Kennametal: connessione mandrino KM4XTM per Fives Cincinnati

KENNAMETAL 2Il costruttore di macchine Fives Cincinnati ha trovato nella connessione mandrino KM4XTM di Kennametal la chiave per raggiungere nuovi livelli di asportazione del metallo su “super-profilatori” all´avanguardia nell´industria.

Il profilatore Fives Cincinnati XT con cinque mandrini per la fresatura del titanio
Che cosa significa la superiorità della produzione per i costruttori di aeromobili? In una parola: miliardi. Nella terra dei giganti, l’americana Boeing batte il rivale europeo Airbus nella quantità netta di nuovi ordini e consegne nel primo trimestre del 2015.

Nonostante il primo trimestre sia tradizionalmente lento per i nuovi ordini, le consegne di questa parte dell’anno generano la quota maggiore del fatturato e Boeing ha fornito un numero record di jet nel periodo. Per i costruttori di aeromobili di ogni dimensione e tipo, e per la loro intera supply chain di fornitori di componenti e parti che utilizzano materiali di difficile lavorazione, i ritardi di produzione possono significare cancellazioni degli ordini e le cancellazioni possono significare il passaggio a costruttori meglio equipaggiati.

Un fornitore di tecnologia che conosce questa regola meglio di molti altri è Fives Cincinnati, il cui stabilimento di Hebron, KY, produce centri di lavoro Cincinnati, sistemi di piazzamento fibre in materiali compositi e profilatori multimandrino Cincinnati. Con oltre 650 profilatori sul campo in tutto il mondo, secondo l’azienda non esiste aeromobile commerciale in volo che non sia stato toccato da un profilatore Cincinnati.

KENNAMETAL 1Disponibile nelle configurazioni a portale a tre e a cinque mandrini, l’ultima generazione di questi potenti giganti, il profilatore Cincinnati XTi, è impressionante da molti punti di vista. Progettati per i costruttori che lavorano più materiali, i mandrini da 7000 giri/min possono tagliare alluminio e acciaio e sono disponibili anche mandrini a coppia elevata (2523 Nm) per la lavorazione del titanio e di altre leghe dure. Definendolo “l´unica piattaforma multimandrino disponibile per la sgrossatura del titanio”, la documentazione dell´azienda afferma che l´XT stabilisce un record di MRR (tasso di asportazione metallica) per la lavorazione del titanio con oltre 100 pollici cubi (1640 centimetri cubi) al minuto. Queste macchine enormi, con 4267 mm di corsa sull’asse X (espandibile con incrementi di 3658 mm), 3683 mm sull’asse Y e 711 mm sull’asse Z, stabiliscono ora nuovi record con la connessione mandrino opzionale KM4X100 di Kennametal Inc.

Dall’anello più debole alla caratteristica più robusta
Sia che si tratti della profilatura su grandi macchine a portale o della fresatura su centri di lavoro più piccoli, la lavorazione di materiali tenaci come il titanio è una sfida costante. Per la lavorazione di leghe dure, con l´aggiunta della pressione verso il miglioramento delle efficienze di produzione, è necessario rendere massima l’asportazione del metallo nonostante le basse velocità di taglio e le significative forze di taglio. I costruttori di macchine utensili come Fives hanno risposto con centri di fresatura e profilatura specializzati, caratterizzati da maggiori rigidità e smorzamento sui mandrini e strutture dimensionabili delle macchine, il tutto per minimizzare le vibrazioni indesiderate che deteriorano la qualità delle parti, la resa e la vita degli utensili. Nonostante questi progressi abbiano contribuito a una maggiore produttività, storicamente il punto più debole è sempre stata la connessione mandrino.

Il collegamento utensile-mandrino, la “stretta di mano” fra la macchina utensile e l´utensile da taglio, determina la quantità di materiale che la macchina può asportare in una data operazione. Ciò perché questa interfaccia deve sopportare carichi elevati pur mantenendo la sua rigidità finché la flessione dell’utensile diventa troppo alta o viene raggiunto l´inizio delle vibrazioni. I mandrini possono essere in grado di trasmettere una quantità notevole di coppia, ma le forze di taglio generano anche momenti flettenti che supereranno i limiti dell’interfaccia prima che vengano raggiunti i limiti di coppia. Questo diventa evidente nelle applicazioni di fresatura a candela, dove le sporgenze dell’utensile sono tipicamente maggiori – il fattore limitante è la capacità di flessione dell’interfaccia mandrino. Per esempio, un utensile elicoidale indexabile con sporgenza di 250mm (9.84 in.) dalla superficie del mandrino e un diametro di 80mm (3.15 in.) genera un momento flettente di 4620 Nm (3407.5 ft. lbs.) e meno di 900 Nm (663.8 ft. lbs.) di coppia durante l’asportazione di 360 cm3/min di Ti6Al4V con un RDOC di 12.7mm e un ADOC di 63.5mm.

Unendo un’elevata forza di serraggio e livelli d’interferenza ottimizzati, la connessione mandrino di nuova generazione KM4X Kennametal offre una connessione robusta, una rigidità estremamente elevata e capacità di carico flettente. Per le aziende che trattano il titanio, ciò significa prestazioni nettamente migliori nella lavorazione di leghe e altri materiali a elevata resistenza, permettendo tassi di asportazione metallica estremamente elevati e un maggior numero di parti finite al giorno.

Aggiungere altro alla semplice progettazione della macchina
Insieme a Mike Malottl, responsabile clienti senior di Kennametal, Robert Snodgrass, ingegnere applicativo di Fives Cincinnati ha iniziato una valutazione del KM4X circa quattro anni fa. “L´ingegneria è impressionante – ci ha permesso di iniziare a pensare che è possibile qualcosa di più della semplice progettazione della macchina, che un mandrino più rigido permette di rispondere alla domanda dei clienti per un´asportazione metallica più efficace e di una resa maggiore”. “Ricordiamoci che i tipici componenti della struttura di un aeromobile partono da forgiati ed è necessario asportare gran parte del materiale per ottenere la parte finita come da specifiche”, afferma Mark Huston, Vicepresidente di Kennametal. “Il rapporto ´comprato-perso´, ossia il rapporto fra il materiale grezzo comprato e il peso che si perde nella forma finita può essere 4:1, 8:1 o anche maggiore, in base al componente”.

I profilatori Cincinnati della prima generazione raggiungevano un MRR di quattro pollici cubi (66 centimetri cubi) al minuto sul titanio, a causa dei limiti nella struttura della macchina e nella connessione utensile-mandrino. Con la generazione XT dei profilatori Cincinnati e le connessioni mandrino a contatto cono faccia HSK 125, l´MRR è aumentato a 50 pollici cubi (820 centimetri cubi) al minuto. Con il KM4X100, l´MRR è raddoppiato a 100 pollici cubi (1640 centimetri cubi) al minuto.

“Anche a 100 pollici cubi (1640 centimetri cubi) al minuto, i nostri test comparativi per i profilatori XT che utilizzano il KM4X sono stati molto al di sotto dei limiti teorici della macchina per la resistenza al momento flettente”, aggiunge Snodgrass. Egli ha osservato che i test di precedente generazione utilizzavano grossi portautensili ISO CAT60 che, confrontati con le versioni ISO 50, equivalgono a guidare un carro armato rispetto a un SUV. Il KM4X ha raggiunto tassi di asportazione metallica doppi rispetto al portautensile ISO 60. Rispetto ai CAT50, HSK100 o KM4X100, il CAT60 pesa quasi il doppio.

“Questo cambia enormemente la progettazione del mandrino e della macchina”, afferma Ken Wichman, product manager di Fives Cincinnati. “Molte macchine a portale hanno un cambio manuale dell´utensile, nonostante siano disponibili cambiautensili/magazzini utensili automatici. La maggiore resistenza al momento flettente del KM4X permette di utilizzare utensili più leggeri rispetto a un utensile CAT o HSK con resistenza al momento flettente equivalente. Dal punto di vista ergonomico, si tratta di un enorme beneficio per l´operatore. Per i clienti che scelgono cambiautensili/magazzini utensili automatici, il KM4X, essendo più piccolo, può contenere più utensili in un dato ingombro”.

Siamo orgogliosi di mantenere produttivi i clienti”, aggiunge Mark Logan, Vicepresidente di Fives Cincinnati. “Una connessione mandrino più potente come il KM4X non solo cambia la progettazione delle nuove macchine, ma permette anche di spingere significativamente le macchine esistenti sul campo. Questo ci offre la possibilità di fornire un upgrade notevole nei retrofit, pur continuando a migliorare i limiti dei modelli futuri del profilatore”.

“L’industria ha bisogno di fissare nuovi standard per la produzione di parti in titanio al minimo costo per pezzo, e il profilatore XT offre questa possibilità e non solo”, afferma Chip Storie, Vicepresidente esecutivo di Fives Cincinnati. “Grazie a barre incrociate massicce, un mandrino di robusta progettazione, fondazioni dedicate e un sistema di refrigerazione ad alta pressione, prevediamo di superare i 100 pollici cubi (1640 centimetri cubi) al minuto di asportazione metallica. Questo cambierà il modo con il quale l´industria affronta la lavorazione del titanio”.

KENNAMETAL 6COLONNA LATERALE: Analisi del taglio a pista da bob
Mike Malottl, responsabile clienti senior di Kennametal, ha trascorso anni sul campo, acquisendo uno stato di totale familiarità con i reparti di produzione Fives Cincinnati. Egli ha osservato che il “taglio a pista da bob” di FIVES per ottenere maggiori prestazioni con gli utensili da taglio, si sta affermando in tutto il settore.

“Per rendere realmente diffusa una nuova configurazione, abbiamo dovuto sviluppare un test estremamente impegnativo – davvero qualcosa a cui l´utente non era destinato”, afferma Robert Snodgrass, ingegnere applicativo.

Il risultato è stato forzare un utensile attraverso un pezzo in titanio seguendo una curva profonda e continua, simile a una pista da bob. “Volevamo rendere massime la profondità di penetrazione e la coppia in un taglio a moto simultaneo, assoggettando costantemente la macchina utensile e il mandrino/utensile da taglio a forze estreme in ogni modo possibile”.

Le aziende esperte nella lavorazione del titanio possono trasalire immaginando le urla provenienti dal pezzo prima della rottura della macchina utensile o dell’utensile. Ma, come dimostra un video di Fives su YouTube (https://www.youtube.com/watch?v=-0pcocy4IsE), è possibile ottenere in modo efficiente una piccola montagna di trucioli con un taglio di prova profondo e ampio, con un piacevole ronzio, anche su cinque mandrini separati. La prova è nelle prestazioni e sono in vista ulteriori miglioramenti.

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