Un test condotto su un centro di lavorazione orizzontale CNC HPX63 Mitsui Seiki, equipaggiato con quattro utensili Kennametal, ciascuno dei quali con connessione al mandrino KM4X100, ha dimostrato i vantaggi di questa soluzione nella lavorazione di un pezzo di titanio (Ti 6Al 4V).
Quando si rende necessario acquistare beni strumentali per la lavorazione di materiali speciali, molte imprese dovrebbero ricorrere a un interessante paragone, quello con una bicicletta a dieci rapporti di velocità. Le persone comuni esaminano e acquistano una bicicletta di questo tipo per scopi ricreativi o di esercizio sportivo, ma quando la utilizzano raramente fanno ricorso a più di due o tre dei rapporti disponibili. I ciclisti del Giro d’Italia o del Tour de France, o altri atleti bene allenati, selezionano e utilizzano invece tutti i componenti del loro prodotto – telaio, pedali, cambi, ruote, ecc. – al fine di ottenere le massime performance dal loro mezzo di trasporto, sia quando scalano montagne che quando corrono in pianura. Prove di lavorazione condotte su particolari in titanio confermano i vantaggi dell’“Ultimate Tuned System™” di Kennametal, se utilizzato al meglio: ecco i risultati dei test condotti su una macchina utensile HPX63 di Mitsui Seiki equipaggiata con un mandrino ad elevata coppia con sistema di connessione KM4X™.
di Scott Walker, Mark Huston
Numerose officine meccaniche paragonano la lavorazione delle leghe a elevata resistenza e alta temperatura, quali il titanio, alla scalata di una difficile vetta. I costruttori di macchine utensili hanno dunque studiato soluzioni idonee a dare una risposta qualificata alle esigenze espresse dagli utenti. Sono stati sviluppati centri di fresatura e tornitura caratterizzati da maggiore rigidità e superiore capacità di smorzamento delle vibrazioni ai mandrini, garantire anche da opportune strutture e dall’impiego di motori dimensionati per tali scopi. Tutto ciò con un obiettivo preciso: ottenere significative forze di taglio e minimizzare, allo stesso tempo, vibrazioni indesiderate che influiscono sulla qualità dei pezzi e sulla durata degli utensili. Eccellenti prestazioni dai sistemi per produrre che lavorano il titanio, attraverso grandi volumi di asportazione di truciolo, sono possibili scegliendo con il giusto criterio la macchina utensile che deve assicurare la forza necessaria alla lavorazione, valutando le caratteristiche degli utensili da taglio impiegati, esaminando, in particolare, la zona in cui il tagliente incontra il pezzo, e ponendo una massima attenzione alla scelta del sistema di connessione al mandrino, l’interfaccia tra la macchina utensile e l’utensile da taglio.
TAGLI DI TITANIO
Le macchine utensili della giapponese Mitsui Seiki sono costruite per garantire il massimo in durata e longevità nelle lavorazioni pesanti, senza soste. La solida reputazione del noto costruttore è fondata su tale strategia, che assicura ai clienti un’ottimale produttività. Mitsui Seiki sostiene infatti che tanto meglio è costruita una macchina utensile tanto meno costerà nel tempo, perché le interruzioni sul lavoro saranno minime. La scelta di una soluzione Mitsui Seiki può dunque rivelarsi vincente nelle lavorazioni più complesse. Anche Kennametal Inc. assicura ai propri clienti la massima produttività in lavorazioni impegnative, offrendo loro soluzioni anti usura innovative, sia standard che personalizzate. Per farlo, il noto costruttore di utensili è impegnato da anni nello studio dei materiali più avanzati e dei loro campi applicativi. Aziende che operano nei settori più diversi – tra cui le industrie aerospaziale, mineraria, automotive, petrolifera, energetica e delle costruzioni – riconoscono a Kennametal contributi straordinari in tutte le fasi produttive.
Nell’aprile del 2012, Mitsui Seiki (www.mitsuiseiki.com), in accordo con Kennametal Inc. (www.kennametal.com), hanno condotto un importante test, lavorando un pezzo di titanio (Ti 6Al 4V) su un centro di lavorazione orizzontale CNC HPX63 Mitsui Seiki, equipaggiato con quattro utensili Kennametal, ciascuno dei quali con connessione al mandrino KM4X100.
MACCHINE IN PRODUZIONE
I criteri progettuali del centro di lavorazione orizzontale HPX63 includono una grande capacità di lavoro, caratterizzata da un diametro massimo di oscillazione di 1.050 mm e da un’altezza di lavoro disponibile, asse Y, fino a 1.050 mm. La corsa degli assi è di 1.000 mm lungo X e 900 mm lungo Z. La dimensione del pallet è di 630 mm. La tavola rotante attorno all’asse B offre 12 giri/min e la disponibilità di coppia elevata, come elevata è l’accelerazione. La velocità di corsa rapida è di 32 m/min, con accelerazione/decelerazione pari a 0,5 g, e la velocità di avanzamento di taglio è di 12 m/min. Costruita per lavorazioni di alta precisione, la macchina prevede componenti progettati per ottenere la massima rigidità. Le guide di scorrimento assi, con protezione telescopica, sono temprate, rettificate e raschiate a mano. La precisione e la ripetibilità di posizionamento sono pari a 0,001 mm. Il mandrino, costruito dalla stessa Mitsui Seiki, compensa in automatico i cambiamenti termici e non richiede un periodo di “riscaldamento”. Sono previste diverse opzioni sia per il mandrino di coppia che per i giri al minuto, al fine di soddisfare le esigenze degli utenti. Nel complesso, la robustezza, rigidità e precisione del centro HPX-63 lo rendono ideale per la lavorazione di titanio, Inconel, acciai per utensili, acciai inossidabili e alluminio per i settori aerospaziale, dell’energia, dei compressori, degli stampi e matrici, delle attrezzature e utensileria, della prototipazione automobilistica e delle lavorazioni di precisione in genere.
Nell’esecuzione del test sono stati impiegati quattro diversi utensili per fresare di Kennametal Inc.
CONNESSI AL MANDRINO
Un sistema di connessione al mandrino che permetta il miglior utilizzo della potenza disponibile in macchina è una scelta prioritaria per ottenere un sistema di produzione con performance superiori. La maggior parte degli utensili presenti sul mercato sono equipaggiati con mandrini che hanno una forza di serraggio relativamente bassa. La rigidità della connessione è limitata perché le interferenze radiali devono essere mantenute al minimo. Le tolleranze richieste per ottenere un contatto superficiale costante sono quindi molto strette, fattore che induce a elevati costi di produzione. Il sistema di connessione utensili KM4X™ di Kennametal rappresenta una nuova generazione della gamma KM. Alcune delle soluzioni sul mercato possono trasmettere una considerevole coppia, ma le forze di taglio in gioco generano momenti flettenti che superano i limiti dell’interfaccia prima che vengano raggiunti quelli di coppia. Utilizzando un contatto a tre superfici, al fine di una maggiore stabilità e di una distribuzione ottimizzata della forza di serraggio e dell’aggiustaggio di interferenza, lo sviluppo e l’ingegneria adottata dal sistema KM4X™ si traducono nel triplo della capacità di resistenza al momento flettente rispetto alle altre soluzioni disponibili.
Nel test di asportazione eseguito, il centro HPX63 è stato equipaggiato con un mandrino a elevata coppia, 1.081 Nm, e con una potenza massima di 26/22 kW. La connessione al mandrino KM4X100 ha generato una forza di serraggio di 85 kNm, più del doppio di un HSK100 e il triplo di un BT50, rispettivamente di 40 e 25 kNm.
UTENSILI DA TAGLIO
I quattro diversi utensili da taglio impiegati nel test sono stati: una fresa frontale di diametro 203,2 mm, con sette inserti quadrati indexabili; una fresa frontale dello stesso diametro, con sette inserti circolari; un utensile elicoidale di diametro 76,21 mm, lungo 228,6 mm, HARVI Ultra™, con cinque file elicoidali di undici inserti ciascuna; una fresa a base piana indexabile, FBI, di diametro 125 mm, con sei inserti indexabili. Grazie alla potenza della macchina utensile e del mandrino e alla forza di serraggio superiore della connessione al mandrino, i risultati dei test di asportazione sono stati fenomenali su tutta la linea. Per la fresa frontale con inserti quadrati, la velocità di asportazione del materiale ha raggiunto gli 88,74 cm3/min, con velocità del mandrino di 64 giri/min, profondità di passata di 12 mm e larghezza di taglio di 45 mm, a un avanzamento di 164,3 mm/min.
Ad una velocità del mandrino di 73 giri/min, una larghezza di taglio di 177,8 mm, una profondità di passata di 3 mm e un avanzamento di 88,9 mm/min, la fresa frontale con inserti circolari ha raggiunto una velocità di asportazione del materiale di 47,42 cm3/min. L’utensile elicoidale HARVI Ultra™, tagliando simultaneamente nelle direzioni X e Y, ha raggiunto una velocità di asportazione del materiale di 309 cm3/min, con una velocità del mandrino di 171 giri/min, avanzamento di 101,6 mm/min, profondità di passata di 40 mm e larghezza di taglio di 76,21 mm. La fresa FBI ha eseguito un foro a base piana nel pezzo di titanio con una velocità del mandrino di 102 giri/min, avanzamento di 10,2 mm/min e diametro del foro di 125 mm, alla velocità di asportazione del materiale di 125,2 cm3/min. Dopo il primo foro, il pezzo è stato ruotato di 45° dal mandrino ed è stato eseguito un foro angolato passando attraverso il bordo del foro precedente. Nonostante tagli pesantemente interrotti, sia la macchina utensile che il mandrino hanno fornito buone prestazioni.
PRESTAZIONI AL MASSIMO
Rispetto alle macchine utensili tradizionali o general purpose, il centro HPX63 è stato capace di raggiungere delle velocità di asportazione di metallo in lavorazioni di leghe di titanio di 1,5 volte o del doppio. La connessione al mandrino KM4X™ ha consentito una forza di serraggio e un aggiustamento dell’interferenza utili a garantire al cliente l’utilizzo dei livelli di giri/minuto e coppia più alti che la macchina utensile e il mandrino potevano assicurare. Tutto ciò ha determinato un maggior potenziale di produttività dalla macchina utensile ed elevate prestazioni di taglio dall’utensile. Inoltre, la connessione al mandrino KM4X100 ha permesso di raggiungere i livelli di prestazioni di un HSK125, rendendo tuttavia non necessari il mandrino più lungo, il braccio di cambio utensili più grosso, il magazzino utensili più grande e tutti i relativi “ingrandimenti” richiesti da una macchina più ingombrante.
Dimensionando una corretta macchina utensile con gli utensili giusti e la connessione corretta, è dunque possibile ottenere un super sistema per il taglio di titanio e altre leghe difficili da lavorare. La connessione può rimanere stabile fino al massimo delle prestazioni della macchina utensile, permettendo di ottenere il massimo dal tagliente. Fresatura, foratura e anche tornitura possono dunque diventare più produttive.
Il sistema di connessione utensili KM4X™ di Kennametal rappresenta una nuova generazione della gamma KM.
