Maschiatura: dal problema alla soluzione

Quattro casi applicativi studiati da F.lli Vergnano Srl e UFS Srl.

L’articolo espone una breve carrellata di casi applicativi in cui F.lli Vergnano Srl UFS Srl, costruttori di utensili per filettare, si sono confrontati con specifiche lavorazioni, proponendo maschi standard presenti nella propria gamma (a volte passando con step successivo a un maschio speciale, fuori catalogo) per venire incontro alle esigenze dei clienti. Naturalmente, questa non è che una piccolissima rappresentanza di quanto possa riguardare in generale il fenomeno della maschiatura, ma già solo osservando questi quattro case study si può intuire quante siano le variabili in gioco che fanno sì che questo tipo di lavorazione meccanica appaia molto meno banale di quanto si possa inizialmente pensare.

Importante ribadire come, nel caso in cui con i maschi standard non si riesca subito a raggiungere il target imposto dal cliente, è sempre possibile, tramite una proficua collaborazione e scambio di informazioni tra costruttore di utensili e utente finale, deviare su una soluzione personalizzata (maschio speciale) per raggiungere l’obiettivo prefissato.

Dall’asportazione alla deformazione: i quattro case study

1. F.lli Vergnano: maschiatura di Inconel 718

Descrizione lavorazione

• Particolare su cui effettuare maschiatura: corpo valvola
• Tipologia materiale lavorato: Inconel 718
• Tipologia maschiatura: ad asportazione di truciolo
• Maschiatura su foro cieco – profondità filetto 52 mm
• Macchina operatrice: S.A.M.U. – tornio R.S. 22
• Esecuzione maschiatura: verticale
• Tipologia lubrorefrigerante: esterna – con olio intero indirizzato su foro ed utensile
• Parametri di taglio: Vt=3 m/min (35 rpm)
• Tipologia maschio: maschio ad alto rendimento M27 (6HX) – maschio a scanalature elicoidali a forte torsione – rivestimento multistrato ad alte prestazioni
• Diametro pre-foro eseguito: Ø 24 mm

Problematica

Il cliente finale lamenta problemi di resa con gli utensili tradizionalmente usati: non riesce ad eseguire più di 200 filetti.

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Si è provveduto a fornire un maschio standard ad alte prestazioni, del tipo con scanalature elicoidali.

In particolare, data la profondità del filetto da eseguire in foro cieco (superiore a due volte il diametro nominale del maschio), si è optato per la tipologia di scanalature “a forte torsione” (angolo elica scanalature 45° rispetto asse del maschio).

L’acciaio di cui è costituito il maschio è di tipo in sinterizzato (HSSZ) specifico per garantire all’utensile ottima tenacità, oltre ad elevata durezza HRC.

Si è scelto inoltre di utilizzare un rivestimento di tipo multistrato, con basso coefficiente d’attrito, per garantire una migliore scorrevolezza del truciolo generato e che deve essere evacuato attraverso le scanalature e in allontanamento dalla zona di lavoro dell’imbocco del maschio.

Infine, essendo la differenza tra profondità pre-foro e lunghezza utile del filetto superiore ai tre filetti (9 mm), si è potuto optare per un maschio con l’imbocco Forma C.

Conclusioni

Mantenendo gli stessi parametri di lavoro utilizzati in precedenza, il maschio standard proposto ha ottenuto una performance di circa 230 filetti, che è stata reputata positiva dal Cliente finale, in relazione alla gravosità della tipologia di lavorazione.

Si potrebbe aggiungere che l’optimum, non sfruttato in questo caso, al fine di incrementare ulteriormente le prestazioni del maschio, si sarebbe potuto raggiungere ricorrendo a una versione lubrorefrigerazione assiale (IKZ).

2. F.lli Vergnano: maschiatura di AISI 304

Descrizione lavorazione

• Particolare su cui effettuare maschiatura: inserto filettato esagonale aperto
• Tipologia materiale lavorato: AISI 304
• Tipologia maschiatura: a deformazione di materiale (rullare)
• Maschiatura su foro passante 7 mm – lunghezza filetto 7 mm
• Diametro preforo: Ø 4,65 mm ±0,03 mm
• Macchina operatrice: macchina filettatrice mono mandrino (bussola porta maschio)
• Esecuzione maschiatura: verticale
• Tipologia lubrorefrigerante: esterna – con olio intero filtrato e rigenerato
• Parametri di taglio: Vt≈12 m/min (765 RPM – 16 pz al minuto)
• Tipologia maschio Vergnano utilizzato: maschio a rullare ad alto rendimento M5 (6HX) – riv. TiN

Problematica

Il cliente finale lamenta la resa con gli utensili tradizionalmente usati, che oscilla tra gli 8000 ed i 10000 filetti eseguiti.

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Si è provveduto a fornire un maschio Standard del tipo a rullare ad alte prestazioni.

In particolare, data la lunghezza del filetto da eseguire in foro passante (fino a una volta e mezzo il diametro nominale del maschio), si è optato per la tipologia “senza canalini”.

L’acciaio di cui è costituito il maschio è di tipo sinterizzato (HSSK) specifico per garantire all’utensile un compromesso di alto livello tra tenacità e durezza HRC.

Si è scelto inoltre di utilizzare il rivestimento TiN, di tipo monostrato, opportunamente ottimizzato per maschiatura a deformazione ad alte prestazioni, per garantire una migliore scorrevolezza del maschio e ridurre così il valore di potenza assorbita dalla macchina operatrice.

Infine, essendo il foro di tipo passante, si è potuto accettare l’imbocco Forma C tipico del maschio standard proposto.

Conclusioni

Senza modificare i parametri di processo, il maschio standard proposto ha ottenuto una performance molto interessante, mai sotto i 40000 filetti, con punte massime di circa 53000 filetti, che è stata reputata molto positiva dal Cliente finale, in rapporto alla resa del maschio utilizzato in precedenza.

In questo caso, il maschio a rullare, grazie alle caratteristiche della “famiglia P” a cui appartiene ed alla lavorazione in olio intero, ha potuto far valere in pieno le proprie capacità in termini di produttività, costanza di resa e vita utensile.

Maschiatura verticale con formazione di più trucioli “a calice”.

3. UFS: rullatura di 42NiCrMo4

Descrizione lavorazione

• Particolare su cui effettuare maschiatura: distanziale autoarticolato
• Filettatura: M10x1,5
• Tipologia maschiatura: a deformazione (rullare)
• Materiale lavorato: 42NiCrMo4
• Maschiatura su foro cieco – profondità filetto 20 mm
• Diametro preforo: 9,30 mm ±0,03 mm (esecuzione con punta in metallo duro)
• Fori da maschiare per singolo particolare: 6 fori
• Macchina operatrice: Twinhorn VH-1010; centro di lavoro a 3 assi con possibilità di passaggio refrigerante nell’asse mandrino
• Esecuzione maschiatura: verticale
• Tipologia lubrorefrigerante: esterna con emulsivo al 10%
• Parametri di lavoro: 9 m/min (290 rpm)
• Mandrino: maschiatura con mandrino rigido, chiusura utensile in pinza ER32

Maschio a rullare.

Problematica

La problematica riscontrata dall’utilizzatore era l’incostanza della geometria del foro filettato, realizzato dal concorrente, al controllo del tampone. Alcuni fori filettati il tampone liscio NON-PASSA, passava. La causa era da attribuire all’altezza del filetto generato dall’utensile nella deformazione del materiale. Inoltre la richiesta del cliente era di poter sostituire l’utensile ad ogni cambio turno; in questo modo ogni singolo maschio doveva essere in grado di eseguire 120-130 pezzi (720-780 maschiature).

Twinhorn VH-1010.

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Come primo step è stato fornito al cliente un maschio a rullare della famiglia P-Series. Il maschio è stato realizzato in acciaio super rapido con l’8% di cobalto (HSSP), con 5 lobi e 5 canalini, per permettere un migliore apporto di refrigerante nella zona di lavoro. I maschi sono stati rivestiti con un TiN monostrato, il quale combina una buona resistenza all’usura con un basso coefficiente d’attrito.

I maschi forniti hanno realizzato in media 78 pezzi cadauno (468 maschiature); tutti i fori filettati sono risultati a norma tolleranza del tampone liscio e passa non passa.

A fronte dei risultati ottenuti è stato progettato un maschio specifico per questa lavorazione. Le modifiche progettuali sono state: incremento del numero dei lobi e dei canalini, passando da 5 a 8, con differente geometria di spoglia e un rivestimento specifico.

Particolare filettato.

Conclusioni

Con le variazioni apportate all’utensile è stato raggiunto il target di lavorazione voluto dal cliente. I maschi hanno raggiunto una performance di 150 pezzi (900 maschiature). Tutti i fori filettati sono risultati a norma tampone e il filetto risulta lucido al controllo visivo. Al termine della vita il maschio non ha subito rotture ma, a fine vita, ha ridotto gradualmente la sua profondità di filettatura. I buoni risultati ottenuti dalle modifiche apportate sono stati adottati per la realizzazione di una nuova linea standard, denominata K-Roll.

4. UFS: maschiatura di 42NiCrMo4

Descrizione lavorazione

• Particolare su cui effettuare maschiatura: mozzi per auto
• Filettatura: M14x1,5 6H
• Tipologia maschiatura: ad asportazione
• Materiale lavorato: 42CrMo4
• Maschiatura su foro passante ma, per il metodo di bloccaggio del pezzo (scelto dal cliente e non modificabile) il foro è da considerarsi come cieco (ma con un leggero vano che permette la fuoriuscita completa dell’imbocco del maschio, in modo da eseguire la filettatura completa)
• Profondità: 15 mm
• Diametro preforo: 12,5mm ±0,03 mm (esecuzione con punta in metallo duro)
• Fori da maschiare per singolo particolare: 5 fori
• Macchina operatrice: Muratec MT25
• Esecuzione maschiatura: orizzontale
• Tipologia lubrorefrigerante: esterna con emulsivo al 5-6%
• Parametri di lavoro: 30 m/min (700 rpm)
• Mandrino: portautensile motorizzato; maschiatura rigida chiusura del maschio in pinza

Muratec MT25.

Problematica

Nel caso in questione UFS è stata contattata per la soluzione ad un problema di rotture improvvise dell’utensile maschiatore. Il cliente si lamentava ed era alla ricerca di soluzioni per le continue ed improvvise rotture del maschio all’interno del foro anche dopo pochi pezzi lavorati. Da una prima analisi si è visto che l’utilizzatore stava adoperando un maschio con scanalature elica 40°, fornito dalla concorrenza; questo non permetteva la corretta evacuazione del truciolo, causando matassa e conseguentemente, a provocare la rottura dell’utensile.

Particolare lavorato.

Soluzione ricercata

Nel caso specifico si è provveduto a realizzare un maschio con elica 15° + rompitruciolo. Con la nuova geometria applicata il truciolo viene spezzato in più parti evitando matasse, causa principale delle rotture improvvise.

Il maschio, studiato appositamente per questa lavorazione specifica, oltre alla nuova geometria è realizzato in acciaio sinterizzato, con imbocco speciale e rivestito con una nuova formulazione di TiN monostrato.

Conclusioni

La fase di maschiatura è inserita all’interno di un ciclo di lavorazione, che prevede altre fasi di lavorazione: tornitura, barenatura e foratura.

Grazie alla soluzione realizzata, il cliente è stato in grado di eseguire la produzione anche nelle fasce notturne, dove le macchine lavorano non presidiate. Il maschio è arrivato a produrre 700 mozzi, soddisfacendo in pieno le attese dell’utilizzatore che precedentemente causa delle rotture dell’utensile non era stato in grado di rilevare questo parametro.

di Andrea Gugole, F.lli Vergnano Srl, Chieri (TO), e Roberto Balaso, R&D – UFS Technology, UFS Srl, Sparone (TO)

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