La guida completa su come vengono realizzate le frese in metallo duro

1. Selezione delle materie prime

Il “carburo” in frese in metallo duro è in realtà un carburo cementato, costituito da particelle di carburo di tungsteno (WC) tenute insieme da un legante metallico, solitamente cobalto (Co).

Carburo di tungsteno: estremamente duro (9 sulla scala Mohs, ~2600 HV durezza Vickers). Fornisce resistenza all'usura.

Cobalto: fase legante dura e duttile che assorbe gli urti e previene la fragilità.

Perché la composizione è importante:

Più cobalto → utensile più tenace ma leggermente più morbido (buono per tagli interrotti).

Meno cobalto → più duro ma più fragile (buono per il taglio continuo in configurazioni rigide).

La dimensione della grana del WC influisce sull'affilatura del tagliente e sulla resistenza all'usura:

Ultrafine (0,2–0,5 μm) per elevata durezza e spigoli vivi.

Grani più grossi (>1 μm) per resistenza agli urti.

2. Miscelazione e condizionamento delle polveri

La polvere di carburo di tungsteno, la polvere di cobalto e piccole quantità di altri carburi (tantalio, titanio, carburi di niobio) vengono misurate in peso.

Un mulino a sfere o un mulino ad attrito li mescola in etanolo o acqua con un legante di cera/paraffina per ottenere un impasto omogeneo.

Scopo: garantire una distribuzione uniforme del cobalto, prevenire l'agglomerazione e rivestire ciascun grano di WC con un legante per forti legami di sinterizzazione.

3. Essiccazione a spruzzo

L'impasto liquido viene immesso in un essiccatore a spruzzo, che produce agglomerati sferici di polvere.

Questi agglomerati scorrono come sabbia fine, essenziale per una pressatura uniforme.

Il contenuto di umidità è strettamente controllato; troppo secco → crepe; troppo bagnato → pressatura scarsa.

4. Premendo il tasto verde

Due metodi principali:

Stampo uniassiale → adatto per grezzi a gambo dritto.

Pressatura per estrusione → consente la creazione di barre lunghe o barre con canali di raffreddamento interni.

La parte risultante è chiamata compatto verde: debole e fragile, ma con le dimensioni approssimative dell'asta finale.

La direzione di pressatura e l'uniformità della pressione influiscono direttamente sulla distribuzione della densità, che in seguito influisce sulla resistenza dell'utensile.

5. Pre-sinterizzazione (deceraggio)

Il compatto verde viene riscaldato in un forno a bassa temperatura (~600–800 °C) per rimuovere il legante cera/paraffina senza causare ossidazione o deformazione.

Questo lascia dietro di sé solo polveri metalliche, tenute insieme in modo lasco.

6. Sinterizzazione (sinterizzazione in fase liquida)

Fase principale di densificazione: riscaldata a 1400–1500 °C in atmosfera di vuoto o idrogeno.

Il cobalto si scioglie (fase liquida) e scorre tra i grani di WC, riunendoli insieme attraverso l'azione capillare.

La parte si restringe linearmente del 18–22% circa, raggiungendo una densità teorica del 99%.

Risultato:
Una bacchetta completamente densa, estremamente dura, priva di porosità, pronta per la macinazione.

7. Preparazione dell'asta

Le barre di metallo duro vengono tagliate a misura utilizzando una sega diamantata o un'elettroerosione a filo.

Le estremità possono essere smussate per evitare scheggiature durante la movimentazione.

Per gli utensili combinati (testa di taglio in carburo con gambo in acciaio), la brasatura viene eseguita in questa fase.

8. Rettifica CNC della geometria

Rettifica del flauto

Eseguito su rettificatrici per utensili CNC a 5 assi utilizzando mole diamantate.

Le macchine mantengono tolleranze entro pochi micron.

I parametri includono:

Numero di flauti (2, 3, 4 o più)

Angolo dell'elica (elica bassa per resistenza, elica alta per una più rapida evacuazione del truciolo)

Spessore del nucleo (influisce sulla rigidità e sullo spazio del truciolo)

Rettifica della geometria finale

La punta dell'utensile ha una forma: piatta, a punta sferica, con raggio angolare o forma speciale.

Gli angoli di scarico secondari e gli angoli di spoglia sono rettificati per ottimizzare le prestazioni di taglio.

Per gli utensili di alta precisione, viene applicata la preparazione del bordo (affilatura) per controllare l'affilatura rispetto alla resistenza alla scheggiatura.

9. Opzionale: foratura del foro per il passaggio del refrigerante

Se la fresa è progettata con canali interni per il refrigerante, questi vengono creati durante l'estrusione della barra o mediante foratura per elettroerosione dopo la sinterizzazione.

L'elettroerosione (elettroerosione) può produrre fori piccoli e precisi senza danneggiare il metallo duro.

10. Rivestimento (PVD/CVD)

Scopo: prolungare la durata dell'utensile, ridurre l'attrito, resistere al calore.

Rivestimenti comuni:

TiAlN / AlTiN: resistenza all'ossidazione ad alta temperatura.

DLC (Diamond-Like Carbon): basso attrito, eccellente per la lavorazione di metalli non ferrosi.

Rivestimenti nanocompositi: struttura estremamente fine per un'estrema resistenza all'usura.

Processoi:

PVD (Physical Vapor Deposition): temperatura inferiore (~450–600 °C), preserva i bordi taglienti.

CVD (deposizione chimica da vapore): temperature più elevate (~900–1050 °C), rivestimento più spesso, potrebbero richiedere la post-molatura.

11. Ispezione finale

I micrometri laser misurano diametro, concentricità e runout.

I comparatori ottici controllano la forma della scanalatura.

Vengono testati l'adesione del rivestimento e la ruvidità della superficie.

Le frese ad alte prestazioni sono bilanciate dinamicamente per mandrini ad alta velocità.

12. Imballaggio

Ogni utensile viene pulito ad ultrasuoni per rimuovere residui di molatura e rivestimento.

Confezionato in singoli tubi di plastica per evitare scheggiature durante il trasporto.

Tabella riassuntiva: