Le frese di Casa SECO di recente sviluppo, come le Turbo 10, assicurano la flessibilità operativa necessaria per la lavorazione di componenti sempre più complessi.
Le frese di recente sviluppo assicurano la flessibilità operativa necessaria per la lavorazione di componenti sempre più complessi. Man mano che i costruttori di macchine introducono prodotti caratterizzati da funzionalità ed efficienza più elevate, i componenti da produrre diventano più complicati e difficili da realizzare. Oltre a presentare profili complessi e tolleranze sempre più rigide, vengono spesso realizzati con materiali ad alte prestazioni che assicurano robustezza e affidabilità, ma che incidono negativamente sulla lavorabilità. Le recenti proposte di Seco Tools, fornitore globale di utensili e accessori per qualsiasi lavorazione ad asportazione di truciolo che ha il proprio quartier generale a Fagersta, in Svezia, ed è presente in oltre 50 paesi, rappresentano la giusta soluzione per massimizzare la produttività e la redditività del cliente.
di Tapio Alatalo, responsabile prodotto globale frese per spallamento retto ed elicoidali presso la Seco Tools.
I produttori sviluppano continuamente nuovi utensili per ottenere la massima efficienza nella lavorazione. I progressi nella tecnologia delle frese rappresentano un esempio di questo slancio continuo. Le tradizionali frese in metallo duro integrale erano caratterizzate da un elevato volume di truciolo e da un’eccellente precisione. Tuttavia, il fatto che fossero costituite da un unico pezzo comportava la necessità di riaffilarle quando usurate. La sostituzione degli utensili per la riaffilatura interrompe la produzione e fa consumare tempo e denaro. L’applicazione di una fresa riaffilata richiede la modifica dei parametri del programma a controllo numerico e la produzione di un profilo diverso può comportare la scelta di una fresa diversa, con una geometria del tagliente più adeguata.
Come alternativa efficiente in termini di costi alle frese integrali, i produttori hanno sviluppato frese a inserti. Quando i taglienti si usurano, è sufficiente sostituire il tagliente. È possibile sostituire rapidamente gli inserti consumati, mantenendo il corpo fresa sulla macchina, e montare inserti con geometrie diverse sullo stesso corpo della fresa per creare una varietà di profili.
NEGATIVO E POSITIVO
Anche le geometrie degli inserti si sono evolute. Molti di questi inserti sono dotati di taglienti sia sul lato superiore che sul lato inferiore. Il numero di taglienti disponibili è raddoppiato grazie alla possibilità di ribaltare gli inserti bilaterali dopo l’indicizzazione. Tuttavia, il disegno degli inserti bilaterali non prevede uno spazio dietro il tagliente per un angolo di spoglia e pertanto non consente l’applicazione degli utensili con angolo di spoglia positivo.
In un utensile con angolo di taglio positivo, l’inserto viene inclinato all’indietro rispetto al tagliente, che può quindi tagliare il materiale da lavorare. Al contrario, in un utensile con angolo di taglio negativo, l’inserto viene inclinato in direzione del pezzo in lavorazione e l’utensile essenzialmente spinge il materiale che sta tagliando. A causa di questo disegno, il tagliente di un inserto bilaterale deve avvicinarsi al pezzo in lavorazione da un angolo negativo.
Gli utensili per asportazione di truciolo con angolo di taglio negativo offrono una serie di vantaggi. Sono robusti e in grado di tollerare trucioli di grandi dimensioni e forze di taglio consistenti, pertanto risultano idonei per operazioni di sgrossatura, tagli interrotti e di possibile impiego su materiali da lavorare resistenti e abrasivi come la ghisa. La disponibilità di più taglienti consente di ridurre i costi degli utensili, per cui gli inserti negativi bilaterali si configurano come una scelta economica per la fresatura 2D semplice di materiali di facile lavorabilità. Tuttavia, poiché gli utensili con angolo di taglio negativo spingono il materiale in lavorazione anziché tagliarlo, generano forze di taglio elevate e calore. Se la potenza della macchina è insufficiente o se l’intero sistema di lavorazione non è abbastanza rigido, la precisione finale ne risulta compromessa. Le forze di taglio generate da un utensile con angolo di spoglia negativo sono in grado, ad esempio, di deformare un pezzo con pareti sottili.
Al contrario, gli utensili con angolo di taglio positivo presentano un taglio dolce che riduce al minimo la pressione di taglio e spesso consente di realizzare profili entro tolleranze non raggiungibili dagli utensili con angolo di taglio negativo. Le geometrie degli inserti positivi assicurano un ampio margine di flessibilità per l’esecuzione di una varietà di operazioni, tra cui scanalatura, contornatura, interpolazione elicoidale ed entrata in rampa. Gli utensili possono contribuire a stabilizzare la lavorazione su macchine meno recenti e/o meno rigide. La riduzione al minimo delle forze di taglio è inoltre cruciale nella lavorazione di materiali tenaci come titanio, Inconel e molti tipi di acciaio inossidabile.
In un utensile con angolo di taglio positivo, l’inserto viene inclinato all’indietro rispetto al tagliente, che può quindi tagliare il materiale da lavorare. Al contrario, in un utensile con angolo di taglio negativo, l’inserto viene inclinato in direzione del pezzo in lavorazione ed è l’utensile che essenzialmente spinge il materiale che sta tagliando.
INSERTI MONOLATERALI
Come inserti per il taglio positivo, i produttori di utensili offrono inserti monolaterali con angoli di spoglia dietro i taglienti. Sebbene non sia possibile usarli sull’altro lato, questi inserti possono essere ruotati ed offrire così i vantaggi di taglienti multipli.
La natura dolce del taglio eseguito dagli utensili con angolo di taglio positivo riduce le forze di taglio e il calore prodotti durante l’operazione, prolungando di conseguenza la durata dell’inserto. Questo è importante, dato che, per essere conveniente a livello economico, un inserto monolaterale deve avere una durata tre volte maggiore per tagliente rispetto agli inserti bilaterali.
Tra gli inserti monolaterali con angolo di spoglia positivo e prestazioni elevate sviluppati per la fresatura rientrano gli inserti XO.X10, sviluppati per le frese Turbo 10 prodotte da SECO (www.secotools.it). Gli inserti sono progettati in modo da ridurre al minimo le forze di taglio e controllare i trucioli, offrendo al contempo la flessibilità necessaria per la lavorazione di un’ampia gamma di profili e materiali.
GEOMETRIE PERSONALIZZATE
Oltre alla distinzione fondamentale tra inserti positivi e negativi, i produttori di utensili hanno sviluppato una varietà di trattamenti del tagliente, orientati a garantire la massima produttività nella lavorazione di materiali diversi. Ad esempio, taglienti affilati, lucidati e non rivestiti lavorano bene sui materiali più teneri, come le leghe di alluminio ad alta lavorabilità; per i materiali più difficili da lavorare, come gli acciai, la ghisa o gli acciai inossidabili, è necessario arrotondare o smussare il bordo del tagliente per proteggerlo da scheggiature. Gli inserti progettati per la lavorazione delle ghise, ad esempio, sono spesso dotati di trattamenti del tagliente che includono sia una smussatura negativa che un arrotondamento nell’ordine dei 30-35 µm. Per Inconel e titanio è invece richiesta una geometria di taglio più dolce, senza smussatura e con un arrotondamento del bordo dell’ordine dei 20-25 µm.
QUALITÀ E RIVESTIMENTI
Le prestazioni di un inserto sono determinate in larga misura dalla combinazione di caratteristiche del substrato con rivestimenti resistenti all’usura. I substrati degli inserti generalmente forniscono un equilibrio di robustezza e durezza. Una qualità robusta è più resistente agli urti e consente l’esecuzione di tagli interrotti, la lavorazione di materiali difficili e l’utilizzo in condizioni di lavorazione con rigidità minore. Le qualità resistenti all’usura sono invece caratterizzate dalla durezza necessaria per lavorare materiali abrasivi.
I rivestimenti sono finalizzati a ottimizzare ulteriormente le prestazioni degli inserti fornendo una maggiore resistenza all’usura e al calore. Tra i rivestimenti base rientrano materiali per usi generici come il nitruro di titanio (TiN), conveniente e adatto per applicazioni su metalli ferrosi che non comportano livelli di calore elevati. Un rivestimento più avanzato è il nitruro di alluminio e titanio (AlTiN). Presenta un costo maggiore rispetto ai rivestimenti base, ma è caratterizzato da una buona resistenza alle alte temperature, che lo rende eccellente per l’uso in applicazioni impegnative come la fresatura di titanio, di leghe a base di nichel e di ghisa. In alcune situazioni, l’elevata resistenza al calore del rivestimento consente la lavorazione a secco. Ogni produttore di utensili sviluppa le proprie varianti dei rivestimenti di base; mediante la tecnologia di rivestimento Duratomic® di Seco, la struttura atomica dello strato esterno di ossido di alluminio è controllata per assicurare la massima levigatezza della superficie, durata e possibilità di lavorare ad alte velocità.
Tra gli inserti monolaterali con angolo di spoglia positivo e prestazioni elevate sviluppati per la fresatura rientrano gli inserti XO.X10, sviluppati per le frese Turbo 10 prodotte da SECO.
ELICOIDALI E PER SPALLAMENTO RETTO
Le frese sono generalmente configurate per gestire specifiche situazioni di lavorazione. Le frese per spallamento retto, con una singola fila di inserti posizionati radialmente intorno alla periferia della fresa, sono adeguate quando le profondità di taglio assiali sono inferiori alla lunghezza del tagliente di un singolo inserto. Per profondità di taglio maggiori, è possibile utilizzare frese elicoidali, con file di inserti sfalsate disposte in senso assiale, per le operazioni di scanalatura, creazione di sedi ed entrata in rampa, oltre che per fresatura circolare e per interpolazione elicoidale.
Il passo di una fresa, ovvero la spaziatura tra gli inserti montati, ne determina le prestazioni. Le frese a passo largo (spaziatura ampia) sono adeguate per potenze e rigidità della macchina limitate, oppure quando la fresa è montata con sporgenza lunga o applicata in un taglio assiale profondo. Le frese a passo stretto offrono invece il massimo volume di truciolo asportato nell’utilizzo in configurazioni rigide su macchine potenti. Se la potenza e la rigidità della macchina non sono adeguate, l’applicazione aggressiva di una fresa a passo fine può produrre vibrazioni.
La gamma Seco Turbo 10 comprende frese per spallamento retto ed elicoidali. Con la geometria degli inserti adeguata, le frese per spallamento retto consentono di ottenere spallamenti esattamente a 90°. Le frese vengono proposte con due passi diversi. Le frese elicoidali Turbo 10, di recente introduzione, sono disponibili nei diametri da 32 a 80 mm, per profondità di taglio da 0,8xD a 2,0xD. Entrambe le tipologie di frese, per spallamento retto ed elicoidali, sono disponibili con una varietà di attacchi. La flessibilità del sistema Turbo 10 è evidenziata da una scelta di 13 qualità di metallo duro, tre tipologie di placchetta PCD e cinque geometrie idonee per una varietà di materiali, tra cui acciaio, acciaio inossidabile, ghisa, materiali temprati, leghe ad alta temperatura e materiali non ferrosi.
MAGGIORE PRECISIONE
In termini di precisione, gli utensili in metallo duro integrale presentano generalmente un run-out minore rispetto agli utensili a inserti e di norma consentono di ottenere una finitura superficiale migliore. Per questo, in molte situazioni è opportuno eseguire sgrossatura e semifinitura con una fresa a inserti, per poi creare la superficie finale con una fresa integrale. Tuttavia, alcuni corpi fresa, tra cui le frese Turbo 10, presentano sedi inserto rettificate che riducono al minimo lo sfalsamento tra gli inserti, migliorando sensibilmente la precisione della lavorazione e la durata degli inserti.
APPLICAZIONI CORRETTE
Gli utensili avanzati devono essere applicati correttamente per poter sfruttare tutti i vantaggi delle loro maggiori potenzialità. Un tipico caso di errore è la scelta di una qualità non corretta, ad esempio di una qualità con un substrato duro e resistente all’usura in una lavorazione dove sarebbe più idoneo un inserto robusto e resistente agli urti. L’errore più diffuso nell’applicazione degli utensili per fresatura avanzati resta comunque l’uso di parametri di taglio che non sfruttano appieno il potenziale di prestazioni dell’utensile. Molti utenti sfruttano gli utensili avanzati con gli stessi parametri applicati per gli utensili di qualità inferiore da questi sostituiti, spesso con velocità di taglio e avanzamento troppo basse. La chiave per la produttività è una lavorazione più aggressiva. Per alcuni utensili è necessario aumentare la velocità di taglio, mentre altre geometrie richiedono l’aumento della velocità di avanzamento. Gli utenti devono consultare i dati di taglio forniti dai produttori in occasione dell’introduzione di nuovi prodotti.
PROGRESSO CONTINUO
Molti settori, specie quello aerospaziale, della generazione di energia e della difesa, stanno sviluppando nuovi prodotti caratterizzati da componenti complessi e ad alta precisione e dall’utilizzo di materiali nuovi, più difficili da lavorare. Sempre più componenti presenteranno profili che richiederanno tecnologie di lavorazione a 5 assi, mentre alcuni che in precedenza venivano assemblati da parti distinte saranno lavorati come pezzo unico.
Queste tendenze contribuiranno ad accelerare lo sviluppo di nuove tecnologie per gli utensili ad asportazione di truciolo. Si avrà una domanda crescente di utensili dal taglio dolce e ad alte prestazioni, in grado di lavorare leghe esotiche con forze di taglio ridotte ed elevata precisione. L’evoluzione degli utensili per fresatura continuerà quindi la sua corsa.
Gli inserti XO.X10 sono progettati in modo da ridurre al minimo le forze di taglio e controllare i trucioli, offrendo, al contempo, la flessibilità necessaria per la lavorazione di un’ampia gamma di profili e materiali.