Le nuove qualità in metallo duro GC4425 e GC4415 di Sandvik Coromant per la tornitura di materiali ISO P.
In questi tempi difficili, i costruttori sono sottoposti a maggiori pressioni per essere competitivi, anche nella produzione in serie di complessi componenti in acciaio. Un approccio alternativo alla tornitura ottimizza il costo per componente e la redditività.
di Rolf Olofsson (*)
Nel taglio dei metalli, gli obiettivi fondamentali sono due: massimizzare la produttività e minimizzare i costi di produzione. Per raggiungerli, ogni costruttore dovrebbe agire in base alla propria situazione specifica.
Soprattutto nella produzione in serie, si presta particolare attenzione alla riduzione del costo per componente. Le aziende che producono componenti automotive, ad esempio, potrebbero ritrovarsi ad affrontare forti fluttuazioni della domanda. Se la domanda scarseggia, è necessario disporre di utensili che permettano di produrre un maggior numero di pezzi per tagliente e che assicurino, al contempo, un’elevata sicurezza del processo e un minor numero di scarti. Quando la domanda è alta, invece, occorrono soluzioni di attrezzamento che permettano di aumentare i volumi di truciolo asportato, ridurre i tempi ciclo e migliorare l’utilizzo delle macchine, riducendo al minimo le interruzioni della produzione.
A prescindere dallo scenario, i costruttori dovranno comunque puntare a massimizzare la propria capacità produttiva in modo tale da ottenere, secondo gli studi effettuati da Sandvik Coromant, una potenziale riduzione del costo per componente del 15%. Tuttavia, per raggiungere tali risultati e aumentare, nel contempo, la sicurezza del processo, occorre adottare un approccio diverso per quanto riguarda l’attrezzamento.
MASSIMIZZARE IL TEMPO DI LAVORAZIONE
Secondo i calcoli di Sandvik Coromant, il costo degli utensili rappresenta dal 3 al 5% del costo di produzione totale. Quando si valuta l’acquisto di un utensile destinato a usurarsi con il tempo, come gli inserti in metallo duro che vengono utilizzati per la tornitura dell’acciaio, è naturale considerare solo il costo unitario iniziale. Ma i clienti dovrebbero ragionare in modo leggermente diverso, considerando il costo degli utensili in un’ottica di gestione complessiva dei costi di produzione, che tenga conto anche delle spese generali, come il deprezzamento delle macchine.
Se prendiamo in esame una tipica giornata di lavoro di un’officina meccanica, che ad esempio lavora su due turni, per un totale di 14,4 ore, il 60% del tempo è dedicato alla produzione (tempo di taglio), mentre il 40% è impiegato per altre cose (tempo non impegnato nel taglio). L’obiettivo, in questo caso, dovrebbe essere quello di ridurre il tempo non impegnato nel taglio, massimizzando il tempo effettivo di lavorazione.
Il modo migliore per riuscirci è accorciare i tempi di produzione e aumentare l’utilizzo delle macchine utensili. Un aumento del 20% dell’utilizzo delle macchine può determinare un aumento del 10% del margine di profitto lordo.
MAGGIORE DURATA UTENSILE
Le aziende manifatturiere adottano vari metodi per misurare la produttività, uno dei quali si basa sul numero di pezzi prodotti nell’arco di un determinato periodo di tempo. Il cambio frequente degli inserti, i fermi alla produzione e l’indisponibilità dell’inserto giusto per l’applicazione o il materiale in oggetto sono tutti elementi che rubano molto tempo alla lavorazione.
Utilizzare un’unica qualità d’inserto per soddisfare gli ampi requisiti dei campi di applicazione da P15 a P25 può risultare difficile. Sono davvero tanti i prerequisiti di cui bisogna tenere conto. La resistenza alla frattura è un fattore di primaria importanza, come anche un tagliente dotato della durezza necessaria per resistere a qualsiasi deformazione plastica causata dalle temperature estreme presenti nella zona di taglio. Il rivestimento dell’inserto, inoltre, deve essere in grado di prevenire l’usura sul fianco, la craterizzazione e la formazione del tagliente di riporto. In più, è fondamentale che il rivestimento aderisca perfettamente al substrato, poiché, in caso contrario, il substrato rimane scoperto e si deteriora molto rapidamente.
Per evitare questi problemi e assicurare il successo della lavorazione, il segreto è limitare l’usura continua e controllabile ed eliminare l’usura discontinua e spesso incontrollabile. In altre parole: usura prevedibile degli utensili. Va detto che non è facile ottenere una condizione di prevedibilità assoluta, soprattutto alla luce delle attuali tendenze che spingono sempre di più verso la lavorazione non presidiata.
In ogni caso, il modello di usura ottimale per qualunque inserto è rappresentato dall’usura controllata sul fianco, che è associata a una durata prevedibile dei taglienti. La qualità ideale deve pertanto essere in grado di limitare al massimo le tipologie di usura indesiderate, e, in alcune operazioni, prevenirle del tutto.
Nella tornitura, i tre parametri di taglio principali – velocità, avanzamento e profondità di taglio – influiscono notevolmente sulla durata utensile e, di conseguenza, sul costo per componente.
NUOVE QUALITÀ PER TORNIRE
Per superare queste sfide, Sandvik Coromant ha presentato le nuove qualità GC4425 e GC4415 per la tornitura di materiali ISO P. La qualità GC4425 offre una migliore resistenza all’usura e al calore e una maggiore tenacità, mentre GC4415 è progettata per integrare la qualità GC4425 nelle operazioni che richiedono migliori prestazioni e una maggiore resistenza al calore.
Entrambe sono ideali per gli acciai debolmente legati e non legati. Consentono di lavorare un maggior numero di pezzi in un contesto di produzione in serie o in lotti e contribuiscono a prolungare la durata utensile, eliminando le rotture improvvise e riducendo il numero di rilavorazioni e scarti.
GC4425 e GC4415 sono dotate della tecnologia Inveio® di seconda generazione. Per capire cos’è che rende Inveio® così eccezionale occorre esaminare il materiale al microscopio: la superficie del materiale è caratterizzata da un orientamento unidirezionale dei cristalli presenti nello strato di rivestimento di allumina, che sono tutti allineati nella stessa direzione per creare una solida barriera verso la zona di taglio. Nel rivestimento Inveio® di seconda generazione, l’orientamento dei cristalli è stato notevolmente migliorato.
Inveio® conferisce all’inserto un’elevata resistenza all’usura e una maggiore durata utensile. Scegliere utensili di lunga durata è ovviamente una buona strategia per ridurre il costo per componente.
OGNI TAGLIO È IMPORTANTE
Nella tornitura, i tre parametri di taglio principali – velocità, avanzamento e profondità di taglio – influiscono notevolmente sulla durata utensile e, di conseguenza, sul costo per componente, tanto che un aumento del 20% nei dati di taglio può determinare una riduzione del 10% del costo per componente. A questo proposito, può tornare utile il modello sviluppato agli inizi del XX secolo dall’ingegnere meccanico americano Frederick Winslow Taylor, che ha studiato il rapporto tra velocità di taglio, usura e durata utensile.
In base a questo modello, Taylor concluse che utilizzando la massima profondità di taglio possibile è possibile ridurre il numero di passate e quindi anche il tempo di lavorazione. Allo stesso tempo, però, faceva notare che l’ottimizzazione della tornitura dell’acciaio dipende dalla stabilità del dispositivo di bloccaggio su cui è montato l’utensile, dal fissaggio del pezzo, dall’impiego del refrigerante e dalla potenza della macchina utensile.
UN APPROCCIO OLISTICO
Il modello di Taylor dimostra che i costruttori dovrebbero tenere in considerazione l’attrezzamento nel suo insieme, poiché ogni aspetto – qualità d’inserto, soluzione di bloccaggio e portautensili – può influire sulla produttività, contribuire a ridurre i costi e aumentare la sicurezza del processo.
Questo approccio è stato messo alla prova da un cliente che ha utilizzato l’inserto in metallo duro GC4425 di Sandvik Coromant per realizzare un albero di trasmissione con dati di taglio più elevati. L’inserto è stato utilizzato su un acciaio 4140 sottoposto a trattamento termico preliminare (PHT) e legato al cromo-molibdeno, con una durezza di 40 HRc.
Il pezzo in 4140 PHT è stato sottoposto a sgrossatura esterna multidirezionale. Le prestazioni della qualità GC4425 sono state messe a confronto con quelle di un inserto ISO concorrente impiegato per lo stesso processo.
Nella prova è stato possibile aumentare sia la velocità di taglio (vc) sia l’avanzamento (fn): l’inserto concorrente ha registrato valori di vc = 183 m/min e fn = 0,33 mm/giro, rispetto ai valori di vc = 244 m/min e fn = 0,51 mm/giro ottenuti da GC4425.
In definitiva, l’inserto di Sandvik Coromant ha reso possibile un aumento della produttività del 100% e una riduzione del tempo ciclo del 50%. Complessivamente, il cliente ha ottenuto una riduzione dei costi del 30%. Questo risultato dimostra che, considerando la soluzione di attrezzamento nel suo insieme, i costruttori possono aumentare la redditività e ridurre il costo per componente. Questo approccio olistico, che tiene in considerazione qualità d’inserto, geometrie ed economia di produzione in generale, si rivelerà fondamentale per i costruttori che vogliono rimanere competitivi.
FOCUS: UN WEBINAR ON-DEMAND SULLA TORNITURA DELL’ACCIAIO
La lavorazione degli acciai ISO P è una sfida importante per le officine che eseguono operazioni di tornitura su grandi volumi di componenti. I produttori sono particolarmente attenti al costo per componente quando affrontano operazioni di tornitura dell’acciaio.
Le richieste del mercato in continua evoluzione hanno un impatto diretto sulle priorità di produzione, imponendo ai produttori di riconsiderare la loro strategia di taglio dei metalli: ridurre i costi di produzione o aumentare la produzione per ridurre il costo complessivo per componente al fine di mantenersi competitivi in un mercato sempre più globale.
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(*) Rolf Olofsson, Product Manager presso Sandvik Coromant.
Un approccio olistico, che tiene in considerazione qualità d’inserto, geometrie ed economia di produzione in generale, si rivelerà fondamentale per i costruttori che vogliono rimanere competitivi.
