Per Gűhring il segreto sta nel tagliente
Per soddisfare gli elevati standard dell’industria aeronautica, Gűhring (la cui gamma di produzione è distribuita in Italia da Ubiemme Gűhring Italia) propone la fresa ad alte prestazioni RF 100 Ti Aircraft. Con questa fresa per titanio viene assicurata grande affidabilità con strategie di fresatura HPC, sia convenzionali che moderne.
L’industria aerospaziale è uno dei settori dove agli utensili di fresatura vengono chieste le prestazioni più elevate: alte velocità di lavorazione, impiego di componenti strutturali di forma complessa e utilizzo di materiali altamente resistenti al calore sono all’ordine del giorno. Generalmente i componenti sono realizzati in titanio, così da garantire elevata precisione e alta qualità superficiale. Se il comparto dell’aviazione si basa su costruzioni leggere, questo però non significa che un materiale come l’acciaio sarà semplicemente sostituito da alluminio o titanio. I componenti devono pertanto essere progettati per questo impiego specifico. Ciò vuol dire che nei punti in cui i carichi vengono assorbiti e trasmessi, è necessario avere sufficiente materiale. Al contrario, dove non vengono trasmesse le forze, il materiale può essere minore. In questo modo è possibile realizzare componenti strutturali particolarmente leggeri, simili a tralicci, che risultano molto stabili. Tipica è, ad esempio, la produzione di cavità profonde con contorni esterni talvolta di una certa complessità che richiedono strategie di lavorazione a loro volta complesse. Inoltre, nella maggior parte dei casi, il componente viene fresato con elevata asportazione di truciolo. Per soddisfare tutte queste esigenze, è necessario scegliere un utensile di grande precisione appositamente sviluppato per il comparto dell’aviazione come la fresa ad alte prestazioni RF 100 Ti Aircraft di Gűhring.
Realizzare cavità con pareti sottili non è più un problema
Il titanio viene utilizzato prevalentemente per realizzare componenti strutturali, visto che si tratta di un materiale tenace caratterizzato da alta resistenza, bassa conducibilità termica ed elevata reattività con una spiccata tendenza all’adesione. Con queste caratteristiche, generalmente la durata degli utensili è spesso bassa e il tasso di asportazione truciolo inadeguato. L’utilizzatore richiede invece processi stabili, poiché i costi dei componenti (in particolare dei componenti strutturali di grandi dimensioni) possono facilmente ammontare a decine di migliaia di euro. Ultimo ma non meno importante, gli strumenti utilizzati devono soddisfare diversi standard del settore, come ad esempio il NAS (National Aerospace Standard). Con la fresa in metallo duro integrale RF 100 Ti realizzare cavità con pareti sottili non rappresenta più un problema. Con lo sviluppo di questo utensile, l’obiettivo di Gűhring era infatti quello di realizzare una fresa per titanio capace di assicurare grande affidabilità con strategie di fresatura HPC, sia convenzionali che moderne. Gli sviluppatori di Gűhring hanno testato le prestazioni della fresa RF 100 Ti Aircraft in uno scenario applicativo reale: utilizzando l’iMachining, è stata definita la lavorazione di tasche e, impiegando i valori di taglio HPC, venivano eseguite lavorazioni a tuffo, sgrossatura e finitura. La profondità delle tasche era di 24 mm. Utilizzando la strategia HPC, è stato possibile raggiungere una velocità di taglio fino a 155,5 m/min alla massima profondità (Ap). L’asportazione radiale (Ae) ha raggiunto il valore di 0,53 mm con una velocità di avanzamento fino a vf = 3.100 mm/min. Per ridurre al massimo le vibrazioni, di base è stato scelto un utensile a quattro taglienti con un’elica disuguale. Gűhring ha anche tenuto conto che l’angolo di rampa dovrebbe essere maggiore in modo tale che durante la foratura con una fresa con un diametro di 8 mm si possano ottenere incrementi fino ad ap = 1,2 mm/giro. In quest’ottica, Gűhring ha ottimizzato gli spazi per il truciolo frontale della sua fresa. La modifica del tagliente frontale continuo ha permesso di garantire una qualità superficiale superiore del componente da lavorare.
I problemi più frequenti nel lavorare il titanio
Nella lavorazione del titanio è facile riscontrare problemi di evacuazione truciolo, specialmente in presenza di alte velocità di asportazione. Nel caso di ampi raggi, la deformazione del truciolo risulta notevolmente ridotta. Dalle rilevazioni effettuate, durante le lavorazioni ad alta velocità il truciolo è abbastanza curvo ma non tagliato in modo netto che porta i trucioli ad attaccarsi alla faccia del tagliente che, alla lunga, possono danneggiare la superficie del pezzo. Per risolvere tale inconveniente si è reso necessario correggere il raggio utensile. Ciò ha permesso anche di stabilizzare l’utensile, migliorando al tempo stesso il comportamento all’usura e favorendo la deformazione del truciolo. Una geometria della fresa adeguata impedisce che i trucioli siano trascinati nel taglio successivo, sinonimo di superfici pulite e di una lunga durata dell’utensile con una ridotta usura dello stesso.
Resistenza all’usura e stabilità chimica
L’alta reattività del titanio e gli elevati carichi termici sono spesso sinonimo di una maggiore usura. I rivestimenti più comuni limiterebbero il potenziale prestazionale degli utensili. Sulla base di alcuni test di diffusione termica effettuati, è emerso come soprattutto in presenza di strati contenenti TiAlN le strutture dello strato si dissolvono attraverso processi di diffusione. Al contrario, uno strato di ZrN non ha mostrato quasi nessuna diffusione, in quanto questa tipologia di rivestimento ha una stabilità chimica significativamente maggiore, anche a temperature elevate. Ciò si traduce in un attrito più basso. Sulla base di queste conoscenze, Gűhring ha sviluppato un sistema di rivestimento a base di nitruro di zirconio capace di combinare i vantaggi della resistenza all’usura del TiAlN con l’elevata stabilità chimica del nitruro di zirconio. Test effettuati sul campo hanno evidenziato una minore adesione dei materiali in titanio in presenza di un rivestimento Zenit di nuova concezione. Le inferiori forze di attrito riducono lo stress sul tagliente garantendo pertanto una maggiore durata dell’utensile.
Tagliente fresa Gűhring stabile
La fresa in metallo duro integrale Gűhring RF 100 Ti Aircraft si caratterizza dunque per la particolare geometria capace di garantire grande affidabilità in operazioni di fresatura, scanalatura e sgrossatura nella lavorazione di componenti in leghe speciali e titanio. Lo spazio truciolo presenta una scanalatura più profonda nell’area di taglio anteriore, capace di migliorare l’evacuazione truciolo. La correzione ottimizzata, in linea con gli standard NAS, ha stabilizzato il tagliente della fresa e ha permesso di prevenire l’usura prematura del raggio, sinonimo di una maggiore affidabilità del processo. Per tutte queste ragioni, la fresa RF 100 Ti di Gűhring è soprattutto indicata per la lavorazione delle superleghe, che comprende diversi materiali (tra cui il titanio) alcuni dei quali noti per la loro difficile lavorabilità e per la possibilità di essere utilizzati anche a temperature molto elevate.