Al mandrino viene prestata fin troppa poca attenzione – specialmente nell´asportazione pesante. Anche se contribuisce in modo decisivo a rendere produttivo il processo di lavorazione. Con mandrini per calettamento speciali solidi con trascinatori e scanalature con forma elicoidale nel codolo si possono realizzare persino lunghezze di taglio pari a 2 volte il diametro (50 mm) in qualità elevata anche in materiali difficilmente asportabili. Senza la sicurezza Safe-Lock, l´utensile fuoriusciva dal mandrino standard e si spezzava in ap = 2 x D. Con i mandrini Haimer Safe-Lock Power o Heavy Duty si poteva fresare con un processo più sicuro cave intere con ap = 2 x D.
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.
Heller ha contribuito a favorire questo genere di innovazioni. La casa 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 produzioneflessibili.
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 e istituti di ricerca.
Werner Kirsten, responsabile Heller dello sviluppo tecnologico relativo ai 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, e ciò comporta una finitura ridotta. Pur attenendosi ai parametriprescritti, riducendo i tempi di finitura si dimezzanoi 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, 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 nelimita la riuscita – ribadisce Kirsten –. Lo dimostrano i numerosi test realizzati negli ultimi anni. 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 e una migliore qualità della superficie, pur utilizzando lo stesso utensile, la stessa macchina, gli stessi parametri di processo e la stessa modalità di serraggio».
Con la scelta del mandrino giusto si possono ottenere buoni risultati in termini di produttività e di precisione della superficie. Kirsten racconta di test di confronto con un semplice utensile a quattro taglienti senza raffreddamento interno. Anzichè 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».
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. Con una profondità di taglio assiale ap di 0,5 fino 1 X D l´asportazione truciolo è avvenuta in maniera affidabile ed efficiente. Poichè 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. Kirsten afferma: «Con una simil 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 provoca 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 causa 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 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 da Haimer. Qualora il Safe-Lock 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.
Kirsten prese contatti con Haimer 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 di Heller ha ripetuto il test descritto sopra modificando un paio di condizioni. Su utensili identici è stata così aggiunta in un secondo momento la scanalatura Safe-Lock. 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. 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 verificato 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: «Per le lavorazioni di sgrossatura questo è un sistema di sicurezza affidabile. Ritengo perciò che il sistema Safe-Lock di 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».
Grazie alla sua crescente e continua diffusione, il sistema Safe-Lock funge in certo qual modo quale 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 dell’omonima compagnia, dichiara: «Con il nostro sistema Safe-Lock abbiamo trovato una soluzione che unisce un’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. Sono sempre di più gli utilizzatori della fresatura trocoidale che passano ragionevolmente al sistema Safe-Lock».
