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Tuesday, 23 Maggio 2017
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Asportazione pesante, in totale sicurezza

Asportazione pesante di titanio: senza la sicurezza Safe-Lock™, l’utensile fuoriusciva dal mandrino standard e si spezzava in ap 2xD. Con i mandrini Haimer Safe-Lock™ della serie Power  o Heavy Duty è stato possibile fresare  con un processo più sicuro cave intere  con ap 2xD. (Foto: Heller/Haimer). Asportazione pesante di titanio: senza la sicurezza Safe-Lock™, l’utensile fuoriusciva dal mandrino standard e si spezzava in ap 2xD. Con i mandrini Haimer Safe-Lock™ della serie Power o Heavy Duty è stato possibile fresare con un processo più sicuro cave intere con ap 2xD. (Foto: Heller/Haimer).

Al mandrino viene prestata fin troppa poca attenzione, soprattutto nell’asportazione pesante, nonostante contribuisca in modo decisivo a rendere produttivo il processo di lavorazione. Con mandrini per calettamento speciali con trascinatori e scanalature con forma elicoidale nel codolo si possono realizzare persino lunghezze di taglio pari a due volte il diametro (50 mm) in qualità elevata anche su materiali difficilmente lavorabili.

di Alberto Marelli

Dicembre 2016

 

Prove di lavorazione realizzate da costruttori di macchine utensili hanno dimostrato chiaramente l’effetto del sistema Safe-Lock™ di Haimer. In particolare nel settore aerospaziale, in quello energetico e in quello ingegneristico, i responsabili di produzione nell’asportazione di materiali difficilmente lavorabili si trovano davanti a un dilemma tra redditività ed elevata sicurezza del processo. Fortunatamente la tecnologia di asportazione si sviluppa in seguito alle crescenti sfide. Il costruttore tedesco Heller ha contribuito a favorire questo genere di innovazioni. L’azienda di Nurtingen è nota per i suoi centri di lavoro a 4 e a 5 assi, per le fresatrici per alberi a gomito o a camme oltre a sistemi di produzione flessibili.

Nella sgrossatura è presente
ancora un ampio potenziale
Werner Kirsten, Responsabile della Heller del Settore Sviluppo Tecnologico relativo a “materiali difficilmente asportabili”, spiega: “L’ottimizzazione dei processi di asportazione in cooperazione con i nostri clienti e fornitori fa parte dei servizi da noi offerti”.
Nel centro tecnologico Heller sono disponibili le macchine idonee alle relative dimostrazioni pratiche. “Nella maggior parte dei casi si tratta di incrementare la produttività, senza svantaggi per la sicurezza del processo. Spesso raggiungiamo quest’obiettivo grazie a una lavorazione di sgrossatura ottimizzata, ciò comporta una finitura ridotta”, dichiara Kirsten. “Pur attenendosi ai parametri prescritti, riducendo i tempi di finitura si dimezzano le tempistiche totali di lavorazione. Questo avviene se alla base vi sono sistemi stabili e un processo sicuro”.
In tali termini, per poter migliorare la produttività, va considerata l’intera catena di processo. Anche se la macchina utensile rappresenta il componente più evidente nell’asportazione dei metalli, gli utensili, il serraggio dell’utensile, il liquido refrigerante e altri elementi contribuiscono in modo decisivo a una lavorazione soddisfacente. “In fondo è l’anello più debole della catena produttiva che ne limita la riuscita”, ribadisce Kirsten. Secondo la sua opinione molte officine meccaniche prestano fin poca attenzione a ciò, nonostante questo rivesta un ruolo di notevole importanza nell’asportazione ad alte prestazioni. “Ciò è stato dimostrato da numerosi test realizzati negli ultimi anni”, racconta Kirsten.
“Abbiamo notato che il mandrino può influenzare enormemente il processo. In mandrini per calettamento rinforzati - a causa della massa più elevata - il punto di maggiore vibrazione è più vicino alla posizione del naso mandrino. In questo modo possiamo ottenere un processo più stabile con meno vibrazioni e una migliore qualità della superficie, pur utilizzando lo stesso utensile, la stessa macchina e gli stessi parametri di processo nonché la stessa modalità di serraggio”.

Il serraggio dell’utensile è un
fattore decisivo per la produttività
Con la scelta del corretto mandrino si possono ottenere buoni risultati in termini di produttività e di finitura superficiale. Werner Kirsten racconta di test di confronto con un semplice utensile a quattro taglienti senza raffreddamento interno. Anziché utilizzare un mandrino per calettamento standard, ha scelto un mandrino per calettamento Haimer Power Shrink Chuck con il sistema Cool-Flash, che fa in modo che il refrigerante arrivi fino al tagliente dell’utensile. “In confronto a un normale mandrino per calettamento con adduzione del liquido refrigerante, siamo riusciti ad ottenere migliori parametri di processo”, sottolinea Kirsten.
È stato fatto uno studio sostenibile sull’applicazione da parte dei responsabili del settore aerospaziale insieme ai rappresentanti dell’ISF dell’Università tecnica di Dortmund e dell’Istituto IPMT dell’Università tecnica di Amburgo presso la Heller, per fare test di fresatura con il materiale Ti-6Al-4V.

Trarre nuove conoscenze
da casi limite
Per il test è stato utilizzato un centro di lavoro Heller H 5000 a quattro assi con unità a ingranaggi e naso mandrino HSK-A100 che comporta un momento torcente fino a 2.290 Nm. Per mostrare il potenziale di asportazione truciolo, sono state fresate delle scanalature su una barra grezza in titanio con punte a 4 taglienti dal diametro 25 mm. Gli utensili sono stati serrati all’interno di mandrini per calettamento rinforzati, come si è soliti fare nel settore aeronautico e aerospaziale. Con una profondità di taglio assiale ap di 0,5 fino 1xD l’asportazione truciolo è avvenuta in maniera affidabile ed efficiente. Poiché il naso mandrino è stato poco sollecitato, i partecipanti al test hanno deciso di azzardare una profondità di taglio ap di 2xD per realizzare le scanalature. Werner Kirsten afferma: “Con una simile pretesa, in fase di lavorazione l’utensile si è allentato dal mandrino e ha generato una scanalatura con una profondità di 2,5xD, che corrisponde a una profondità di 62,5 mm. L’utensile si è poi rotto come conseguenza dell’elevato sovraccarico”.
Gli specialisti delle frese erano concordi sul fatto che la forza di serraggio del mandrino abbia limitato l’intero processo. Non appena si applica una forza assiale che comporta delle oscillazioni dovute al processo stesso di lavorazione, l’utensile si sposta dal mandrino in direzione del pezzo da lavorare. La pressione di taglio diventa sempre più elevata e questo comporta la rottura dell’utensile oltre che un danno irreversibile al pezzo che viene lavorato.
Si è discusso a lungo in merito alle cause di ciò e alle possibili contromisure finché Werner Kirsten ha constatato che, nel momento in cui si va oltre la forza di serraggio del mandrino, l’utensile è necessariamente indotto a spostarsi in direzione del naso mandrino. Così alla fine ha scoperto il sistema Safe-Lock brevettato dalla Haimer che definisce, oltre a una chiusura di forza, anche un sistema di sicurezza contro lo sfilamento della fresa, dotata della medesima filettatura del portautensile. Qualora il Safe-Lock dell’utensile si allentasse, l’utensile entrerebbe ancora di più nel mandrino a causa del trascinatore a forma di filettatura. Questo stesso movimento si eviterebbe inserendo la vite di regolazione della lunghezza.

Ostacolare lo sfilamento
dell’utensile
Werner Kirsten prese contatti con Haimer, azienda specializzata nella tecnologia di serraggio, al fine di testare il sistema Safe-Lock: “Volevamo sapere se le nostre congetture in merito e se il cambiamento di forma del sistema Haimer avesse qualche riscontro effettivo nella pratica”. Il Responsabile dello Sviluppo Tecnologico Heller ha ripetuto il test sopra descritto modificando un paio di condizioni.
Su utensili identici è stato così aggiunto in un secondo momento il sistema Safe-Lock Haimer. Inoltre i responsabili dell’esecuzione del test hanno ridotto l’interfaccia portandola da HSK-100 a HSK 63 oltre a utilizzare una fresatrice BAZ a 5 assi con elettromandrino demoltiplicato. Al fine di complicare ulteriormente le condizioni di lavorazione, il pezzo da lavorare è stato serrato in maniera obliqua.
Il risultato: anche in condizioni gravose l’utensile è riuscito a reggere lo sforzo, la scanalatura 2xD = 50 mm è stata ottenuta in maniera affidabile ed efficiente. “Siamo così riusciti a dimostrare in maniera indiretta che il sistema Safe-Lock funziona e con l’interfaccia HSK-A100 la tecnologia di calettamento ha ancora grandi potenzialità, soprattutto in centri di lavorazione a 5 anni con elettromandrino demoltiplicato”, spiega Kirsten.
Questo esempio di lavorazione è stato condotto diverse volte nel periodo successivo in Ti-6Al-4V e anche in occasione dell’Airshow in Farnborough durante il quale è stato dimostrato che il parametro limite fino ad allora valido di 1xD = 25 mm per asportare il titanio nell’esecuzione delle scanalature, poteva essere raddoppiato grazie al sistema Safe-Lock.
Kirsten conclude affermando che: “Per le lavorazioni di sgrossatura questo è un sistema di sicurezza affidabile. Perciò ritengo che il sistema Safe-Lock della Haimer costituisca una soluzione maneggevole nonché efficace ed efficiente per completare la tecnologia di calettamento, alla quale ricorriamo spesso e volentieri, soprattutto se insieme agli utensili standardizzati di altri produttori”.

Diversi produttori di utensili
offrono articoli con Safe-Lock
Poiché Haimer ha riconosciuto da subito il grande potenziale del sistema Safe-Lock, l’azienda ha concesso a produttori innovativi di utensili delle licenze per il sistema antisfilamento brevettato Haimer.
L’iniziativa ha avuto notevole successo tanto che tra i licenziatari rientrano alcuni tra i principali costruttori di utensili come Walter, Widia, Sandvik Coromant, Seco Tools, Sumitomo, Kennametal, Helical, EmugeFranken, Data Flute, Niagara, OSG, SGS Tools e da poco anche Mapal.
“Grazie alla sua crescente e continua diffusione, il sistema Safe-Lock funge in certo qual modo come nuovo standard “de-facto” nell’ambito della sgrossatura e dell’asportazione pesante”, spiega Kirsten. “Anche per le nuove strategie di fresatura come quella trocoidale, il Safe-Lock si sostituisce all’ormai obsoleto sistema di serraggio Weldon”. Andreas Haimer, presidente della società Haimer, aggiunge: “Con il nostro sistema Safe-Lock abbiamo trovato una soluzione che unisce un’elevata precisione di concentricità con una sicurezza al 100% contro lo sfilamento e che nel frattempo si è affermata con successo come standard per il settore aerospaziale, soprattutto nella sgrossatura e nell’asportazione pesante. Intanto sono sempre di più gli utilizzatori della fresatura trocoidale che passano ragionevolmente al sistema Safe-Lock”.
Nella moderna fresatura trocoidale, dove grazie al supporto di appositi software si può aumentare in maniera significativa la velocità di taglio e la profondità di lavorazione, la produttività è chiaramente aumentata.
Tuttavia, a causa dell’incremento del tasso di asportazione del truciolo, aumenta anche il pericolo di sfilamento dell’utensile, che finora si era riscontrato con i gambi e mandrini Weldon. Un mandrino a calettamento con Safe-Lock offre la medesima sicurezza di uno Weldon e ha inoltre il vantaggio di un serraggio ad alta precisione.
Tutto ciò è tangibile nella fresatura trocoidale, dove viene asportato un truciolo di piccole dimensioni.
Le buone qualità di bilanciatura e concentricità del serraggio a calettamento insieme alla sicurezza del sistema Safe-Lock garantiscono, oltre a un’ottimale durata dell’utensile, anche elevati volumi di asportazione truciolo.

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