Lama SL di Sandvik Coromant. Per lavorare componenti di grandi dimensioni con pochissimi spallamenti, che si tratti di motori per jet, turbine o prodotti tubolari per l’industria Oil & Gas, è necessario prevedere un angolo di attacco per ridistribuire la forza e massimizzare la produttività e la durata utensile.
Le superleghe resistenti al calore sono materiali ideali per le condizioni di lavoro estreme del settore Oil & Gas. Tuttavia, le stesse caratteristiche che permettono a questi materiali innovativi di resistere alle alte temperature, alla corrosione e alla pressione, li rendono anche difficili da lavorare. I tecnici di Sandvik Coromant ci illustrano come sia possibile ottimizzare la lavorazione di componenti in HRSA.
di Luigi Ortese
Le officine meccaniche non abituate a lavorare con le superleghe resistenti al calore (HRSA) spesso si trovano in difficoltà dopo aver presentato il preventivo. Generalmente, infatti, le aziende che lavorano per conto terzi si basano sul peggiore acciaio inossidabile che hanno mai lavorato e nel preventivo inseriscono il tempo richiesto in quelle condizioni, per andare sul sicuro. Tuttavia, se queste aziende riescono ancora a ottenere degli utili facendo questo tipo di congetture per la lavorazione dell’acciaio inossidabile, non è assolutamente detto che lo stesso accada anche con le HRSA.
Le officine meccaniche devono imparare a conoscere le HRSA – sostengono in Sandvik Coromant (www.sandvik.coromant.com) – poiché questi materiali si stanno diffondendo sempre più. In passato lo sviluppo delle superleghe resistenti al calore era trainato dal settore dei motori per applicazioni aerospaziali e ciò vale ancora oggi, anche se il settore dell’energia ha sfruttato alcune delle soluzioni adottate in campo aerospaziale estendendole alle turbine a gas, che di fatto non sono altro che motori per jet da utilizzare a terra. Le HRSA sono inoltre apprezzate nel settore dell’energia poiché resistono alla corrosività del petrolio che si trova nei pozzi profondi, che contiene concentrazioni maggiori di zolfo e cloruri. Inoltre, nei pozzi profondi si registrano elevate temperature e pressioni che richiedono anch’esse l’utilizzo di materiali come le superleghe. Questo discorso non vale solo per le attività di trivellazione offshore, ma anche per il fracking (fratturazione idraulica).
Coromant Capto, fluido da taglio e refrigerante. Il refrigerante ad alta pressione può essere un alleato prezioso nella lavorazione delle HRSA, poiché rappresenta una buona soluzione per aumentare la durata utensile e la produttività.
UTENSILI TENACI PER MATERIALI TENACI
Le HRSA come Inconel 625 e 718 sono dunque materiali molto difficili da lavorare e rappresentano una sfida per gli utensili. Per riuscire a gestirle occorre attenersi alle nuove linee guida, conoscere le migliori prassi e le tecniche di lavorazione più innovative, altrimenti la durata degli utensili sarà necessariamente breve. L’inserto più utilizzato per il taglio dei metalli è il CNMG 80°, ma le HRSA usurano gli inserti CNMG con la stessa rapidità con cui i piloti di Formula Uno consumano i pneumatici. Per una lavorazione redditizia con questi materiali bisogna pertanto adottare le tecniche e le tecnologie giuste.
Tuttavia, va detto che la lavorazione delle HRSA è tutt’altro che impossibile. Con le giuste informazioni e una comprensione delle caratteristiche della lega, le officine meccaniche possono scegliere il metodo più redditizio per lavorarle. Sapendo che questi materiali sono tenaci e problematici per gli utensili, occorre adottare tecniche e stratagemmi per ottimizzare il processo e mantenere la redditività.
Le aziende che lavorano per conto terzi, una volta comprese le necessità di resistenza alla fatica di queste lavorazioni, dovrebbero puntare a ottimizzare fin dall’inizio il processo di lavorazione delle HRSA. Tenendo conto del costo elevato del singolo componente bisogna infatti evitare di scartare dei pezzi a causa di una scarsa pianificazione della produzione, poiché questi errori si pagano cari. Le nuove macchine utensili e i nuovi software CAM permettono di eseguire operazioni che appena dieci anni fa richiedevano moltissimo tempo, se non erano del tutto impossibili. Pertanto, è bene sfruttare al massimo queste tecnologie. È vero, c’è un investimento iniziale, ma i vantaggi possono essere enormi.
Dal punto di vista dell’attrezzamento occorre utilizzare sempre inserti/utensili con un angolo di attacco. Anche se la soluzione più diffusa al mondo per la tornitura è rappresentata dal CNMG 432 con un angolo di attacco di -5°, le prestazioni di questo inserto con le HRSA sono limitate dall’usura a intaglio. La scelta prioritaria nella lavorazione delle HRSA è rappresentata dagli inserti CNMX-SM con angolo di attacco di 45°, nonché dagli inserti rotondi. La maggior parte dei componenti utilizzati nel settore dell’energia, che si tratti di parti per turbine o prodotti tubolari per l’industria Oil & Gas, è sempre di grandi dimensioni, con pochissimi spallamenti. Gli inserti quadrati e rotondi, pertanto, contribuiscono a ridistribuire la forza massimizzando la durata utensile e la produttività.
Componente per l’industria Oil & Gas, casing hanger. Le superleghe resistenti al calore sono materiali ideali per le condizioni di lavoro estreme del settore Oil & Gas.
I VANTAGGI DEL REFRIGERANTE AD ALTA PRESSIONE
Il refrigerante ad alta pressione può essere un alleato prezioso nella lavorazione delle HRSA, poiché rappresenta una buona soluzione per aumentare la durata utensile e la produttività. Anche se è richiesto un investimento iniziale, se la tecnologia viene applicata correttamente l’investimento dovrebbe ripagarsi in meno di un anno. Molti produttori di utensili recentemente hanno compiuto ulteriori passi avanti con questa tecnologia, realizzando geometrie di tornitura progettate specificamente per le lavorazioni con refrigerante ad alta pressione. Si tratta di geometrie più aperte, con rompitrucioli meno aggressivi rispetto alle geometrie normali, che sfruttano la forza del refrigerante per spezzare il truciolo.
Ampliando ulteriormente questo concetto, il sistema di refrigerante ad alta pressione e ad alta precisione (High Precision Coolant, HPC) direziona il refrigerante verso il basso facendo alzare il truciolo dall’inserto e contribuendo al contempo ad abbassare la temperatura sul tagliente e a ridurre la craterizzazione per aumentare la durata utensile e la produttività. Per di più, gli utensili HPC oggi sono disponibili in vari tipi di piattaforme. Si può spaziare tra utensili a cambio rapido per torni, utensili modulari e semplici utensili a stelo: ce n’è per tutti i gusti, per cui la tecnologia è davvero alla portata delle aziende di tutte le dimensioni. Anche le officine meccaniche che lavorano con macchine Swiss-Style o a fantina mobile per produrre componenti di piccole dimensioni possono trarre vantaggio da questi utensili.
Utilizzando utensili modulari, nello specifico, le officine possono evitare di utilizzare soluzioni costose progettate specificamente. La modularità infatti permette di utilizzare prodotti standard per comporre l’assieme utensile richiesto, riducendo anche lo stock di utensili in magazzino. In questo modo le officine meccaniche possono utilizzare un unico utensile per realizzare i profili geometrici tipici dei componenti, eliminando i costi connessi all’utilizzo di utensili speciali. Sempre grazie alla modularità degli utensili, è possibile sostituire i componenti dei portainserti senza sostituire l’intero utensile, con grandi risparmi sui costi.
ALLEGGERIRE IL CARICO CON L’ECONOMIA DI PRODUZIONE
L’“economia di produzione” permette un utilizzo ottimale delle risorse. Chi lavora le HRSA deve aspettarsi un aumento dei costi e maggiori uscite legate ai materiali e agli utensili (anche un 5-6% in più rispetto a un’applicazione standard con acciaio). Dal momento che quando si lavorano questi materiali i costi variabili sono maggiori, è pertanto fondamentale prevedere un processo produttivo che consenta di distribuire i costi fissi su un maggior numero di pezzi, per aumentare la redditività. Il trucco sta nell’utilizzare utensili, nuove tecnologie e tecniche di programmazione che consentano di produrre maggiori quantitativi di componenti nello stesso lasso di tempo. Anche se i materiali e i costi degli utensili sono destinati ad aumentare, se si riesce a produrre un maggior numero di pezzi mantenendo invariate le ore di manodopera, le ore-macchina e le spese generali, i costi fissi si traducono in profitto per ogni pezzo extra prodotto in tale lasso di tempo fisso.
La formazione è un altro fattore che può fare un’enorme differenza. Nel campo degli utensili, in particolare, l’offerta formativa è vasta e di qualità. I produttori di utensili organizzano corsi che permettono al personale delle officine di vedere le tecniche e gli utensili dal vivo. Inoltre si possono utilizzare i canali online, una fonte di informazioni sempre più preziosa, per vedere le lavorazioni delle HRSA.
Riassumendo, le superleghe sono sempre più utilizzate nella produzione di componentistica per il settore dell’energia, per varie ragioni. Le HRSA hanno un’eccezionale resistenza al calore, alla pressione e alla corrosione, caratteristiche che non hanno eguali negli altri metalli oggi disponibili. Tuttavia, chi si affaccia per la prima volta alla lavorazione delle superleghe non può rimanere ancorato agli stessi concetti e alle stesse procedure utilizzate per l’acciaio inossidabile pensando di ottenere gli stessi risultati. Per avere successo è fondamentale adottare le tecniche consigliate e utensili specifici, e puntare sulla formazione.
Utensili HP del programma Sandvik Coromant.