Il piombo (Pb), come negli acciai in generale, rende l’ottone facilmente lavorabile (con punto di fusione basso), riduce l’attrito tra truciolo e inserto, oltre che l’usura, ed infine migliora il controllo del truciolo.
Test da laboratorio mettono in evidenza le caratteristiche dei materiali in esame al variare della composizione della lega, in particolar modo del piombo.
Fissati i parametri di taglio, tipologia utensile e lubrorefrigerante, il primo aspetto esaminato è quello legato alla formazione del truciolo che, in una produzione ad alti volumi, può condizionarne l’efficienza.
La formazione di truciolo corto è ottimale nell’ottone CW 614N, a prescindere dai parametri di taglio impiegati.
Per quelli classificati CW 510L e CW 511L, invece, con il diminuire della percentuale di piombo, il truciolo si allunga arrivando ad una forma continua e tubolare.
In questi anni sono stati realizzate nuove leghe di ottone contenenti altri elementi in lega con lo scopo di trovare un’alternativa al piombo, come ad esempio Silicio (SI), Arsenico (As), Carbonio ecc.
L’alternativa più diffusa e di maggior successo è rappresentata dal CW724R (Ecobrass), dove la presenza di silicio (Si) compensa parzialmente l’assenza di piombo. Questa influenza è sia negativa che positiva. Il Silicio (SI), infatti, forma inclusioni di ossidi che determinano un aumento dell’usura. Le inclusioni però hanno una notevole influenza sulla lavorabilità, anche se sono presenti in percentuali molto ridotte nella composizione totale.
Allo stesso modo, attraverso i test, è stata ricavata la Specific cutting force, cioè la forza di taglio specifica (kc), il cui aumento, a causa di una maggiore forza d’attrito nella zona di contatto tra utensile e pezzo per l’assenza di piombo, comporta l’utilizzo di maggiore potenza, causando elevate temperature nella zona di taglio che riducono la durata utensile.
Di conseguenza l’efficienza della macchina, causata dai fermi non programmati dovuti alla presenza di truciolo lungo, è compromessa, così come l’efficienza degli utensili.
Analizzati gli effetti della riduzione del piombo nella lega degli ottoni, un parametro che può definire, in prima approssimazione, l’insieme dei fattori critici esaminati è l’Index of workability metal cutting, o indice di lavorabilità.
L’indice di riferimento per la lavorabilità qui rappresentato ha un valore pari al 100% rappresentato dall’ottone CW 614N, con quantità di piombo pari dal 2,5% al 3,5%.
Le leghe con tenore di piombo pari o minori allo 0,2%, idonei anche per la normativa americana, risultano essere le CW 509L e CW 510L, con un indice di lavorabilità del 50%.
Le CW 511L, con tenore di piombo pari o minore allo 0,2, hanno invece un indice di lavorabilità del 30%.
Infine, il CW 724R, noto con il nome commerciale di Ecobrass, raggiunge un indice di lavorabilità del 70%.
L’indice di lavorabilità mette in risalto le caratteristiche del CW724R (Ecobrass), ma bisogna considerare anche gli aspetti negativi.
Infatti, le cause principali del mancato utilizzo del CW724R “Ecobrass”, sono:
Per la lavorazione di questi materiali c’è chi si limita a macchine solo più potenti, che permettono la relativa lavorazione, anche se non in modo ottimale. Per la realizzazione dei prodotti di ottone privi di piombo (CW-511L, CW-510L, CW-509L ecc.), l’approccio ideale deve necessariamente prevedere nuove tecnologie di lavorazione, nuovi utensili e nuovi mandrini con le giuste caratteristiche.
Per contrastare il potere abrasivo dei nuovi materiali servono utensili più duri e resistenti all’usura. Essendo però più fragili, essi necessitano di essere installati su mandrini che godono di elevata rigidità, e possibilmente con unità di lavoro con sistemi di smorzamento idraulici delle vibrazioni, come ad esempio le unità “High performance HPLM” di Picchi.
Con la progressiva crescita delle dimensioni del truciolo, aumenta la potenza necessaria ma diminuisce l’efficienza di produzione. Spesso è quindi necessario rimuovere manualmente il truciolo che non riesce ad essere evacuato. Rimpicciolire il truciolo è indispensabile e l’utensile va rivisto, e quando ciò non è sufficiente si può sempre ricorrere alla tecnologia PRT511.
