizzando punte in metallo duro integrale oppure a cuspide. Nel caso di superfici con raggio inferiore alle 4 volte al diametro della punta si consiglia di preparare la superficie ricavando un piccolo piano oppure di ricorrere a particolari utensili autocentranti.
L’elevato livello di finitura superficiale e dimensionale, soprattutto per quanto riguarda la rettilineità, rendono a volte insufficiente il risultato della foratura. Per questo motivo si provvede a delle lavorazioni successive. L’alesatura consiste nel finire il foro attraverso un utensile detto alesatore che, per moto rotatorio, asporta un piccolissimo volume di materiale, rendendo il foro perfettamente liscio e rettilineo. Nell’alesatura il centro del foro alesato è dato dal centro del foro iniziale poiché l’utensile integrale si centra su questo, pertanto l’alesatura richiede macchinari con rigidezza e precisione di posizionamento anche inferiori rispetto ad altre lavorazioni di finitura.
La barenatura condivide lo stesso principio di base dell’alesatura, ovvero la finitura di un foro dimensionalmente e superficialmente. Il foro però viene lavorato mediante un bareno secondo il principio della tornitura, il bareno infatti presenta un petto che va ad asportare materiale ruotando attorno all’asse del mandrino e muovendosi lungo l’asse dello stesso. Poiché il bareno ruota attorno all’asse del mandrino la barenatura permette di correggere la posizione del foro, per fare questo però occorrono macchine in grado di garantire elevata rigidezza e precisione di posizionamento.
La maschiatura permette la realizzazione del filetto all’interno di un foro. Per realizzare fori filettati, si parte da un foro di diametro leggermente inferiore a quello che si vuole ottenere e, mediante un utensile detto maschio, si va a asportare del truciolo generando la sede della filettatura. Durante la maschiatura la macchina deve controllare la rotazione dell’utensile avendo cura di estrarlo quando il tratto da filettare è stato lavorato nella sua interezza. Queste caratteristiche la rendono una lavorazione molto delicata dove la precisione della macchina è fondamentale per evitare la rottura del maschio. Per ovviare a queste problematiche si utilizzano sempre più i maschi a rullare che non lavorano per asportazione tagliando ma deformando plasticamente il materiale.
