Al servizio della tranciatura

Lavorazione di un particolare in metallo duro della qualità Ceratizit CF-H40S+ mediante utensili in metallo duro diamantato della Zecha.
Lavorazione di un particolare in metallo duro della qualità Ceratizit CF-H40S+ mediante utensili in metallo duro diamantato della Zecha.

Abbiamo di recente partecipato a un seminario, organizzato da Rives S.r.l. presso la sede di Ceratizit Italia S.p.A., sul processo di stampaggio per tranciatura, in cui si sono sviluppati diversi aspetti tecnologici di nuova concezione. In particolare, è stato approfondito il tema della lavorazione degli stampi in carburo di tungsteno, cioè in metallo duro, mediante fresatura, operazione ritenuta non possibile sino a poco tempo fa. Per tale motivo la giornata di studio, organizzata grazie ai contributi di aziende di primaria importanza quali Ceratizit, Zecha, Agathon e Makino, ha suscitato grande entusiasmo e interesse da parte di tutti gli invitati invitati.

Soluzioni nuove per matrici e punzoni
La divisione “Hard Material Solutions by Ceratizit” ha introdotto sul mercato le nuove qualità CF+, specificamente sviluppate per la costruzione di utensili, ambito in cui la resistenza alla corrosione risulta decisiva.

Il centro di lavoro per microlavorazioni di precisione iQ300 della Makino permette di lavorare il metallo duro con precisione fino a ±1 micron
Il centro di lavoro per microlavorazioni di precisione iQ300 della Makino permette di lavorare il metallo duro con precisione fino a ±1 micron

Renato Bertinotti, direttore vendite di Ceratizit Italia S.p.A., in particolare, ha illustrato le caratteristiche delle novità CF-H25S+ e CF-H40S+, prodotti che completano la già esistente linea CF che comprende numerose qualità di metallo duro per la lavorazione di utensili per la lavorazione della lamiera, che si tratti di stampaggio, piegatura o punzonatura.

Ceratizit, gruppo lussemburghese che si occupa di metallo duro a livello globale da oltre 90 anni, ha sviluppato le qualità CF+ al massimo livello tecnologico, elevandone le prestazioni, l’affidabilità e la resistenza alla corrosione. Più precisamente, si tratta di materiali sviluppati per la costruzione matrici e punzoni al fine di garantire: maggiore stabilità dei taglienti a parità di durezza, grazie agli aumentati valori KIC (fattore critico di intensità della tensione); grande affidabilità e stabilità del processo di produzione anche sulle “lunghe distanze”, in virtù della maggiore resistenza alla rottura per flessione alla e maggiore resistenza alla trazione; ridotta tendenza alla corrosione e inferiore velocità di corrosione. Nel dettaglio: CF-H25S+ offre una resistenza alla rottura per flessione pari a 3.000 MPa, mentre CF-H40S+ pari a 3.200 MPa; la resistenza alla rottura della qualità CF-H25S è di 10,2 MPa*m1/2, mentre quella della qualità CF-H40S+ è pari a 12,5 MPa*m1/2.

Punzone in metallo duro (13 x 13 x 20 mm) realizzato in fresatura sul centro di lavoro iQ300 in un tempo ciclo di circa 8 h e 30’ (cortesia Makino).
Punzone in metallo duro (13 x 13 x 20 mm) realizzato in fresatura sul centro di lavoro iQ300 in un tempo ciclo di circa 8 h e 30’ (cortesia Makino).

Utensili di nuova concezione
Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH è impresa tedesca che dal 1964 sviluppa e produce microutensili in metallo duro per settore medicale e quello degli stampi di tranciatura. Durante l’intervento di Arndt Fielen, Responsabile Vendite dell’azienda, sono stati sviluppati alcuni temi riguardanti la produzione di componenti in metallo duro, fino ad oggi realizzabili sono mediante operazioni di rettifica, EDM e lucidatura. Eppure, tutte queste tre tecnologie presentano alcuni svantaggi: la rettifica, per esempio, non permette elevate asportazioni di materiale né assicura la fattibilità di tutte le geometrie; l’EDM è un processo lungo e ha alcuni problemi operativi (“zone bianche”, basso volume di taglio, rilavorazione necessaria); la lucidatura è un’operazione che dipende dall’esperienza dell’operatore e può sporcare la superficie, il che significa che occorre un successivo lavaggio.

Confronto al microscopio tra superficie di componente in metallo duro lavorata in EDM e in fresatura (cortesia Zecha).
Confronto al microscopio tra superficie di componente in metallo duro lavorata in EDM e in fresatura (cortesia Zecha).

Da poco tempo, tuttavia, si sta affacciando sul mercato una nuova possibilità, la fresatura, scartata fino ad oggi soprattutto per la difficoltà di reperire utensili abbastanza duri e nel contempo durevoli, affidabili, non eccessivamente costosi. Oggi ciò è possibile, in particolare grazie a utensili di nuova concezione. Nel dettaglio, Arndt Fielen, ha presentato le nuove frese Zecha in metallo duro diamantate della famiglia MARLIN-Line: le frese semisferiche (serie 900) con diametri compresi tra 0,2 e 6 mm, le punte elicoidali (serie 970) con diametri compresi tra 0,5 e 3,5 mm; e le micromole con gambo (serie 9910) con diametri tra 2 e 6 mm.

Con utensili di questo tipo è possibile oggi lavorare il metallo duro e realizzare matrici e punzoni per la tranciatura della lamiera, a patto però che anche tutti gli altri fattori siano scelti con cura e in maniera opportuna: innanzitutto, è fondamentale che la qualità da lavorare sia ottima, cioè il materiale sia omogeneo e di bassa porosità; inoltre occorre che venga utilizzata una macchina utensile precisa e rigida, possibilmente con la fase di rettifica integrata, avente mandrino ad alti giri, con alta precisione ed elevata stabilità termica, CAM adeguato e specifico, operatori qualificati, ecc. Secondo Arndt Fielen, i vantaggi nel lavorare il metallo duro mediante fresatura possono essere diversi, soprattutto per l’ampia varietà di forme ottenibili, anche complesse, i tempi di lavorazione brevi, la possibilità di ottenere superfici di grande qualità (con Ra compresa tra 0,02 e 0,1 micron) e profili di alta precisione (entro 5 micron), l’elevata ripetibilità, ecc. Durante il convegno, sono stati presentati alcuni esempi di lavorazione, per esempio l’esecuzione di un utensile in metallo duro di qualità Ceratizit CF-H40S realizzato mediante 8 sequenze di lavorazioni (dalla prima sgrossatura alla finitura finale) con un tempo ciclo pari a 58 minuti.

Arndt Fielen ha concluso guardando al futuro, in cui probabilmente la fresatura del metallo duro sarà ancora più raffinata e conveniente; non sostituirà le lavorazioni di rettifica, EDM e lucidatura, ma ne costituirà una fase complementare. Sarà quindi possibile ampliare le possibilità produttive, ridurre i tempi di produzione, aumentare la durata e migliorare la qualità degli stampi di tranciatura.

Valori di rugosità Ra ed Rz (“misura di irregolarità massima mediata su 5 picchi e 5 valli”) su un particolare in metallo ottenuto per fresatura.
Valori di rugosità Ra ed Rz (“misura di irregolarità massima mediata su 5 picchi e 5 valli”) su un particolare in metallo ottenuto per fresatura.

L’esperienza nella fresatura
Dopo l’analisi sui materiali e quella sugli utensili, il focus è stato incentrato sui macchinari. A tal fine è intervenuto Makino, noto costruttore d’importanza mondiale di centri di lavoro orizzontali e verticali e di macchine per elettroerosione a tuffo e a filo, che ha partecipato al seminario presentando alcune tecnologie per ottimizzare la lavorazione del metallo duro, in particolare per la realizzazione di stampi per tranciatura di piccola dimensione. Nel dettaglio, Matthias Wilke di Makino GmbH ha incentrato il suo intervento su iQ300, centro di lavoro per microlavorazioni di precisione, con area di lavoro pari a (400 × 350 × 200) mm, che “ingloba” i più recenti progressi tecnologici della casa giapponese soprattutto in termini di mandrino, controllo termico e di precisioni.

La macchina garantisce precisione ed efficienza nella lavorazione di particolari complessi, come detto, anche in metallo duro, con precisioni dell’ordine del micron, risultato difficilmente raggiungibile con macchine utensili di tipo “standard”.

Costi complessivi produzione stampo (cortesia Agathon).
Costi complessivi produzione stampo (cortesia Agathon).

Gli assi presentano guide lineari ultraprecise e motori ad azionamento lineare, il che assicura movimenti rapidissimi e fluidi. iQ300 è inoltre dotata di un sistema di righe ottiche con precisione pari a 0,005 µm, e assicura incrementi di soli 0,1 µm in modo da realizzare superfici di finiture eccezionali. Uno degli elementi di maggiore innovazione è il mandrino della macchina, il quale assicura una velocità di rotazione massima pari a 45.000 giri/min con attacco utensile HSK-E3: l’efficienza del raffreddamento del motore e dei cuscinetti mandrino è talmente evoluta che minimizza la deviazione termica nell’utilizzo ad alta velocità, il che consente di esaltare le performance dei microutensili, e di allungarne la vita. La stabilità termica, indispensabile nella lavorazione del metallo duro, è garantita dalla costruzione in ghisa della struttura, dal già citato sistema di raffreddamento del mandrino e del meccanismo di azionamento del motore lineare, oltre ad altri dispositivi opzionali i controllo e stabilizzazione della temperatura.

Il centro di lavoro della Makino, inoltre, misura in maniera automatica la lunghezza dell’utensile per correggere in tempo reale la posizione della punta dell’utensile attraverso la posizione del naso mandrino, il che riduce le “differenze di livello” tra le zone lavorate aumentando ulteriormente la qualità della finitura superficiale. iQ300 rappresenta dunque una soluzione competitiva, tant’è che sempre più utilizzatori stanno valutando di passare alla fresatura per la lavorazione del carburo di tungesteno.

In merito agli utensili, Matthias Wilke ha spiegato che il CBN (nitruro cubico di boro) non è consigliabile; sono invece necessari utensili diamantati rivestiti per deposizione (in genere tuttavia di basso costo ma non particolarmente precisi); o mediante CVD; cioè deposizione chimica da vapore (di buona precisione, alte prestazioni e prezzo medio) o, nei casi più ostici, da utensili in PCD, cioè in diamante policristallino (di altissima precisione, per eccellenti finiture, ma di alto costo).

Selezione del tipo di guida (cortesia Agathon).
Selezione del tipo di guida (cortesia Agathon).

L’importanza della “guida” giusta
Claudio Cappellano, Area Sales Manager Svizzera e Italia di Agathon, storica impresa elvetica con quasi cent’anni di storia, attiva nello sviluppo di rettificatrici e normalizzati per stampi, ha introdotto il tema “elementi di guida sono solo un fattore di costo oppure un contributo all‘aumento dell‘efficienza dello stampo?”

Tale argomento è stato sviluppato per dimostrare che la precisione, oggi, è un investimento che ritorna. Cappellano ha spiegato che la prestazione di uno stampo di tranciatura può essere aumentata grazie alla corretta scelta degli elementi di guida e al loro corretto impiego, ed è entrato nel dettaglio proponendo diversi esempi. In particolare, ha illustrato come gli elementi di guida Agathon si distinguono per l’alta resistenza all’usura e la grande precisione, dunque possono essere impiegati in qualsiasi applicazione. Ciò deriva dall’altissima qualità del materiale (100Cr6) con cui sono costituiti e della loro superficie (N2). Inoltre, le strettissime tolleranze permettono una precisione riproducibile e costituiscono una condizione importante per ottenere una precarica (di sfere e rulli) e uno scorrimento (anche su guide lisce) ottimale.

Elementi di guida secondo norma ISO/ DIN/Agathon.
Elementi di guida secondo norma ISO/DIN/Agathon.

Un altro fattore importante è quello dell’intercambiabilità: i diametri di montaggio di tutte le bussole Agathon hanno una tolleranza di js4, il che le rende idonea per fori di alloggiamento con sede JS4/H5. Inoltre, tutti gli elementi vengono contrassegnati, il che consente una chiara identificazione facilitandone la sostituzione, mentre la fase d‘imbocco f8 (colonna e bussola), facilita la centratura e il montaggio degli elementi

Cappellano, dopo una serie di esempi pratici di utilizzo delle colonne e delle bussole Agathon, che sono conformi alle norme ISO/DIN per forma e dimensioni nominali, ha proposto diagrammi e grafici per aiutare il cliente nella scelta della guida giusta, in particolare nell’ambito della tranciatura, imbutitura e coniatura.

Alcune fasi del “Seminario Tranciatura” organizzato da Rives S.r.l. presso gli stabilimenti Ceratizit di Alserio (CO).
Alcune fasi del “Seminario Tranciatura” organizzato da Rives S.r.l. presso gli stabilimenti Ceratizit di Alserio (CO).

In tale scelta, i fattori da tenere in considerazione sono la precisione del prodotto finale, la dimensione del lotto, i costi di produzione tenendo conto di parametri quali il tipo di nastro da tranciare, i numeri di colpi al minuto, la manutenzione, ecc. Scelte accurate degli elementi di guida possono essere tradotti in benefici concreti in termini di resistenza e longevità del sistema produttivo, montaggio rapido e facilitato, intercambiabilità.

Rives S.rl. (Cinisello Balsamo, MI) è impresa che dal 1983 distribuisce elementi normalizzati per stampi (per lamiera, plastica e pressofusione), metalli duri e acciai speciali di alcune tra le più importanti case fabbricanti mondiali. L’azienda distribuisce prodotti di fascia alta su tutto il territorio nazionale; dispone di un magazzino ben rifornito di prodotti a catalogo, ed è anche in grado di eseguire qualsiasi particolare a disegno, sia in acciaio sia in metallo duro, con tempi di consegna molto rapidi.

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