Fresa a candela (End Mill): caratteristiche per le lavorazioni CNC

La fresa a candela, conosciuta in inglese come End Mill, è uno degli utensili per fresatura più comune e versatile utilizzato nelle fresatrici CNC. Queste frese sono progettate principalmente per operazioni di fresatura su superfici piane, contornatura, tasche e anche su superfici tridimensionali, particolarmente nei centri di lavoro CNC che lavorano materiali duri come acciai, leghe e altri materiali ad alta resistenza.

In questo articolo vedremo tutte le caratteristiche delle frese a candela, includendo il loro funzionamento e le modalità di impiego.

Cos’è e come funziona una fresa a candela

Una fresa a candela è uno strumento rotante utilizzato in un centro di lavoro CNC per asportare materiale da un pezzo mediante fresatura. È molto simile a una punta di trapano, ma è progettata per essere utilizzata non solo per tagli assiali (come le punte) ma anche per tagli laterali. Le frese a candela sono composte principalmente da un corpo cilindrico, una serie di taglienti (chiamati flute) e un gambo che permette di fissare l’utensile al mandrino della fresatrice.

Le frese a candela lavorano secondo il principio della fresatura a taglio. L’utensile, montato su un mandrino rotante del centro di lavoro CNC, ruota ad alta velocità e, quando viene abbassato sul pezzo in lavorazione, i taglienti asportano piccole porzioni di materiale, creando il profilo desiderato. Alcuni aspetti tecnici importanti durante il funzionamento delle frese a candela includono:

  • Velocità di taglio e avanzamento: la velocità di taglio (in metri al minuto) e la velocità di avanzamento (in millimetri per dente per giro) sono parametri critici per ottimizzare la durata dell’utensile e la qualità della lavorazione. Questi parametri dipendono dal materiale della fresa, dal tipo di materiale in lavorazione, e dal numero di flute.
  • Lubrificazione: nella fresatura CNC, la lubrificazione è essenziale per evitare il surriscaldamento dell’utensile e per migliorare la rimozione dei trucioli. Vengono spesso utilizzati lubrificanti a base d’olio o emulsioni acquose.

Caratteristiche delle frese a candela

Le principali caratteristiche delle frese a candela includono:

  • Materiale: la maggior parte delle frese a candela sono fatte di carburo cementato (carburo di tungsteno) o di acciaio ad alta velocità (HSS). Le frese in carburo sono più costose ma offrono una maggiore resistenza all’usura e possono lavorare materiali tenaci come titanio e acciaio a velocità più elevate.
  • Numero di Flute: le frese a candela possono avere da 2 a più di 8 flute. Le fresatrici a due flute sono ideali per la lavorazione di materiali morbidi come l’alluminio, poiché permettono una migliore rimozione del truciolo. Le fresatrici a quattro o più flute sono preferite per la lavorazione di acciai e altri materiali duri perché aumentano la capacità di taglio e la finitura della superficie.
  • Geometria dei Flute: la geometria dei flute può variare in base all’applicazione. Esistono flute diritti, utili per operazioni di sgrossatura, e flute elicoidali, che permettono una lavorazione più fluida e migliorano l’evacuazione dei trucioli.
  • Rivestimenti: molte frese a candela sono dotate di rivestimenti speciali come il TiN (Nitruro di Titanio), TiAlN (Nitruro di Titanio e Alluminio) o DLC (Diamante Simil-Cristallo) per migliorare la durezza superficiale, la resistenza al calore e ridurre l’usura, soprattutto quando si lavora con materiali duri.

Inoltre, le frese a candela sono progettate con alcune caratteristiche strutturali distintive che aiutano a migliorarne l’efficienza e l’efficacia in base al tipo di lavorazione da eseguire:

  • Angolo di spoglia: l’angolo di spoglia definisce l’angolo tra la faccia del tagliente e la superficie del materiale da lavorare. Un angolo positivo migliora la penetrazione del taglio e la rimozione del materiale, mentre un angolo negativo aumenta la robustezza dell’utensile.
  • Diametro dell’utensile: le frese a candela possono variare nel diametro, tipicamente da pochi millimetri fino a qualche centimetro, a seconda dell’applicazione specifica. La scelta del diametro influisce sulla quantità di materiale che può essere rimosso in un unico passaggio.
  • Angolo di elica: l’angolo di elica influisce sulla modalità di asportazione dei trucioli. Gli angoli di elica elevati (tipicamente superiori a 40°) sono utili per lavorazioni con materiali difficili perché garantiscono un taglio più fluido.

Tipologie di End Mills

Utensili per fresatura

Le frese a candela possono essere classificate in diverse tipologie, a seconda dell’applicazione e della geometria dell’utensile:

  • Fresa a candela con punta centrale: permettono di fresare e perforare contemporaneamente, essendo in grado di entrare direttamente nel materiale. Sono molto utili per la fresatura di tasche.
  • Fresa a candela senza punta centrale: queste frese non sono adatte per perforare, ma sono eccellenti per la contornatura e la fresatura laterale.
  • Fresa a candela toroidale: ha una punta arrotondata che permette di ottenere una migliore finitura superficiale. Ideale per lavorazioni tridimensionali e superfici curve.

Negli ultimi anni ci sono state diverse innovazioni nelle frese a candela, come ad esempio:

  • Frese a candela ibride: progettate con una combinazione di materiali diversi per ottimizzare la durata e la resistenza all’usura.
  • Microfrese: Per lavorazioni ultra-precise e in settori come l’industria elettronica e la micro-meccanica.

Applicazioni delle Frese a Candela

Le frese a candela sono estremamente versatili e vengono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni:

  • Fresatura di contorni: ideali per fresare profili complessi lungo i bordi del pezzo.
  • Fresatura di tasche: utilizzate per creare cavità rettangolari o circolari nel pezzo.
  • Finitura superficiale: le frese a candela toroidali o a punta sferica sono utilizzate per ottenere superfici con finiture di alta qualità.
  • Lavorazione di stampi: spesso utilizzate per lavorare stampi e matrici dove è richiesta una precisione elevata e una buona finitura superficiale.

Considerazioni per l’uso

Metalmeccanica

L’uso delle frese a candela richiede alcune considerazioni tecniche per ottenere i migliori risultati:

  • Rigidità del sistema: le vibrazioni e il chatter possono compromettere la qualità del taglio e danneggiare l’utensile. Per una buona riuscita della lavorazione è fondamentale utilizzare un mandrino, portautensili rigido e, più in generale, una fresatrice robusta. Quando si tratta di lavorare materiali particolarmente tenaci conviene optare per una fresatrice a 5 assi come la nostra VMC, il cui basamento fisso unito al sistema DualDrive, permettono di mantenere una precisione costante durante tutto il processo di lavorazione.
  • Scelta del materiale della fresa: le frese in HSS sono economiche e utilizzate per materiali più teneri e lavorazioni a basse velocità. Le frese in carburo sono invece preferite per velocità di taglio elevate e per la lavorazione di materiali duri, come acciai temprati.
  • Strategie di fresatura: tecniche come la fresatura a trocoide sono spesso utilizzate per ridurre lo sforzo sull’utensile durante la lavorazione di materiali ad alta resistenza, migliorando la durata dell’utensile e aumentando l’efficienza della lavorazione.

Le frese a candela sono strumenti estremamente essenziali per la fresatura CNC, offrendo flessibilità e precisione nelle lavorazioni. Comprendere la loro geometria, il materiale, i parametri di funzionamento e le strategie di utilizzo è fondamentale per ottimizzare le prestazioni di una macchina CNC e per garantire la qualità del prodotto finale.

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