HAIMER : asportazione pesante, con sicurezza

Asportazione pesante di titanio: Senza la sicurezza Safe-LockTM-l’utensile fuoriusciva dal mandrino standard e si spezzava in ap = 2 x D.Con i mandrini HAIMER Safe-LockTM della Serie Power o Heavy Duty si poteva fresare con un processo più sicuro cave intere con ap = 2 x D. Foto: Heller / Haimer
Asportazione pesante di titanio: Senza la sicurezza Safe-LockTM-l’utensile fuoriusciva dal mandrino standard e si spezzava in ap = 2 x D.Con i mandrini HAIMER Safe-LockTM della Serie Power o Heavy Duty si poteva fresare con un processo più sicuro cave intere con ap = 2 x D. Foto: Heller / Haimer

Studi di applicazione realizzati da produttori di macchine hanno dimostrato chiaramente l’effetto del sistema Safe-Lock™ di Haimer. In particolare nel settore aerospaziale, in quello energetico e in quello ingegneristico, i responsabili della produzione nell’asportazione di materiali difficilmente lavorabili si trovano davanti ad un dilemma tra redditività ed elevata sicurezza del processo. Fortunatamente la tecnologia di asportazione si sviluppa in seguito alle crescenti sfide.

L’azienda Heller ha contribuito a favorire questo genere di innovazioni. L’azienda di Nürtingen è nota per i suoi centri di lavoro a 4 e a 5 assi, per i suoi centri di fresatura e per le macchine per la lavorazione di alberi a camme e di manovelle oltre a sistemi di produzione flessibili.

I clienti ne stimano l’ampia disponibilità e le particolari competenze inerenti al processo derivante soprattutto dalla propria produzione e in continuo miglioramento in seguito alla collaborazione con clienti, fornitori ed Istituti di Ricerca.

Werner Kirsten, Responsabile dello sviluppo delle tecnologie in Heller: „Trovo che il sistema HAIMER Safe-LockTM rappresenti un’integrazione della tecnologia di calettamento sicura per il processo, facile da utilizzare, che utilizziamo volentieri, specialmente in combinazione con utensili standardizzati di altri produttori.“
Werner Kirsten, Responsabile dello sviluppo delle tecnologie in Heller: “Trovo che il sistema HAIMER Safe-LockTM rappresenti un’integrazione della tecnologia di calettamento sicura per il processo, facile da utilizzare, che utilizziamo volentieri, specialmente in combinazione con utensili standardizzati di altri produttori.”

Nella sgrossatura è presente ancora un ampio potenziale
Werner Kirsten, responsabile della Heller del Settore Sviluppo tecnologico relativo a «materiali difficilmente asportabili», spiega: «l’ottimizzazione dei processi di asportazione in cooperazione con i nostri clienti e fornitori fa parte dei servizi da noi offerti». Nel nostro centro tecnologico sono disponibili le macchine idonee alle relative dimostrazioni pratiche. «Nella maggior parte dei casi si tratta di incrementare la produttività – senza svantaggi per la sicurezza del processo.» Spesso raggiungiamo quest´obiettivo grazie ad una lavorazione di sgrossatura ottimizzata, ciò comporta una finitura ridotta», dichiara il tecnico Kirsten.

«Pur attenendosi ai parametri prescritti, riducendo i tempi di finitura si dimezzano i tempi totali della lavorazione. Questo avviene se alla base vi sono sistemi stabili ed un processo sicuro».

In tali termini, per poter migliorare la produttività, va considerata l’intera catena di processo. Anche se la macchina utensile rappresenta il componente più evidente nell’asportazione dei metalli, gli utensili, il serraggio dell’utensile, il liquido refrigerante ed altri elementi contribuiscono in modo decisivo ad una lavorazione soddisfacente.

«In fondo è l’anello più debole della catena produttiva che ne limita la riuscita», ribadisce Werner Kirsten. Secondo la sua opinione molti asportatori prestano fin poca attenzione a ciò, nonostante questo rivesta un ruolo di notevole importanza nell’asportazione d´alta prestazione.» Ciò è stato dimostrato da numerosi test realizzati negli ultimi anni» racconta Werner Kirsten.

«Abbiamo notato che il mandrino può influenzare enormemente il processo. In mandrini per calettamento rinforzati- a causa della massa più elevata-il punto di maggiore vibrazione è più vicino alla posizione del naso mandrino. In questo modo possiamo ottenere un processo più stabile con meno vibrazioni ed una migliore qualità della superficie, pur utilizzando lo stesso utensile, la stessa macchina e gli stessi parametri di processo e la stessa modalità di serraggio.

Accanto al mandrino per calettamento con un profilo standard, un mandrino Haimer Heavy Duty (al centro) e un Haimer Power (a destra). Entrambi sono equipaggiati con un sistema di sicurezza antisfilamento Safe-LockTM.
Accanto al mandrino per calettamento con un profilo standard, un mandrino Haimer Heavy Duty (al centro) e un Haimer Power (a destra). Entrambi sono equipaggiati con un sistema di sicurezza antisfilamento Safe-LockTM.

Serraggio dell’utensile – un fattore decisivo per la produttività
Con la scelta del mandrino giusto si possono ottenere buoni risultati in termini di produttività e di precisione della superficie. Werner Kirsten racconta di test di confronto con un semplice utensile a quattro taglienti senza raffreddamento interno. Anziché utilizzare un mandrino per calettamento standard, ha scelto un mandrino per calettamento HAIMER Power Shrink Chuck con il sistema Cool-Flash, che fa in modo che il refrigerante arrivi fino al tagliente dell’utensile. «In confronto ad un normale mandrino per calettamento con adduzione del liquido refrigerante, siamo riusciti ad ottenere decisamente migliori parametri di processo ».

È stato fatto uno studio sostenibile sull’applicazione da parte dei reponsabili del settore aerospaziale insieme ai rappresentanti dell’ISF dell’università tecnica di Dortmund e dell’Istituto IPMT dell’Università tecnica di Amburgo presso la Heller, per fare test di fresatura con il materiale Ti-6Al-4V.

Nel sistema Haimer Safe-LockTMnel codolo degli utensili vengono apportate delle scanalature elicoidali
Nel sistema Haimer Safe- ockTM nel codolo degli utensili vengono apportate delle scanalature elicoidali. Insieme a trascinatori nei mandrini impediscono la fuoriuscita dell’utensili dai mandrini in lavorazioni impegnative.

Trarre nuove conoscenze da casi limite.
Il centro di lavorazione consisteva in una macchina Heller H 5000 a quattro assi con unità ad ingranaggi e naso mandrino HSK-A100 che comporta un momento torcente fino a 2.290 Nm. Per mostrare il potenziale di asportazione truciolo, sono state fresate delle scanalature su una barra grezza in titanio con delle punte a 4 taglienti dal diametro D = 25 mm. Gli utensili sono stati serrati all’interno di mandrini per calettamento rinforzati, come si è soliti fare nel settore dell’aeronautica e dell’astronautica. Con una profondità di taglio assiale ap di 0,5 fino 1 X D l´asportazione truciolo è avvenuta in maniera affidabile ed efficiente. Poiché il naso mandrino è stato poco sollecitato, i partecipanti al test hanno deciso di azzardare una profondità di taglio ap = 2 X D per realizzare le scanalature. Werner Kirsten afferma: «Con una simile pretesa, in fase di lavorazione l´utensile si è allentato dal mandrino e ha generato una scanalatura con una profondità di 2,5 x D, che corrisponde a una profondità di 62,5 mm. L´utensile si è poi rotto come conseguenza dell’elevato sovraccarico».

Gli specialisti delle frese erano concordi sul fatto che la forza di serraggio del mandrino abbia limitato l´intero processo. Non appena si applica una forza assiale che comporta delle oscillazioni dovute al processo stesso di lavorazione, l´utensile si sposta dal mandrino in direzione del pezzo da lavorare. La pressione di taglio diventa sempre più elevata e questo comporta la rottura dell’utensile oltre che un danno irreversibile al pezzo che viene lavorato.

Si è discusso a lungo in merito alle cause di ciò e alle possibili contromisure finché Werner Kirsten ha constatato che, nel momento in cui si va oltre la forza di serraggio del mandrino, l’utensile è necessariamente indotto a spostarsi in direzione del naso mandrino. Così alla fine ha scoperto il sistema Safe-Lock brevettato dalla HAIMER che definisce, oltre a una chiusura di forza, anche un sistema di sicurezza contro lo sfilamento della frese, dotata della medesima filettatura del portautensile. Qualora il Safe-Lock dell’utensile si allentasse l’utensile entrerebbe ancora di più nel mandrino a causa del trascinatore a forma di filettatura. Questo stesso movimento si eviterebbe inserendo la vite di regolazione della lunghezza.

Il mandrino per calettamento HAIMER Power ShrinkChuckcon vibrazioni ridotte c‘è anche con il Cool-Flash. Gli utensili senza il passaggio interno per il liquido refrigerante approfittano del fatto che il liquido refrigerante raggiunge il tagliente dell’utensile. Ne derivanomiglioriprocessi di asportazionemetalli.
Il mandrino per calettamento HAIMER Power ShrinkChuck con vibrazioni ridotte c‘è anche con il Cool-Flash.
Gli utensili senza il passaggio interno per il liquido refrigerante approfittano del fatto che il liquido refrigerante raggiunga il tagliente dell’utensile. Ne derivano migliori processi di asportazione metalli.

Ostacolare lo sfilamento dell’utensile
Werner Kirsten prese contatti con HAIMER, leader sul mercato europeo nella tecnologia di serraggio, al fine di testare il sistema del Safe-Lock: «Volevamo sapere se le nostre congetture in merito e se il cambiamento di forma del sistema HAIMER avesse qualche riscontro effettivo nella pratica». Il responsabile dello sviluppo tecnologico della Heller ha ripetuto il test descritto sopra modificando un paio di condizioni. Su utensili identici è stato così aggiunta in un secondo momento la scanalatura Safe-Lock HAIMER. Inoltre i responsabili dell’esecuzione del test hanno ridotto l´interfaccia portandola da HSK-100 a HSK 63 e hanno utilizzato una fresatrice BAZ a 5 assi con elettromandrino demoltiplicato. Al fine di complicare ulteriormente le condizioni di lavorazione, il pezzo da lavorare è stato serrato all’interno dello spazio di lavorazione in maniera obliqua.

Il risultato: anche in condizioni gravose l´utensile è riuscito a reggere lo sforzo, la scanalatura 2 X D = 50 mm è stata ottenuta in maniera affidabile ed efficiente. Werner Kirsten commenta: «Siamo così riusciti a dimostrare in maniera indiretta che il sistema Safe-Lock funziona e con l´interfaccia HSK-A100 la tecnologia di calettamento ha ancora grandi potenzialità, soprattuto in centri di lavorazione a 5 anni con elettromandrino demoltiplicato». Questo esempio di lavorazione è stato condotto diverse volte nel periodo successivo in Ti-6Al-4V e anche in occasione dell’airshow in Farnborough durante il quale è stato dimostrato che il parametro limite fino ad allora valido di 1 X D = 25 per asportare il titanio nell´esecuzione delle scanalature, poteva essere raddoppiato grazie al Safe-Lock.

Kirsten conclude affermando che: «Per le lavorazioni di sgrossatura questo è un sistema di sicurezza affidabile. Perciò ritengo che il sistema Safe-Lock della HAIMER costituisca una soluzione maneggevole nonché efficace ed efficiente per completare la tecnologia di calettamento, alla quale ricorriamo spesso e volentieri, soprattutto se insieme agli utensili standardizzati di altri produttori.»

Diversi produttori di utensili offrono articoli con Safe-Lock
Poiché la HAIMER ha riconosciuto da subito il grande potenziale del sistema Safe-Lock, l’azienda ha concesso a dei produttori innovativi di utensili delle licenze per il sistema antisfilamento brevettato HAIMER. L’iniziativa ha avuto enorme successo tanto che tra i licenziatari rientrano alcuni tra i leader nella produzione di utensili come Walter, Widia, Sandvik Coromant, Seco Tools, Sumitomo, Kennametal, Helical, Emuge Franken, Data Flute, Niagara, OSG, SGS Tools e da poco anche Mapal.

Nel frattemppo oltre a Walter, Widia, SandvikCoromant, Seco Tools, Sumitomo, Kennametal, Helical, Emuge Franken, Data Flute, Niagara, OSG, SGS Tools anche Mapald è tra i produttori principali di utensili che sono licenziatari del sistema HAIMER Safe-LockTM. Questi produttori offrono i loro utensili in metallo duro anche nella versione con il codolo Safe-LockTM.
Nel frattemppo oltre a Walter, Widia, SandvikCoromant, Seco Tools, Sumitomo, Kennametal, Helical, Emuge Franken, Data Flute, Niagara, OSG, SGS Tools anche Mapald è tra i produttori principali di utensili che sono
licenziatari del sistema HAIMER Safe-LockTM. Questi produttori offrono i loro utensili in metallo duro anche nella versione con il codolo Safe-LockTM.

Grazie alla sua crescente e continua diffusione, il sistema Safe-Lock funge in certo qual modo come nuovo Standard «de-facto» nell’ambito della sgrosstura e dell’asportazione pesante. Anche per le nuove strategie di fresatura come quella trocoidale, il Safe-Lock si sostituisce all’ormai obsoleto sistema di serraggio Weldon. Andreas Haimer, presidente della società HAIMER, dichiara: «Con il nostro sistema Safe-Lock abbiamo trovato una soluzione che unisce una elevata precisione di concentricità con una sicurezza al 100% contro lo sfilamento e che nel frattempo si è affermata con successo come standard per il settore aerospace, soprattutto nella sgrossatura e nell’asportazione pesante. Intanto sono sempre di più gli utilizzatori della fresatura trocoidale che passano ragionevolmente al sistema Safe-Lock».

Nella moderna fresatura trocoidale, dove grazie al supporto di appositi software si può aumentare in maniera significativa la velocità di taglio e la profondità di lavorazione, la produttività è chiaramente aumentata. Tuttavia, a causa dell’incremento del tasso di asportazione del truciolo, aumenta anche il pericolo di sfilamento dell’utensile, che finora si era riscontrato con i gambi e mandrini Weldon. Un mandrino a calettamento con Safe-Lock offre la medesima sicurezza di uno Weldon e ha inoltre il vantaggio di un serraggio ad alta precisione. Tutto ciò è tangibile nella fresatura trocoidale, dove viene asportato un truciolo di piccole dimensioni. Le buone qualità di bilanciatura e concentricità del serraggio a calettamento insieme alla sicurezza del sistema Safe-Lock garantiscono, oltre a un´ottimale durata dell’utensile, anche elevati volumi di asportazione del truciolo.

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