Combinando un’elevata forza di serraggio e livelli di interferenza ottimizzati, KM4X offre un robusto accoppiamento, una rigidità estremamente elevata e la capacità di carico flettente per prestazioni notevolmente migliorate nella lavorazione di leghe ad alta resistenza e altri materiali, permettendo livelli di asportazione truciolo estremamente elevati e un maggior numero di pezzi finiti al giorno.
La necessità di lavorare materiali difficili, quali il titanio e le leghe dure e tenaci, unitamente alla richiesta di incrementare la produttività, hanno spinto i costruttori di macchine utensili a sviluppare progetti innovativi nel campo dell’asportazione di truciolo. Al fine di esaltare le perfomance delle nuove soluzioni e ottimizzare la lavorazione entra in gioco anche un buon accoppiamento utensile-mandrino: la proposta Kennametal.
di Mark Huston, Doug Ewald, Ruy de Frota de Souza
La lavorazione di materiali difficili, quali il titanio, rappresenta un problema non da poco. La lavorazione di leghe dure e tenaci, a basse velocità e con forze di taglio significative, unitamente all’obiettivo di raggiungere rendimenti produttivi sempre maggiori, inducono a incrementare drasticamente i livelli di asportazione truciolo. I costruttori di macchine utensili hanno risposto a queste esigenze con centri di fresatura e tornitura specializzati, caratterizzati da maggiore rigidità e smorzamento sui mandrini. Le strutture delle macchine sono di considerevoli dimensioni, il tutto per ridurre le vibrazioni indesiderate che influiscono negativamente sulla qualità dei pezzi e sulla durata degli utensili. Benché questi progressi abbiano contribuito a una maggiore produttività, il punto più debole rimane spesso l’accoppiamento stesso del mandrino.
ALLA RICERCA DELL’ACCOPPIAMENTO PERFETTO
Nella maggior parte dei casi, l’accoppiamento utensile-mandrino determina la quantità di materiale che è possibile asportare in una data operazione: questo perché tale interfaccia deve sopportare carichi elevati, pur mantenendo la propria rigidità, finché la flessione dell’utensile è troppo alta o viene raggiunto l’inizio della vibrazione. Con i costanti progressi negli utensili da taglio e nei centri di lavoro, un accoppiamento del mandrino che utilizzi nel modo migliore possibile la potenza disponibile è un parametro importante, da tenere in considerazione fin dalle prime fasi della pianificazione della produzione.
Negli ultimi decenni sono stati sviluppati e ottimizzati diversi tipi di accoppiamento del mandrino. Grazie a un buon rapporto costi/benefici, la conicità ISO 7/24 è diventata uno dei sistemi più diffusi sul mercato. Essa è stata un successo in molte applicazioni, ma i limiti di precisione e l’alta velocità ne hanno impedito l’ulteriore
crescita. L’avvento del contatto frontale ha rappresentato un passo fondamentale rispetto alla conicità 7/24 standard. La combinazione del contatto frontale con la conicità piena 7/24 ha offerto una maggiore precisione nella direzione dell’asse Z, ma ha presentato anche alcuni svantaggi, in particolare la perdita di rigidità alle velocità più alte o in presenza di elevati carichi laterali.
L’AVVENTO DEL SISTEMA KMTM
La maggior parte degli utensili sul mercato sono “pieni” e i mandrini hanno una forza di serraggio relativamente bassa. La rigidità dell’accoppiamento è limitata, perché è necessario tenere al minimo l’interferenza radiale. Le tolleranze richieste per raggiungere un contatto frontale consistente sono quindi molto strette e determinano elevati costi di produzione. Nel 1985, Kennametal e Krupp Widia hanno iniziato un programma congiunto per sviluppare un sistema di cambio rapido universale, noto oggi come KMTM, e recentemente standardizzato come ISO 26622. Nei primi anni ’90, il sistema HSK ha iniziato ad essere impiegato sulle macchine in Europa e successivamente è diventato DIN 69893, quindi ISO 12164. L’utensileria a cambio rapido KMTM contempla, essenzialmente, due componenti base: l’unità di serraggio e l’unità da taglio. L’unità di serraggio viene montata sulla macchina utensile (una torretta o un blocco utensili per applicazioni statiche e un mandrino rotante per gestire le applicazioni rotanti) ed è l’innesto dell’unità da taglio/portautensile intercambiabile. Quando è necessario un cambio utensile, l’operatore deve semplicemente allentare il sistema di blocco, sostituire l’unità da taglio e ribloccarlo in posizione. Il fermo macchina è una questione di secondi.
Il KM4XTM di Kennametal rappresenta l’ultima generazione di KM. Alcuni sistemi possono essere in grado di trasmettere una considerevole quantità di coppia, ma le forze di taglio generano anche momenti flettenti che superano i limiti dell’interfaccia prima di raggiungere i limiti di coppia. Combinando un’elevata forza di serraggio e livelli di interferenza ottimizzati, il KM4X offre un robusto accoppiamento, una rigidità estremamente elevata e la capacità di carico flettente per prestazioni notevolmente migliorate nella lavorazione di leghe ad alta resistenza, ed altri materiali, permettendo livelli di asportazione truciolo estremamente elevati e un maggior numero di pezzi finiti al giorno.
Il sistema di accoppiamento mandrino KM4XTM di Kennametal ha una
configurazione per carichi pesanti in grado di fornire elevate
prestazioni in condizioni di elevata velocità e bassa coppia e per bassa
velocità e coppia elevata. Senza il KM4X, taglienti elicoidali come
questo supererebbero i vincoli di momento flettente molto prima di
raggiungere i limiti di coppia.
RESISTENZA TRIPLICATA AL MOMENTO FLETTENTE
L’accoppiamento del mandrino deve fornire capacità ai carichi di coppia e flessione compatibile con le specifiche della macchina utensile ed ai requisiti di maggiore produttività. Ciò diventa evidente nelle applicazioni di fresatura in contornatura o dal pieno, dove le lunghezze da filo cono sono tipicamente maggiori e il fattore limitante è la capacità di reggere le forti spinte radiali sull’interfaccia del mandrino. Per esempio, un tagliente elicoidale indexabile, con una sporgenza di 250 mm dalla faccia del mandrino e un diametro di 80 mm, genera un momento flettente di 4.620 Nm e un momento torcente minore di 900 Nm quando asporta 360 cm3/min di Ti6Al4V, corrispondente ad Ap = 63 mm ed Ae =12,7 mm.
I parametri più critici dell’accoppiamento cono-faccia del mandrino sono la forza di serraggio e l’interferenza radiale. Ottimizzando la forza di serraggio e selezionando valori di interferenza appropriati è possibile migliorare ulteriormente la rigidità dell’accoppiamento. Utilizzando un contatto a tre superfici per una maggiore stabilità e ottimizzando la distribuzione della forza di serraggio e l’interferenza, la tecnologia del KM4XTM si traduce in una capacità triplicata di resistenza al momento flettente, rispetto ad altri sistemi di utensili. Ciò significa che le officine possono fare leva su macchine utensili ad alte prestazioni, dotate di KM4X per incrementare le velocità e gli avanzamenti in applicazioni di lavorazione difficili, raggiungendo il pieno potenziale di produttività della macchina utensile. Spesso, un accoppiamento KM4X più piccolo, come il KM4X100, può fornire prestazioni di taglio uguali o migliori di un accoppiamento più grande. Infine, i sistemi KM4X possono essere applicati su centri di lavoro di tornitura multitasking e su macchine transfer in modo manuale, semiautomatico o totalmente automatico. Il KM4X, per progettazione, può essere utilizzato in un’ampia gamma di operazioni, dalla bassa velocità/coppia elevata all’alta velocità/bassa coppia, permettendo ai produttori di ottenere il massimo assoluto dalle loro apparecchiature di produzione. La fresatura, foratura e tornitura di un’ampia gamma di materiali è diventata più produttiva! Regole e raccomandazioni sono per loro natura generiche. Per specifici consigli riguardanti la lavorazione del titanio e maggiori informazioni sul KM4X, è possibile contattare direttamente Kennametal o visitate www.kennametal.com.
Il contatto su tre superfici e la forza di serraggio si combinano per livelli di interferenza superiori e una resistenza al momento flettente triplicata rispetto ad altri sistemi. Il cambio utensile è rapido e semplice, minimizzando il fermo macchina.
(*) Mark Huston, Doug Ewald e Ruy de Frota de Souza sono, rispettivamente Vice Presidente Global Engineered Solutions, Direttore Global Product Management, Tooling Systems, e Manager Global Tooling Systems, Product Engineering, della Kennametal Inc. di Latrobe, PA.