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Friday, 22 Settembre 2017

Stampi: un mondo in continua evoluzione

Sul centro di lavoro Variaxis i-700 è stato realizzato un carrello di uno stampo visiera. Sul centro di lavoro Variaxis i-700 è stato realizzato un carrello di uno stampo visiera.

Cinque importanti attori del settore delle lavorazioni meccaniche si sono ritrovati presso il Centro Tecnologico Mazak per illustrare i benefici e le potenzialità che le moderne tecnologie sono in grado di offrire al costruttore di stampi.

di Alberto Marelli

Febbraio 2017

Il settore stampi richiede una vasta gamma di soluzioni di lavorazione per rispondere alle diverse sfide poste dal mercato. Ed è proprio verso questo comparto che Mazak, in collaborazione con Autodesk, Haimer, MMC Hitachi Tool e Nakanishi, ha organizzato un’open house presso il proprio Centro Tecnologico di Cerro Maggiore (MI).
Durante i tre giorni di evento sono state messe in mostra macchine specifiche per la lavorazione di componenti del settore stampi; soluzioni per la programmazione 3D; utensili per fresatura e competenza tecnica per una maggiore efficienza in officina; mandrini portautensili per ogni lavorazione, dall’alta velocità alla sgrossatura; elettromandrini a elevata velocità e precisione. L’open house ha visto la partecipazione di numerosi stampisti che hanno potuto seguire il seminario dal titolo: “Industry 4.0 - La competizione nel mondo degli stampi”, oltre a prove di lavorazione eseguite sulle macchine Mazak con utensili e attrezzature fornite dalle aziende partner dell’evento. Comun denominatore di tutti gli interventi al seminario è che per garantire la massima produttività in officina è necessaria una sinergia fra tutte le componenti che ruotano attorno alla macchina utensile: utensili, portautensili e sistema CAM. Solo in questo modo le aziende costruttrici di stampi possono raggiungere i quattro principali obiettivi legati alla produttività: competitività, efficienza, innovazione e standardizzazione.

Polo di riferimento in Europa per il settore stampi
Il mercato degli stampi è sempre più esigente, in particolare per le applicazioni di fresatura. “Nel nostro Paese il settore stampi è in costante crescita”, ha spiegato Pietro Carnini, Application Team Leader - DieMould Specialist presso Yamazaki Mazak Italia. “Gli stampisti italiani rappresentano l’eccellenza nel settore e lo saranno anche in futuro. In quest’ambito Mazak sta investendo notevoli risorse, soprattutto nel nostro Paese. La filiale italiana è infatti diventata il Polo di riferimento europeo per il settore stampi. I nostri clienti avranno a disposizione il Centro Tecnologico di Cerro Maggiore, e in particolare tre centri di lavoro specifici per la lavorazione stampi: Vortex i-630V/6S, Variaxis i-700 e FJV-250”. Mazak offre agli stampisti soluzioni tecnologiche di alto livello, come il nuovo controllo numerico Mazatrol Smooth X, giunto alla settima evoluzione. “La tecnologia Smooth di Mazak è sempre più utilizzata dagli stampisti, soprattutto per le numerose funzioni intelligenti che sono state sviluppate. Ad esempio, il nuovo controllo Mazatrol Smooth X con tecnologia Smooth a 5 assi presenta una serie di nuove funzioni di programmazione Mazatrol, come ad esempio Intelligent Pocket Milling, che può ridurre i tempi di lavorazione fino al 60% rispetto ai percorsi utensile convenzionali. Finiture sempre più accurate, come la lavorazione di profili complessi, beneficiano inoltre di nuove funzioni come Smooth Corner Control, Variable Acceleration Control e Smooth Machining Configuration, che riducono in modo notevole i tempi di ciclo”, ha sottolineato Carnini.
È importante sottolineare che sia la parte hardware che software dei CNC Mazatrol Smooth sono realizzate presso i reparti produttivi Mazak, garantendo quindi la massima qualità del prodotto.

Stabilità della macchina
Uno dei fattori chiave per la scelta della macchina per gli stampisti è la stabilità della macchina stessa, per garantire elevata precisione e capacità di taglio, in particolare con pezzi di grandi dimensioni. La serie di centri di lavoro verticali FJV di Mazak ha una struttura particolarmente rigida, che offre precisione di taglio ed elevata produttività grazie anche alla disponibilità di un cono mandrino sia ISO 40 sia ISO 50. Il centro FJV-250 con cono HSK63, ad esempio, presenta una struttura a portale che aiuta la rigidità e aumenta la precisione durante le operazioni di taglio con mandrino da 18.000 giri/min. Inoltre, tutte le macchine della serie FJV sono dotate di una serie di funzioni intelligenti, tra cui Intelligent Performance Spindle, Active Vibration Control e Intelligent Thermal Shield, che migliorano le performance e la precisione di taglio.

Superfici complesse
La capacità di lavorare superfici complesse con un elevato grado di precisione è fondamentale per il settore stampi. La serie Variaxis-i è un centro di lavoro a 5 assi che esegue simultaneamente la lavorazione di superfici multiple su pezzi in un unico set-up; per questo motivo è una macchina particolarmente indicata per lavorare i contorni complessi richiesti dai costruttori di stampi. Il design della famiglia Variaxis-i evidenzia il costante impegno di Mazak verso una progettazione sempre più ergonomica delle proprie macchine. Caratteristica che consente di migliorare le modalità di lavoro dell’operatore, grazie a un pannello CNC orientabile, a una più agevole accessibilità alla tavola di lavoro e a un’ampia apertura della macchina, che migliora l’accessibilità all’area di lavorazione. Nell’ottica di una filosofia costruttiva eco-friendly, il costruttore giapponese ha dotato tutti i modelli Variaxis-i di tecnologie progettate per il risparmio energetico e il rispetto dell’ambiente, tra cui illuminazione LED dell’area di lavoro, lubrificazione delle guide lineari con grasso anziché olio e un indicatore opzionale (Power Consumption Display) capace di mostrare all’operatore il consumo di energia della macchina. Ulteriore modello indicato per la lavorazione di superfici complesse è il centro di lavoro a 5 assi Vortex i-630V/6S. La struttura estremamente compatta del mandrino consente di aumentare l’area di lavoro e fornisce un’ottima accessibilità al pezzo minimizzando le interferenze. In questo modo le condizioni di taglio ottimizzate promuovono l’efficienza di lavorazione dei pezzi.

Elettromandrino con sistema cambio utensile
Come sopra citato, per ottenere stampi di qualità, oltre a macchine di nuova generazione, sono necessarie anche attrezzature e strumenti tecnologicamente avanzati, come ad esempio l’elettromandrino 3ATC, sviluppato e distribuito da Sales. “Gli elettromandrini in sé non sono una novità assoluta nel panorama delle attrezzature per macchine utensili: consentono di trasformare un centro di lavoro tradizionale in una macchina ad alta velocità. Il limite dei sistemi tradizionali però è il non poter eseguire il cambio utensile a causa della presenza del cavo di alimentazione”, ha spiegato Andrea Grimoldi di Sales. “Quello che è stato sviluppato in collaborazione con Nakanishi e Mazak è un sistema che permette, tramite uno stopblock montato sul naso della macchina utensile, di trasmettere la corrente di alimentazione al motore e l’aria per il raffreddamento del motore per la pulizia e pressurizzazione del sistema.
La sfida è stata proprio quella di rendere il sistema sicuro e affidabile per poterlo utilizzare anche in presenza di liquidi refrigeranti. Il particolare sistema di pressurizzazione sullo stopblock evita che i trucioli si depositino nella zona di connessione con l’elettromandrino”.
Un altro aspetto che è stato curato riguarda la modularità. “Le macchine utensili di oggi sono molto differenti l’una dall’altra: per dimensioni, per tipologia di attacco/linea mandrino, ecc… quindi abbiamo deciso di rendere l’elettromandrino e tutti i suoi componenti intercambiabili tra loro per renderlo compatibile e facilmente adattabile a tutte le tipologie di macchine utensili presenti sul mercato”, ha continuato Grimoldi. “La collaborazione con Mazak è stata fondamentale: con l’aiuto dei loro tecnici siamo stati in grado di integrare l’elettromandrino 3ATC nella macchina utensile come fosse parte di essa. Tutti i comandi dell’elettromandrino sono gestibili dal nuovo controllo Mazak Smooth: start, stop, gestione dei warning e delle emergenze, assorbimento di potenza, variazione del numero di giri, sicurezze e così via”. La finitura di stampi è il settore dove l’elettromandrino 3ATC dà il meglio di sé: l’elevato numero di giri e il runout inferiore al micron permettono alle frese di lavorare in condizioni ottimali e con maggior durata. La pressurizzazione dell’aria all’interno del motore e della parte frontale raffredda tutti i componenti evitando dilatazioni e permettendo di lavorare in continuo 24 ore su 24.

L’evoluzione della tecnologia del calettamento termico
All’open house ha partecipato anche la società tedesca Haimer, specializzata nella costruzione di prodotti per l’asportazione truciolo: oltre ai portautensili con le interfacce e le lunghezze più comuni, ed oltre ai dispositivi per la misurazione 3D, fanno parte della gamma dei prodotti a marchio Haimer anche macchine speciali per la bilanciatura e per il calettamento, mandrini portamola e utensili in metallo duro. Haimer ha circa 600 dipendenti in tutto il mondo, di cui circa 400 sono impiegati nell’unico stabilimento di produzione situato a Igenhausen con macchine d’avanguardia e processi ampiamente automatizzati. “Nei prossimi 2 anni - ha dichiarato Massimo Amati, Amministratore Delegato Haimer Italia - la nostra azienda ha in programma importanti investimenti allo scopo di ampliare la nostra capacità produttiva: 90 nuove macchine utensili che andranno a integrarsi con le attuali 130 unità”.
Haimer collabora attivamente con Mazak. “Per la nostra azienda la cooperazione con i costruttori di macchine è fondamentale. Con Mazak, ad esempio, abbiamo recentemente messo a disposizione il nostro furgone attrezzato con mandrini, macchine di bilanciatura e di calettamento a un loro importante cliente ceco per eseguire tutti i test di lavorazione”, continua Amati. Per le prove di lavorazione eseguite durante l’open house, Haimer ha messo a disposizione i propri mandrini e attrezzature. “Un mandrino di qualità deve garantire rigidità, concentricità e bilanciatura”, ha affermato Alberto Mattavelli, Funzionario Tecnico Commerciale Haimer Italia. “Secondo Haimer la risposta e la soluzione a questa domanda è il mandrino con sistema di calettamento a caldo, che assicura un serraggio molto preciso (3 µm di runout a 3 volte il diametro), massima rigidità e allo stesso tempo masse in rotazione estremamente snelle. Grazie a ciò è possibile aumentare la vita utensile nonché migliorare la qualità delle superfici lavorate”. Un prodotto Haimer di particolare interesse per lo stampista è il Power Mini Shrink, mandrino per calettamento a induzione. “Il mandrino Power Mini Shrink è indicato per la lavorazione a 5 assi degli stampi e nella tecnologia medicale. La parte anteriore dei mandrini è snella, come usuale con i nostri mandrini Mini Shrink. Alla base sono rinforzati. In questo modo è possibile una fresatura efficiente con l’utensile impiegato anche con una lunga sporgenza”, ha sottolineato Mattavelli.

Soluzioni innovative
Tra le altre innovazioni sviluppate da Haimer segnaliamo Safe-Lock™ e Duo-Lock™. Lo speciale Design del Safe-Lock™ nelle frese e nei mandrini portautensili unisce un meccanismo di serraggio per attrito a uno di serraggio per forma. In questo modo si evita che la fresa, in caso di lavorazioni estreme, ruoti su se stessa o che addirittura si sfili dal mandrino. La combinazione di un sistema simmetrico di sicurezza contro lo sfilamento, di elevata concentricità, e dell’eccellente bilanciatura del sistema Safe-Lock™ portano a un’efficiente asportazione del truciolo con scarsa oscillazione, superiore a quella dei tradizionali mandrini a forte serraggio e dei mandrini Weldon. Grazie invece a Duo-Lock™, un sistema di frese modulari può raggiungere un’alta prestazione come quella raggiunta dalle frese in metallo duro dell’ultima generazione. La tecnologia pionieristica del sistema Duo-Lock™ consente di sfruttare appieno il potenziale dell’utensile in metallo duro con vantaggi per la produzione sia nella lavorazione di sgrossatura che in quella di finitura. Il sistema è caratterizzato da un’alta rigidità e da un’elevata resistenza in caso di elevati volumi di asportazione trucioli.

Utensili performanti
Per le prove di lavorazione sulle macchine Mazak sono stati utilizzati utensili MMC Hitachi Tool, tra i quali le frese GF1, EPSM e ASPV. “GF1 è una fresa a inserti con forma a barile molto performante”, ha spiegato Filippo Ambrosi, Technical Coordinator Italy di MMC Hitachi Tool Engineering Europe. “Immaginando di realizzare una cava conica a Z costante, per esempio con un raggio 2 mm, per ottenere una rugosità da 1 µm si ha la necessità di eseguire step in Z di circa 0,2 mm, quindi un tempo di lavorazione estremamente lungo, anche se si utilizzano avanzamenti elevati. Impiegando un utensile a barile sulla medesima applicazione è possibile raggiungere 0,7 mm di profondità di passata, per cui è possibile realizzare lo stesso profilo in un quarto del tempo che occorre con un raggio torico reale. Con le frese GF1 è possibile abbattere i cicli di lavorazione di finitura fino al 70%”. Altra novità a marchio MMC Hitachi Tool è la fresa EPSM, fresa torica a 4 taglienti, a passo variabile, dotata di una spalla molto robusta. “Può essere utilizzata efficacemente in cava dal pieno o in ripresa di sgrossatura oppure con l’algoritmo Vortex, quindi grossa profondità di passata e avanzamento molto spinto. È una fresa dalle elevate prestazioni: con un diametro 20 mm è possibile raggiungere volumi truciolo di 160 cm3/min”, sottolinea Ambrosi.
ASPV è invece una fresa a inserti estremamente precisa, con diametri a patire da 10 mm. Monta inserti in metallo duro integrale in classe H completamente rettificati. È possibile garantire elevate velocità di taglio anche su materiali temprati: circa 600 m/min su acciaio 2311 e 250 m/min su acciaio 2343.

Percorsi utensile di alta qualità
Anche per Autodesk l’open house è stata l’occasione per illustrare agli stampisti la propria visione di produttività in ambito Industria 4.0. “La produttività per il software significa fornire agli stampisti gli strumenti per rendere qualunque percorso utensile affidabile ed efficiente”, ha affermato Christian Esposito, Senior Technical Sales Specialist di Autodesk. Per le prove di lavorazione eseguite in open house Autodesk ha preparato i percorsi CAM utilizzando il proprio sistema PowerMill. In particolare, sul centro di lavoro Vortex i-630/V6 è stata eseguita una sgrossatura su un acciaio 2714; l’inserto ha lavorato con un avanzamento di 12.000 mm/min e con un tempo di contatto di 3 ore prima di essere sostituito per usura. Sul centro Variaxis i-700 è stato realizzato un carrello di uno stampo visiera. Grazie a una fresa diametro 2 mm in CBN, con un avanzamento di 2.500 mm/min, è stata assicurata un’elevata finitura superficiale.
Il centro FJV-250 è stato invece impiegato per portare efficienza nella costruzione di un portastampo. Per la sgrossatura è stata applicata la strategia Vortex di PowerMill, l’esclusiva tecnologia sulla sgrossatura ad alta velocità che, a differenza delle strategie convenzionali, è in grado di controllare l’angolo di impegno dell’utensile per mantenere le condizioni ottimali di taglio lungo tutto il percorso. Su questa macchina è stato infatti risparmiato il 60% rispetto ad una sgrossatura tradizionale. Si sono inoltre rifinite le pareti inclinate utilizzando l’utensile a botte Hitachi e PowerMill per un risparmio di tempo in finitura sulle pareti coniche di oltre 5 volte (passo in Z di 0,7 mm contro 0,12 mm a parità di cresta e di avanzamento). Ridurre i tempi ciclo, generare maggior volume di truciolo, ottimizzare la vita dell’utensile significa rendere gli stampisti più competitivi sul mercato.
Tutte queste tecnologie rendono anche fattibili le commesse più complesse, ad alto valore aggiunto per lo stampista. Oltre a PowerMill, Autodesk offre una soluzione completa per lo stampista, che parte dalla simulazione dello stampaggio a iniezione di materiali plastici (MoldFlow) per progettare lo stampo correttamente da subito e senza necessità di correzioni finali che comporterebbero un costo spesso non preventivato e ritardi nella consegna, fino all’ispezione da usare direttamente a bordo macchina (PowerInspect OMV) e/o in sala metrologica per la certificazione. Non è mancato anche uno sguardo al futuro: l’Additive Manufacturing in supporto alle Tecnologie Sottrattive e un nuovo modo di progettare (Generative Design).

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