Per le prime operazioni su materiale grezzo si utilizzano ganasce dure dentate (HRC 58-62), per le quali è generalmente accettabile un'impronta di 0.05-0.15 mm. Si passa a ganasce tenere alesate in sede (AISI 1018, HRC 15-25) per le seconde operazioni, quando il pezzo presenta già una superficie di riferimento finita ed è richiesta una concentricità inferiore a 0.025 mm. Le ganasce a gradino estendono la presa su lamiere sottili da 6-12 mm di spessore; le ganasce in alluminio 6061-T6 proteggono le superfici anodizzate o lucidate, al prezzo di una forza di serraggio affidabile inferiore del 30-50% rispetto alle equivalenti ganasce in acciaio.
Per una panoramica più ampia del bloccaggio pezzo che copre morse, mandrini da tornio e contropunte rotanti, si rimanda alla guida al bloccaggio pezzo. Questo articolo approfondisce un livello in più — le ganasce in sé.
Le quattro famiglie di ganasce e i problemi che risolvono
Un corpo di morsa modulare CNC (tipo GT, larghezza ganasce 100-300 mm, forza di serraggio 16-40 kN) costituisce solo metà del sistema di bloccaggio pezzo. Sono le ganasce imbullonate al corpo a determinare la forza di presa, il rischio di marcatura, la precisione nella seconda operazione e il pezzo più piccolo che la morsa può tenere in sicurezza — quattro problemi distinti che di solito si risolvono con quattro tipi di ganasce diversi.
| Famiglia di ganasce | Materiale (tipico) | Durezza | Funzione principale |
|---|---|---|---|
| Dura dentata | AISI 4140 cementato o 20CrMnTi | HRC 58-62 | Massima presa su materiale grezzo segato |
| Tenera (alesata in sede) | AISI 1018 o 12L14 | HRC 15-25 | Serraggio concentrico per seconde operazioni |
| A gradino / a spallamento | 4140 temprato | HRC 50-58 | Tenuta di pezzi sottili o con spallamento |
| Alluminio | 6061-T6 | ~HB 95 | Superfici finite sensibili alla marcatura |
La maggior parte delle officine CNC mantiene tre o quattro set per morsa: un set dentato temprato per le prime operazioni, uno o due set di ganasce tenere abbinati alle famiglie di pezzi ricorrenti e un set a basso profilo o a gradino per i lavori sottili o a 5 assi. L'errore costoso è forzare un solo tipo di ganascia su tutte le operazioni — le ganasce dure marcano l'alluminio finito, le ganasce tenere perdono presa sulla barra grezza segata e le ganasce in alluminio cedono sotto i carichi pesanti di sgrossatura.
I materiali del corpo seguono la stessa logica un livello più in alto. Il 20CrMnTi è la lega standard per i corpi morsa cementati e per le ganasce dure, perché la sua superficie cementata mantiene HRC 58-62 contro il contatto con ganasce e materiale, mentre il nucleo tenace assorbe gli urti di serraggio. Secondo la DIN 1875 (specifica tedesca per morse di precisione da macchina), le superfici di lavoro di una morsa di precisione — compresa la sede delle ganasce — devono mantenere un parallelismo entro 0.005 mm su 100 mm e una verticalità entro 0.005 mm.
Ganasce dure: quando la presa conta più della finitura
Le ganasce dure sono la scelta di partenza per qualsiasi prima operazione su materiale grezzo. L'acciaio cromo-molibdeno AISI 4140 è preferito per le ganasce dure perché, nello stato temprato a cuore HRC 58-62, abbina la resistenza all'usura contro il materiale segato a una tenacità sufficiente per resistere ai cicli di serraggio interrotti. La stessa specifica di materiale compare come 20CrMnTi nei corpi morsa cementati — entrambi forniscono superfici di lavoro a HRC 58-62.
Predominano due trattamenti superficiali:
- 20CrMnTi cementato: profondità di cementazione 0.5-1.5 mm, il nucleo conserva una tenacità di circa HRC 30-35. Soluzione preferibile per la sgrossatura soggetta a urti, dove la faccia della ganascia subisce il caricamento del pezzo a colpi di martello.
- 4140 temprato a cuore: HRC 58-62 a tutta sezione. Maggiore durata della dentatura all'usura, ma più fragile in caso di caduta o urto fuori asse della faccia.
La geometria della dentatura determina la forza di presa. I disegni più comuni sono: dentatura fine a passo 1.5 mm per materiale sotto i 50 mm, dentatura grossolana a passo 3.0 mm per materiale 50-150 mm e a piramide o "waffle" (tipicamente 3 mm × 3 mm) per fusioni irregolari. Una ganascia dentata penetra di 0.05-0.15 mm in un pezzo in 4140 con una forza di serraggio di 25-30 kN: un'impronta accettabile sul grezzo, ma che esclude qualsiasi impiego della dentatura nelle operazioni di finitura.
| Disegno | Passo | Indicato per | Profondità impronta visibile |
|---|---|---|---|
| Fine orizzontale | 1.5 mm | Barra, piccole fusioni | 0.03-0.06 mm |
| Grossolana orizzontale | 3.0 mm | Lamiera, grandi fusioni | 0.08-0.15 mm |
| A piramide / "waffle" | 3 mm × 3 mm | Pezzi tondi e irregolari | 0.10-0.15 mm |
| Liscia (dura) | — | Superfici di riferimento prelavorate | 0 (rischio di slittamento sopra 15 kN) |
Pratica con le ganasce dure
Prima di applicare la coppia finale, si consiglia di bloccare il bordo inferiore del materiale contro il piano della morsa con una parallela: le ganasce dentate possono sollevare il pezzo di 0.05-0.10 mm durante il serraggio se il pezzo non è supportato. Per la maggior parte degli attrezzaggi con ganasce dentate, è preferibile appoggiare il pezzo su parallele prima del serraggio definitivo, in modo da evitare il sollevamento indotto dalla dentatura; per materiale di altezza superiore a ~3× l'altezza della ganascia, un riscontro posteriore o un blocco a gradino rappresenta in genere una soluzione di supporto migliore.
Ganasce tenere: alesate in sede per la concentricità
Le ganasce tenere sono la risposta quando il pezzo possiede già una superficie di riferimento finita e i segni della dentatura comprometterebbero il pezzo stesso. L'acciaio dolce AISI 1018 è il substrato standard per ganasce tenere (HRC 15-25), perché può essere fresato in piano o alesato sulla stessa macchina che lavorerà il pezzo, trasferendo direttamente l'allineamento del mandrino nella geometria della ganascia. L'acciaio piombato 12L14 rappresenta un'alternativa di lavorazione più rapida quando i fori delle ganasce tenere vanno rifatti di frequente.
Il flusso di alesatura in sede:
- Montare ganasce tenere grezze (1018, 4140 ricotto o alluminio) sul corpo della morsa
- Serrare tra di esse un anello di calibrazione di sacrificio o una parallela di precisione, alla stessa altezza a cui andrà a sedersi il pezzo
- Affondare una barra di alesatura o una fresa a codolo nelle facce delle ganasce per ricavare il profilo esatto del pezzo
- Rilasciare l'anello di calibrazione: la cavità alesata corrisponde ora al pezzo entro l'eccentricità del mandrino
Le ganasce tenere alesate in sede possono mantenere una concentricità inferiore a 0.025 mm, perché la cavità è ricavata dalla stessa macchina e dallo stesso mandrino che lavoreranno il pezzo: l'eccentricità del sistema di tenuta si riduce a quella del sistema di taglio. Le ganasce tenere "universali" prerettificate non possono raggiungere lo stesso risultato, perché vengono lavorate fuori macchina ed ereditano gli errori di montaggio.
Errore comune con le ganasce tenere
L'alesatura di ganasce tenere serrate su un anello di calibrazione sottilissimo (sotto i 5 mm di altezza) genera una cavità conica: la parte alta della ganascia, non supportata, flette verso l'esterno sotto la pressione dell'utensile. Si raccomanda di utilizzare un anello di calibrazione di altezza pari ad almeno il 75% della futura altezza di serraggio durante l'alesatura delle ganasce tenere, in modo da evitare che la cavità venga tagliata conica.
Ganasce a gradino e a basso profilo: pezzi sottili e 5 assi
Le ganasce a gradino presentano una sporgenza lavorata che si estende sotto la faccia standard della ganascia, consentendo la presa di lamiere sottili che altrimenti si troverebbero a un'altezza insufficiente per il pieno contatto. Una ganascia a gradino con sporgenza tipica di 5-10 mm è in grado di tenere in sicurezza lamiere di spessore 6-12 mm che sfuggirebbero a una ganascia standard alta 30-50 mm, perché il gradino ripristina l'area di contatto utile.
Le ganasce a basso profilo (altezza ganascia 15-25 mm contro i 30-50 mm standard) servono uno scopo diverso: lo spazio libero per gli utensili nei lavori a 5 assi. Nelle lavorazioni 3+2 o simultanee a 5 assi, una ganascia alta blocca il percorso utensile quando il mandrino si inclina verso il pezzo. Le ganasce a basso profilo conservano 10-30 mm di spazio aggiuntivo in Z sotto un mandrino inclinato, una differenza che spesso separa un attrezzaggio a 5 assi realizzabile da un pezzo che richiede un nuovo bloccaggio. È per questo che ogni officina abilitata al 5 assi tende a tenere almeno un set di ganasce a basso profilo per ciascuna morsa — per i compromessi più ampi su rigidità e spazio libero, si rimanda alla guida all'adozione della lavorazione a 5 assi.
| Variante | Altezza (sopra il piano morsa) | Indicata per | Compromesso |
|---|---|---|---|
| Ganascia dura standard | 30-50 mm | Prime operazioni, fresatura generale | Può ostruire i percorsi utensile a 5 assi sotto mandrino inclinato |
| Ganascia a basso profilo | 15-25 mm | Attrezzaggi 3+2 a 5 assi | Superficie di presa minore, forza massima inferiore (~70-80%) |
| Ganascia a gradino (singolo) | 30-50 mm + sporgenza 5-10 mm | Lamiera sottile < 12 mm | La sporgenza si usura con il montaggio ripetuto |
| Tipo a coda di rondine | Variabile | Pezzi pre-bloccati e montati su attrezzaggio | Richiede preparazione a coda di rondine sul pezzo |
Ganasce in alluminio: quando la marcatura è il vero costo
Le ganasce in alluminio risolvono un problema preciso: i pezzi finiti, anodizzati o lucidati, dove qualsiasi segno lasciato da una ganascia in acciaio significa scarto. Le ganasce in alluminio 6061-T6 (HB ~95) non lasciano alcun segno di dentatura misurabile su un pezzo finito in alluminio o acciaio, perché la loro durezza è inferiore a quella della superficie del pezzo, ma trattengono in modo affidabile soltanto il 30-50% della forza di serraggio di una ganascia in acciaio di pari dimensione prima di deformarsi.
| Fattore | Ganascia in alluminio 6061-T6 | Ganascia dura AISI 4140 |
|---|---|---|
| Durezza | HB ~95 | HRC 58-62 (≈ HB 600+) |
| Rischio di marcatura su pezzo in alluminio | Nessuno misurabile | Impronte di dentatura visibili |
| Forza di serraggio massima affidabile | 8-15 kN prima della deformazione (esperienza tipica di officina per ganasce di larghezza 100-150 mm) | 25-40 kN |
| Vita utile (cicli di serraggio) | ~500-1,500 prima della rifresatura (pratica di officina; varia con gli spigoli del pezzo) | 10,000+ |
| Rifresatura in sede | Facile (fresa a spianare) | Non praticabile (HRC 58-62) |
Chi utilizza ganasce in alluminio le rifà tipicamente ogni 500-1,500 cicli per ripristinare la planarità — una passata di sfacciatura di 2-3 minuti sulla stessa macchina che monta la morsa. Il 6061-T6 è la lega standard per ganasce in alluminio, perché il suo trattamento T6 abbina una resistenza allo snervamento sufficiente (~276 MPa) per tenere i pezzi sotto carichi di finitura a quella superficie tenera necessaria per non danneggiare alluminio lucidato, ottone e lavorati anodizzati.
✦ Le ganasce dure in acciaio sono indicate per
- Serraggio in prima operazione su barra grezza segata
- Sgrossatura pesante a 25-40 kN di forza di serraggio
- Pezzi in ghisa, acciaio e acciaio inossidabile
- Produzioni lunghe in cui la marcatura della superficie non è un problema
✦ Le ganasce in alluminio sono indicate per
- Pezzi finiti anodizzati, lucidati o placcati
- Seconde operazioni su carcasse in alluminio a parete sottile
- Componenti in ottone e rame
- Tenuta per controllo dimensionale, dove i segni dell'utensile sono inaccettabili
Quadro decisionale pratico
La sequenza di scelta è ganascia per operazione, non ganascia per morsa:
- Identificare il tipo di operazione: prima operazione su grezzo, seconda operazione su materiale lavorato, finitura su superficie sensibile, oppure pezzo sottile/5 assi
- Abbinare la durezza del materiale allo stato del pezzo: ganasce dure per il grezzo, ganasce tenere per i riferimenti lavorati, ganasce in alluminio per le superfici finite
- Abbinare la geometria alla forma del pezzo: ganasce a gradino sotto i 12 mm di spessore, a basso profilo per il 5 assi, a coda di rondine per inserti d'attrezzaggio pre-bloccati
- Verificare il budget di forza di serraggio: la forza di taglio attesa moltiplicata per un fattore di sicurezza pari a 2 deve restare al di sotto della forza nominale della ganascia (declassamento del 30-50% circa per l'alluminio, nessuno per l'acciaio duro)
Le ganasce tenere dovrebbero essere la scelta di tenuta predefinita non appena il pezzo presenta una qualsiasi faccia di riferimento lavorata: convertono direttamente la precisione del mandrino in concentricità del pezzo ed eliminano il rischio di marcatura che scarta il lavoro finito. Le ganasce dure tornano in gioco quando l'operazione successiva introduce una nuova faccia grezza. Le ganasce in alluminio restano riservate alla minoranza di operazioni di finitura in cui qualsiasi segno è un difetto.
Tabella di selezione rapida
| Scenario | Tipo di ganascia | Materiale | Faccia / disegno | Perché |
|---|---|---|---|---|
| Prima operazione, barra in acciaio segata 40-100 mm | Dura dentata (passo 3 mm) | AISI 4140 / 20CrMnTi | Dentatura grossolana orizzontale | L'impronta di 0.10-0.15 mm garantisce la piena presa di 25-40 kN sul grezzo |
| Prima operazione, fusione irregolare | Dura dentata ("waffle") | AISI 4140 temprato | Piramide 3×3 mm | La presa multidirezionale resiste allo spostamento su facce irregolari |
| Seconda operazione, pezzo in acciaio lavorato che richiede serraggio concentrico | Ganasce tenere alesate | Acciaio dolce AISI 1018 | Profilo alesato sul pezzo | La cavità ricavata in macchina porta la concentricità sotto 0.025 mm |
| Lamiera sottile 6-12 mm, seconda operazione | Ganasce a gradino | AISI 4140 temprato | Sporgenza a gradino 5-10 mm | La sporgenza ripristina la superficie di presa persa sul materiale sottile |
| Attrezzaggio 3+2 a 5 assi, carcassa in alluminio fuso | Tenere a basso profilo | AISI 1018 o 6061-T6 | Alesate o lisce | Aggiungono 10-30 mm di spazio in Z sotto mandrino inclinato |
| Carcassa in alluminio finito, seconda operazione | Ganasce in alluminio | 6061-T6 | Lisce o leggermente sfacciate | La superficie a HB 95 non lascia segni sul lavoro anodizzato |
| Componenti in ottone anodizzato / lucidati | Alluminio liscio | 6061-T6 | Liscio (senza dentatura) | Tenuta di livello finitura senza marcatura |
| Pezzi in alluminio in produzione con geometria ricorrente | Ganasce in alluminio alesate | 6061-T6 | Profilo alesato | Combinano la protezione dalla marcatura con una presa concentrica |
Abbinare il tipo di ganascia all'operazione, non alla morsa.
Le ganasce dure dentate (AISI 4140 / 20CrMnTi a HRC 58-62) offrono in genere la massima presa nelle prime operazioni su grezzo, al prezzo di una marcatura di 0.05-0.15 mm. Le ganasce tenere (AISI 1018 a HRC 15-25) alesate in sede portano la concentricità sotto 0.025 mm nelle seconde operazioni, ereditando direttamente la precisione del mandrino. Le ganasce a gradino estendono la presa su spessori inferiori a 12 mm, mentre quelle a basso profilo aggiungono 10-30 mm di spazio in Z negli attrezzaggi a 5 assi. Le ganasce in alluminio 6061-T6 sacrificano il 50-70% della forza di serraggio per proteggere le superfici finite. La maggior parte delle morse CNC in produzione utilizza tre o quattro set di ganasce, anziché affidarsi a un unico tipo universale.
Qual è la differenza tra ganasce dure e tenere per morsa?
Le ganasce dure per morsa sono trattate termicamente fino a HRC 58-62 (tipicamente AISI 4140 o 20CrMnTi) e afferrano il materiale grezzo penetrando di 0.05-0.15 mm nel pezzo attraverso la dentatura. Le ganasce tenere sono in acciaio dolce AISI 1018 a HRC 15-25, progettate per essere alesate o fresate in sede sulla stessa macchina che lavorerà il pezzo: questa lavorazione porta la concentricità sotto 0.025 mm, ereditando direttamente la precisione del mandrino.
Quando conviene utilizzare ganasce per morsa dentate su una macchina CNC?
Le ganasce dentate vanno utilizzate per il serraggio in prima operazione su materiale grezzo segato, cesoiato o di fusione, dove la passata di lavorazione successiva eliminerà i segni dell'impronta. La profondità tipica di dentatura di 0.05-0.15 mm è accettabile sulle facce grezze, ma non deve mai entrare in contatto con una superficie destinata a rimanere visibile sul pezzo finito. Il passo della dentatura va abbinato alla dimensione del materiale: passo fine 1.5 mm sotto i 50 mm, passo grossolano 3 mm tra 50-150 mm.
Quanta forza di serraggio sono in grado di sostenere ganasce in alluminio 6061-T6?
Le ganasce in alluminio 6061-T6 (HB ~95) sostengono in modo affidabile 8-15 kN di forza di serraggio prima della deformazione della faccia, contro i 25-40 kN di una ganascia equivalente in acciaio AISI 4140 a HRC 58-62. Il declassamento di forza del 30-50% paga la completa protezione dalla marcatura su pezzi anodizzati, lucidati o finiti, dove qualsiasi segno visibile comporterebbe lo scarto del pezzo.
Come si alesano le ganasce tenere per adattarle a un diametro specifico del pezzo?
Si montano ganasce tenere grezze in 1018 sul corpo della morsa, si serra tra di esse un anello di calibrazione di precisione (dimensionato sul diametro previsto di serraggio, con altezza ≥75% dell'altezza di serraggio) e si affonda una barra di alesatura o una fresa a codolo sulla stessa macchina che lavorerà il pezzo per ricavare la cavità. Si rilascia poi l'anello: il profilo alesato corrisponde ora al pezzo entro l'eccentricità propria del mandrino.
Sono necessarie ganasce diverse per la lavorazione a 5 assi?
Gli attrezzaggi 3+2 e simultanei a 5 assi richiedono tipicamente ganasce a basso profilo (15-25 mm di altezza contro i 30-50 mm dello standard), per mantenere libero il percorso dell'utensile quando il mandrino si inclina verso il pezzo. Le ganasce a basso profilo conservano 10-30 mm di spazio aggiuntivo in Z, ma riducono la forza di serraggio affidabile a circa il 70-80% degli equivalenti a tutta altezza, a causa della minore superficie di presa.
