Si parte dal gruppo ISO 513 (P per l'acciaio, M per l'inossidabile, K per la ghisa, N per l'alluminio, S per le superleghe, H per l'acciaio temprato) e si seleziona poi il sotto-codice in funzione della severità dell'operazione: finitura (01–10), uso generale (15–25), sgrossatura (30–50). Un grado P25 con rivestimento CVD multi-strato TiCN/Al₂O₃/TiN copre circa il 70% della tornitura generale dell'acciaio; un grado M20 con PVD TiAlN gestisce la maggior parte delle lavorazioni sull'inossidabile. Una corretta scelta del grado può prolungare la vita utile dell'inserto in metallo duro da meno di 10 minuti a 60 minuti, a parità di geometria nella tornitura dell'acciaio e in condizioni comparabili.
Per una panoramica completa delle tipologie, geometrie e rivestimenti degli utensili da taglio, si veda la guida completa agli utensili da taglio.
Gruppi di applicazione ISO
La norma ISO 513 classifica i materiali per utensili da taglio in sei gruppi di applicazione, ciascuno identificato da una lettera e da un codice colore. È il punto di partenza di ogni scelta del grado.
| Gruppo ISO | Colore | Materiali di riferimento | Requisito principale |
|---|---|---|---|
| P (Acciaio) | Blu | Acciaio al carbonio, acciaio legato, inossidabile ferritico | Resistenza all'usura a cratere |
| M (Inossidabile) | Giallo | Inossidabile austenitico, duplex, acciaio fuso | Tenacità + resistenza al calore |
| K (Ghisa) | Rosso | Ghisa grigia, ghisa sferoidale, ghisa malleabile | Resistenza all'abrasione |
| N (Non ferrosi) | Verde | Alluminio, rame, ottone, plastiche | Tagliente affilato, basso attrito |
| S (Superleghe) | Marrone | Titanio, Inconel, leghe di cobalto | Resistenza al calore, tenacità del tagliente |
| H (Temprati) | Grigio | Acciaio temprato >45 HRC, ghisa conchigliata | Durezza a caldo, resistenza all'usura |
Il numero a due cifre indica l'equilibrio tra durezza e tenacità. I numeri più bassi (P01) sono più duri ma più fragili. I numeri più alti (P40) sono più tenaci ma si usurano prima. La maggior parte delle lavorazioni generali ricade nell'intervallo P20-P30.
In caso di incertezza sul grado da cui partire per l'acciaio, il P25 con rivestimento CVD multi-strato è il valore predefinito sicuro nella maggior parte delle applicazioni di tornitura. Per la fresatura e le lavorazioni interrotte sullo stesso materiale, si passa a gradi P20-P30 con rivestimento PVD.
La norma ISO 1832 definisce il sistema di designazione alfanumerica degli inserti indicizzabili — codifica la forma dell'inserto, l'angolo di spoglia, la classe di tolleranza e la geometria del foro di fissaggio in un codice standardizzato che compare su ogni confezione (per esempio CNMG 120408). Il gruppo di applicazione ISO 513 e la designazione dell'inserto ISO 1832 costituiscono insieme il sistema a due norme che collega una specifica geometria e un grado di inserto a un'applicazione di lavorazione.
Composizione del substrato
Gli inserti in metallo duro sono compositi sinterizzati costituiti da grani di carburo di tungsteno (WC) tenuti insieme da un legante in cobalto (Co). La dimensione dei grani e la percentuale di legante determinano le proprietà fondamentali del grado.
Effetti della granulometria:
- Submicronica (<0.5 um): massima durezza e affilatura del tagliente. Utilizzata per la finitura e i materiali duri.
- Grana fine (0.5-1.0 um): buon equilibrio tra durezza e tenacità. Gradi per uso generale.
- Grana media (1.0-3.0 um): maggiore tenacità a scapito della resistenza all'usura. Per i tagli interrotti.
Effetti del contenuto di legante:
- 6% Co: molto duro, fragile. Gradi di finitura (P01-P10).
- 10% Co: bilanciato. Gradi per uso generale (P20-P30).
- 12-15% Co: molto tenace. Gradi per sgrossatura pesante (P40-P50).
Relazione tra granulometria e velocità
Granulometrie più fini mantengono l'integrità del tagliente a temperature di taglio più elevate, consentendo velocità di taglio maggiori. I dati dei produttori indicano che i gradi submicronici operano tipicamente dal 20 al 30% più velocemente rispetto ai gradi a grana media, in condizioni equivalenti, prima di raggiungere livelli di usura comparabili.
Interazione tra rivestimento e grado
Il grado del substrato e il rivestimento lavorano come un sistema. Sceglierli in modo indipendente porta a prestazioni non ottimali.
✦ Gradi con rivestimento CVD (tipicamente P15-P35)
- Il consistente strato di Al2O3 funge da barriera termica
- Preferito per la tornitura continua di acciaio e ghisa
- Sostiene velocità di taglio elevate (200-400 m/min)
- Costo per tagliente inferiore nelle produzioni di serie
✦ Gradi con rivestimento PVD (tipicamente P10-P25)
- Il rivestimento sottile preserva l'affilatura del tagliente
- Preferito per fresatura, scanalatura, filettatura, profilatura
- Indicato per inserti di piccole dimensioni e geometrie positive, dove l'arrotondamento tipico del CVD ridurrebbe l'affilatura del tagliente
- Superiore nei tagli interrotti e con ingaggio variabile
Un errore comune consiste nell'accoppiare un substrato tenace e ad alto contenuto di cobalto (P35-P40) con un rivestimento CVD progettato per il taglio continuo ad alta velocità. Il substrato non è in grado di sostenere le velocità che il rivestimento consente. Allo stesso modo, accoppiare un substrato duro P10 con un rivestimento CVD spesso vanifica la potenziale affilatura del tagliente del substrato, poiché il CVD tende ad arrotondare il tagliente.
Nella maggior parte delle applicazioni di tornitura dell'acciaio, i rivestimenti CVD privilegiano l'alta velocità di taglio, mentre i rivestimenti PVD privilegiano l'affilatura del tagliente nelle operazioni interrotte. La tecnologia di rivestimento va abbinata alla condizione operativa dominante — taglio continuo ad alta velocità, oppure taglio interrotto che richiede robustezza del tagliente — non al solo substrato. Il TiCN (carbonitruro di titanio) costituisce lo strato base resistente all'usura nella maggior parte dei pacchetti CVD multi-strato per acciaio, e il TiN (nitruro di titanio) è lo strato superficiale color oro che segnala visivamente l'usura del tagliente man mano che viene consumato durante l'impiego. L'ossido di alluminio (Al₂O₃) è impiegato come strato termico intermedio di barriera nei rivestimenti CVD multi-strato per la tornitura di acciaio e ghisa, perché la sua bassa conducibilità termica (~30 W/m·K, contro ~60 W/m·K del TiCN) limita la trasmissione di calore al substrato a velocità di taglio superiori a 200 m/min.
Raccomandazioni di grado per materiale
Acciaio al carbonio e acciaio legato (gruppo P):
- Tornitura: P15-P25 con rivestimento CVD multi-strato TiCN/Al2O3/TiN
- Fresatura: P20-P30 con PVD TiAlN
- Tornitura interrotta: P25-P35 con PVD o CVD sottile
Acciaio inossidabile (gruppo M):
- Si utilizzano gradi M15-M25 con rivestimento PVD TiAlN o AlCrN
- Un maggiore contenuto di cobalto contrasta l'usura a intaglio dovuta alla superficie incrudita
- Da evitare i gradi non rivestiti — il tagliente di riporto compromette la finitura
I rivestimenti TiAlN (nitruro di titanio-alluminio) sono preferiti al TiN per l'acciaio inossidabile, poiché la loro maggiore resistenza all'ossidazione (stabile fino a ~800°C) riduce l'usura a cratere alle elevate temperature di taglio generate dall'inossidabile austenitico. L'AlCrN (nitruro di alluminio-cromo) offre una resistenza al calore analoga con prestazioni migliori in condizioni interrotte ad alto avanzamento, risultando la scelta preferibile al TiAlN nella fresatura di inossidabile con ingaggio variabile.
Ghisa (gruppo K):
- Ghisa grigia: K10-K20 con CVD Al2O3 ad alte velocità
- Ghisa sferoidale: K20-K30 con rivestimento CVD più spesso per contrastare l'abrasione
- Per la sgrossatura di ghisa grigia oltre i 500 m/min si impiegano inserti ceramici (Si3N4)
Alluminio (gruppo N):
- Metallo duro lucidato non rivestito o punta in PCD (diamante policristallino)
- Il rivestimento DLC previene il tagliente di riporto
- Da evitare il TiAlN — l'alluminio ha affinità chimica con il rivestimento e provoca un accumulo rapido
Gli inserti in PCD (diamante policristallino) sono utilizzati per la lavorazione dell'alluminio ad alto volume, perché l'estrema durezza del diamante (~8,000 HV) resiste all'usura abrasiva che le leghe di alluminio contenenti silicio (serie 2000, 6000, 7000) producono a velocità di taglio di 500–1,500 m/min. I rivestimenti DLC (diamond-like carbon) svolgono la stessa funzione anti-incollaggio a costi inferiori nelle lavorazioni dell'alluminio a media velocità, offrendo una superficie a basso attrito che impedisce all'alluminio di saldarsi sul tagliente dell'inserto.
Il miglior grado di inserto per l'acciaio raramente ha una risposta univoca — dipende dal fatto che l'operazione sia continua o interrotta e dalla velocità di taglio. Il P25 con CVD copre la maggior parte della tornitura dell'acciaio, il P30 con PVD è indicato per la fresatura, mentre i P30-P40 con PVD gestiscono i tagli interrotti.
Evitare l'applicazione fuori gruppo
L'utilizzo di un grado del gruppo P su acciaio inossidabile, o di un grado del gruppo M su ghisa, produce in genere prestazioni inferiori, soprattutto sull'inossidabile austenitico e sulla ghisa sferoidale, dove i meccanismi di usura si discostano maggiormente rispetto al gruppo ISO corretto. I gradi sono progettati per specifici meccanismi di usura. L'acciaio provoca usura a cratere sulla faccia di spoglia (i gradi P contrastano questo fenomeno). La ghisa produce usura abrasiva sul fianco (i gradi K la contrastano). Usare il gruppo sbagliato significa ottimizzare il grado contro il meccanismo di cedimento sbagliato.
Sequenza pratica di scelta
- Identificare il materiale del pezzo e abbinarlo al gruppo ISO (P, M, K, N, S, H)
- Determinare la severità dell'operazione: finitura (01-10), uso generale (15-25) o sgrossatura (30-50)
- Selezionare il tipo di rivestimento: CVD per il taglio continuo, PVD per quello interrotto
- Partire con velocità e avanzamento raccomandati dal produttore
- Valutare il quadro di usura dopo il primo cambio utensile e correggere il grado se necessario
Seguire questa sequenza — prima il gruppo ISO, poi la severità dell'operazione, infine il tipo di rivestimento — intercetta la maggior parte degli errori di scelta del grado prima ancora di effettuare un taglio di prova.
Scelta rapida del grado per applicazione
| Scenario | Gruppo ISO | Intervallo di grado | Rivestimento | Perché |
|---|---|---|---|---|
| Tornitura generale dell'acciaio | P | P20–P30 | CVD TiCN/Al₂O₃/TiN | Resistenza bilanciata a usura a cratere e sul fianco |
| Acciaio inossidabile (austenitico) | M | M15–M25 | PVD TiAlN o AlCrN | Resiste a incrudimento e tagliente di riporto |
| Ghisa grigia (alta velocità) | K | K10–K20 | CVD Al₂O₃ | Resistenza all'abrasione dei carburi duri |
| Alluminio / non ferrosi | N | N10–N20 | Non rivestito lucidato o DLC | Evita il tagliente di riporto sui materiali teneri |
| Tagli interrotti (acciaio) | P | P30–P40 | PVD TiAlN | Le sollecitazioni di compressione contrastano la micro-scheggiatura |
| Acciaio temprato >45 HRC | H | H10–H20 | CVD multi-strato | Durezza a caldo + resistenza all'usura a cratere |
| Superleghe (Inconel, Ti) | S | S15–S25 | PVD AlCrN | Resistenza al calore e all'ossidazione >800°C |
Si parte dal gruppo ISO, poi si affina in base alla severità dell'operazione.
La scelta del grado segue una gerarchia chiara: prima il gruppo di applicazione ISO, poi il numero di durezza-tenacità in base al tipo di operazione, infine il rivestimento abbinato al taglio continuo o interrotto. Un grado P25 CVD copre il 70% della tornitura generale dell'acciaio. Un grado M20 PVD gestisce la maggior parte delle lavorazioni sull'inossidabile. Una volta padroneggiati questi due punti di partenza, si affina poi in base al quadro di usura reale osservato in officina.
Quale grado ISO di inserto copre la maggior parte della tornitura generale dell'acciaio?
Un grado P25 con rivestimento CVD multi-strato TiCN/Al₂O₃/TiN copre circa il 70% delle applicazioni di tornitura generale dell'acciaio. Bilancia la resistenza all'usura a cratere dello strato di Al₂O₃ con la tenacità del substrato P25, rappresentando il punto di partenza predefinito prima di affinare la scelta in base al quadro di usura reale.
Perché non è possibile usare lo stesso grado di metallo duro per acciaio e acciaio inossidabile?
L'acciaio provoca usura a cratere sulla faccia di spoglia — i gradi P con CVD Al₂O₃ la contrastano — mentre l'acciaio inossidabile genera usura a intaglio dovuta a superfici incrudite, che richiede il maggiore contenuto di cobalto dei gradi M15–M25. Usare il gruppo ISO sbagliato significa che il grado contrasta il meccanismo di cedimento sbagliato, riducendo la durata dell'utensile del 30-50% in confronti tipici.
Qual è la differenza tra i gradi di inserto rivestiti CVD e PVD?
I rivestimenti CVD (spessore 8-20 µm) forniscono una barriera termica per la tornitura continua ad alta velocità, mentre i rivestimenti PVD (1-8um) preservano un'affilatura netta del tagliente per fresatura, scanalatura e tagli interrotti. Si sceglie il CVD per le operazioni continue e il PVD per quelle interrotte.
In che modo il contenuto di legante in cobalto influenza le prestazioni dell'inserto?
Il legante in cobalto governa l'equilibrio durezza-tenacità: il 6% di cobalto produce gradi di finitura molto duri e fragili (P01–P10); il 10% di cobalto genera gradi bilanciati per uso generale (P20–P30); il 12–15% di cobalto offre gradi di sgrossatura molto tenaci (P40–P50) che resistono alla scheggiatura nei tagli interrotti e agli urti di ingresso in lavorazioni interrotte pesanti.
