CBN170 è una nuova qualità PCBN Seco, con legante in materiale ceramico, che garantisce una robustezza del tagliente impareggiabile per la finitura di superleghe.
Superleghe, leghe di titanio e compositi vengono oggi utilizzati per realizzare fusoliere, ali, componenti come carrelli di atterraggio e motori di aeromobili. Si tratta di materiali difficili da lavorare che richiedono da parte dei produttori di utensili costanti investimenti in ricerca e sviluppo. Una sfida che Seco è pronta ad affrontare in quanto collabora con le principali aziende dell’industria aerospaziale.
di Roberto Ferrari (*)
I progressi nella progettazione degli aeromobili procedono di pari passo con lo sviluppo di nuovi materiali. I nuovi aeroplani saranno caratterizzati da motori più efficienti, con componenti tecnologicamente più avanzati, realizzati con materiali più leggeri e resistenti, allo scopo di migliorare la combustione e il flusso dell’aria. I telai delle carlinghe saranno realizzati in materiali compositi ancor più leggeri, ad esempio leghe di alluminio-litio. I carrelli di atterraggio saranno, invece, prodotti con leghe di titanio nuove e più resistenti.
Grazie a tutto questo, gli aerei potranno volare più lontano, più velocemente e trasportare un maggior carico; nel contempo, consumeranno meno carburante, con una conseguente riduzione dei costi e delle emissioni nocive. Tutti questi sviluppi permetteranno, d’altro canto, di valutare le capacità dei produttori, che dovranno lavorare con materiali diversi e molto più complessi.
Frese Jabro e punte rivestite Dura per la lavorazione di materiali compositi.
LA STRUTTURA DELL’AEREO
Tre materiali particolarmente difficili da lavorare vengono oggi utilizzati per realizzare fusoliere, ali, componenti come carrelli di atterraggio e motori: superleghe, leghe di titanio e compositi. Questi ultimi comprendono le nuove materie plastiche rinforzate con fibre di carbonio (CFRP) e le meno recenti materie plastiche rinforzate con fibre di vetro (GRP). Materie plastiche rinforzate con fibre di carbonio e fibre di vetro sono spesso laminati o rivestiti in metallo, ad esempio alluminio. Tutti questi materiali, monolitici e laminati, sono davvero difficili da lavorare.
L’efficienza dei motori aumenta con la temperatura. Le superleghe, a base principalmente di nichel e cobalto, conservano eccellenti proprietà meccaniche e chimiche alle temperature più elevate, che contraddistinguono i motori degli aerei. I componenti in superleghe possono essere più piccoli e leggeri di quelli realizzati in acciaio. Ogni chilogrammo in meno nel peso del motore consente di risparmiare 115.000 € di carburante durante il ciclo di vita del motore. Le superleghe rappresentano circa la metà del peso totale di un motore moderno.
Le leghe di titanio offrono un eccellente rapporto robustezza/peso, unitamente a una buona resistenza alla corrosione. Sono robuste quanto l’acciaio, ma pari solo al 40% del suo peso e due volte più resistenti dell’alluminio, ma solo più pesanti del 60%. La loro importanza è aumentata costantemente dagli anni Cinquanta, quando è diventato evidente che le leghe leggere allora disponibili non erano in grado di soddisfare le esigenze sempre più impegnative dei componenti delle strutture e dei motori degli aerei. Si prevede che l’uso crescente di leghe di titanio per la realizzazione di parti strutturali, carrelli di atterraggio e altri componenti continuerà anche in futuro.
Anche l’impiego di materiali compositi, principalmente rinforzati con fibre di carbonio, è in aumento. Questi materiali offrono un rapporto elevato robustezza/peso, resistenza alla corrosione e bassa espansione termica e le loro proprietà possono essere modificate per adattarsi alle applicazioni specifiche. I materiali rinforzati con fibre di carbonio sono ampiamente utilizzati per i longheroni alari e per i rivestimenti delle ali e della fusoliera. I compositi consistono in fibre disposte in una matrice plastica; le fibre, inoltre, possono essere utilizzate in una struttura priva di matrice. Metà della struttura principale del Boeing 787 Dreamliner, incluse fusoliera e ali, è realizzata in materiali compositi.
Frese elicoidali con inserto LN14 per contornatura e cava dal pieno con grandi profondità di passata.
MATERIALI DIFFICILI
A questo punto, una domanda è d’obbligo: perché tutti questi materiali sono di difficile lavorabilità? La resistenza alle alte temperature delle superleghe e del titanio comporta che il materiale mantenga la durezza anche alle elevate temperature di taglio e che, di conseguenza, generi forze maggiori sul tagliente dell’utensile, con conseguenti scheggiature e deformazioni. Questi materiali generano maggiore calore quando vengono deformati – durante la formazione del truciolo – e la loro conducibilità termica è ridotta: pertanto, le temperature di taglio raggiungono livelli elevati. Diventa più difficile formare trucioli in considerazione della resistenza alle alte temperature, della robustezza e dell’aumento di duttilità del materiale. La lavorazione di leghe trattate termicamente spesso produce particelle abrasive che usurano i taglienti e potrebbe incrudire la superficie indurita (autotempra) del pezzo, complicando il mantenimento delle tolleranze di precisione. La lavorazione può danneggiare l’integrità metallurgica della superficie dei pezzi, con una conseguente riduzione della resistenza alla fatica dei metalli.
Le fibre di carbonio dei compositi sono resistenti, pertanto i taglienti vengono rapidamente usurati. Con una velocità di taglio non adeguata, possono verificarsi sfaldature, scheggiature o sbavature. La lavorazione di fori può causare la delaminazione dei compositi semplici con alto contenuto di resine e la scheggiatura dei compositi ad alto contenuto di fibre. Nei compositi laminati, il truciolo di metallo generato durante il processo di foratura potrebbe danneggiare la superficie dei materiali.
Le frese Power 4, dotate dell’esclusivo sistema anti-rotazione per la massima stabilità del sistema, consentono di lavorare titanio e superleghe con la massima efficienza.
UTENSILI DEL FUTURO
Ma cosa ci riserva il futuro? La concorrenza spinge i progettisti a individuare materiali più leggeri, robusti e resistenti al calore e alla corrosione, per consentire agli aerei di soddisfare requisiti sempre più severi. Metallurgisti, chimici e ingegneri plastici stanno collaborando allo sviluppo di questi materiali del futuro. Le proprietà fisiche e chimiche migliorate dei materiali, tuttavia, ne complicheranno la lavorazione, una sfida che Seco (www.secotools.com/it) è pronta ad affrontare in quanto collabora con i produttori dell’industria aerospaziale per creare ed offrire soluzioni per aumentare la produttività e la redditività. Seco offre una vasta gamma di soluzioni utensili per la fresatura, la tornitura, il taglio e la foratura ad alta efficienza e precisione dei materiali aerospaziali. La gamma Jabro™ di utensili per fresatura, dotata di rivestimento CVD Diamond per ridurre l’usura, è progettata per lavorare senza lasciare bave sul pezzo in operazione di contornatura, fresatura 3D, oltre che di contornatura e scanalatura di compositi stratificati in fibra di carbonio e fibra di vetro, nonché dei tecnopolimeri ad alte prestazioni come PEEK e dei materiali con struttura a nido d’ape.
Per la lavorazione di Inconel e altre superleghe, gli utensili Secomax™ in PCBN offrono una durata equivalente a quella degli utensili in metallo duro, ma con velocità di taglio dieci volte superiori; così anche la lunghezza di lavoro aumenta del medesimo fattore. Secomax CBN170 è una nuova qualità con legante in materiale ceramico (whisker), che garantisce una robustezza del tagliente impareggiabile nella finitura di superleghe.
Per potenziare la propria gamma di punte Seco Feedmax™ per titanio e superleghe (rispettivamente geometria T ed M), Seco ha lanciato una nuova linea di punte in metallo duro integrale con rivestimento CVD Diamond per la lavorazione fori dei materiali CFRP. Le geometrie delle punte, appositamente progettate, consentono di eseguire fori di alta qualità senza problemi di delaminazione, mentre il rivestimento Diamond estende la durata dell’utensile e ne aumenta la produttività.
Seco Italia ha recentemente sviluppato anche frese elicoidali con inserto LN14, utilizzabili anche per lavorazioni di titanio e superleghe; dotate di 4 taglienti per inserto e di qualità specifiche per questi materiali, possono lavorare in contornatura e in cava dal pieno, con grandi profondità di passata, per ottimizzare la produttività. La fresa Power 4, ancora sviluppata da Seco Italia, ha 4 taglienti per inserto ed è dotata dell’esclusivo sistema anti-rotazione per la massima stabilità del sistema, consentendo di lavorare titanio e superleghe con la massima efficienza.
(*) Ing. Roberto Ferrari è Direttore Commerciale di Seco Tools Italia S.p.A.
Le punte Seco Feedmax CX1 e CX2 con taglienti in PCD sono ideali per la foratura di materiali compositi.
