Analisi dell'influenza della microstruttura nella microfresatura del Ti6Al4V

Le microlavorazioni sono processi che stanno avendo un notevole impatto nel mondo industriale. In molti settori (biomedicale, farmaceutico, automotive, aerospaziale) l???esigenza di miniaturizzazione ne ha permesso e sostenuto un continuo sviluppo. In particolare, la microfresatura sta emergendo grazie alla sua elevata flessibilità e versatilità, al suo elevato tasso di asportazione e alla facilità nel realizzare superfici tridimensionali. Per questo la ricerca scientifica sta cercando di studiarne pregi e difetti. In questo ambito di ricerca si è affrontata l???analisi dell???influenza sul processo di microfresatura della microstruttura del materiale lavorato, dal momento che lo spessore del truciolo e l???avanzamento al dente sono dello stesso ordine di grandezza della dimensione del grano. Partendo da campioni in lega di Ti6Al4V, a seguito di opportuni trattamenti termici, si sono ottenute 4 differenti strutture metallografiche composte da grani equiassici, grani lamellari e loro combinazioni. Le proprietà meccaniche dei campioni e dei loro componenti microstrutturali sono state valutate rispettivamente attraverso misure di micro e nano-indentazione; queste ultime sono state eseguite anche sui singoli grani per comprendere come la diversa durezza delle fasi e strutture presenti nei campioni può influenzare il processo di micro-fresatura. I campioni sono stati quindi lavorati realizzando microcave di larghezza pari a 200 ??m utilizzando una macchina a controllo numerico Kern Pyramid Nano a 5 assi. E??? stata utilizzata una velocità di taglio di 25,000 rpm (15.7 m/min) e si sono analizzate due diversi avanzamenti al dente (0.5 and 1.5 ??m/dente), mentre la profondità di taglio è rimasta costante e pari a 50 ??m. Le microlavorazioni sono state condotte senza l???uso di lubrificante al fine di considerare le peggiori condizioni di lavoro, esaltare i fenomeni di usura e valutare meglio l???effetto della microstruttura. Durante le operazioni di microfresatua sono state inoltre registrate le forze di taglio per mezzo di una cella di carico, mentre le dimensioni della bava, la sezione del canale realizzato e l???aspetto dell???utensile sono stati indagati mediante microscopio ottico e microscopio elettronico a scansione. I dati ottenuti sono stati infine analizzati con metodo statistico (ANOVA) al fine di valutare l???influenza della microstruttura sul processo di lavorazione e sulla qualità della superficie realizzata. Per quanto concerne la caratterizzazione microstrutturale, dalle analisi è emerso che il campione con microstruttura completamente lamellare mostra la minor durezza e la più alta deviazione standard della misura (356 ± 45 HV) a causa della dimensione delle lamelle più grossolana; mentre la più dura risulta essere la microstruttura bimodale (410 ± 15 HV), dove la frazione di volume di grani ?? è minima. L???analisi DOE dei parametri di lavorazione ha permesso di rivelare l???effetto della microstruttura, dell???avanzamento al dente e della loro interazione sulla forza di taglio. In particolare, nel caso di avanzamento al dente di 1.5 µm/tooth i valori della forza di taglio sono fortemente condizionati dalla durezza della microstruttura; ovvero: valori più bassi della forza si sono rilevati durante la fresatura delle lamelle ??, mentre quelli più alti nella microstruttura bimodale. L???osservazione della forma dei micro-canali non ha mostrato particolari differenze al variare delle condizioni di taglio, mentre l???analisi delle bave evidenzia l???influenza della microstruttura del campione sulla loro geometria; in particolare, bave più corte sono associate alla lavorazione di micro- struttura bimodale.