L’alluminio e l’asportazione di truciolo

Caratteristiche interessanti e riciclabilità pressoché completa: l’alluminio (Al) si presta molto bene alle lavorazioni per asportazione di truciolo.

Ad oggi si contano più di 1.000 diverse leghe di Al, prodotte principalmente con lo scopo di migliorare le caratteristiche del metallo di base. In realtà la produzione massiva si concentra su 15÷20, fra leghe da fonderia e leghe da lavorazione plastica, tralasciando quelle che interessano principalmente le applicazioni da laboratorio o sperimentali. Le leghe da lavorazione plastica sono quelle destinate a subire variazione di forma mediante l’azione di un utensile.

Lavorare all’utensile l’alluminio e le sue leghe

In generale, le leghe di Al per uso industriale si prestano molto bene alla lavorazione per asportazione di truciolo, anche se con dei distinguo legati alla grande differenza che può esserci fra lega e lega: per esempio, cambia la durezza, o varia il modo di formarsi del truciolo, che può essere tenace e fluente o fragile e rigido. Ciò implica la necessità di individuare una opportuna geometria dell’utensile, in maniera da evitare eventuali battiture e intasamenti, che potrebbero influire negativamente sia sulla durata dell’utensile che sulla qualità superficiale del pezzo, con conseguente inefficienza del processo. Chiaramente anche adeguate tecniche di lavorazione sono fondamentali per far sì che il sistema macchina utensile lavori al meglio.

Parlando di fresatura, in particolare nelle più moderne ed evolute lavorazioni ad altri volumi di materiale asportato, viene generata una notevole quantità di truciolo: difficoltà di evacuazione possono danneggiare le pareti fresate e, nei casi più seri, arrivare a rendere necessario il fermo macchina per la rimozione manuale del truciolo. In entrambi i casi è evidente il danno economico.

E’ comunque da sottolineare come la lavorazione all’utensile dell’Al avvenga per taglio, e non per deformazione, come è il caso dell’acciaio, quindi con utensili con angoli di spoglia fortemente positivi, che rendono l’utensile “più tagliente”, condizione che diventa primaria quando si lavorano leghe con basso contenuto di silicio.

Nel caso in cui il tenore di silicio superi 5%, la lega di Al è considerata abrasiva: sono in genere raccomandati utensili rivestiti, caratterizzati da eccellente resistenza all’usura e quindi in grado di consentire di lavorare con elevate velocità.

Nella foratura profonda, con profondità 20÷40 diametro, l’utensile tende a essere deviato a causa della struttura molecolare del materiale. In questi casi la geometria dei taglienti è in genere ottimizzata per ottenere trucioli facilmente evacuabili, e oggi è di uso sempre più diffuso l’impiego di utensili con adduzione interna del lubrorefrigerante: iniettato ad alta pressione, favorisce l’evacuazione del truciolo.

Le velocità di taglio elevate sono possibili in quanto il truciolo non riscalda l’utensile a un livello tale da abbassarne la durezza, anche se la temperatura raggiunta è sufficiente a ridurre la resistenza a deformazione del materiale.

Nel caso di sbavatura, pulitura e spazzolatura va tenuta presente la forte influenza che hanno sulla resistenza alla corrosione del manufatto; la durezza del materiale deve essere opportunamente considerata, dato che le particelle abrasive potrebbero penetrare nella superficie del pezzo, compromettendone le caratteristiche e l’estetica. In genere è anche sconsigliato l’uso di utensili già impiegati per pulitura o spazzolatura di altri materiali, per cui è buona norma una conservazione separata degli utensili.

Dato che la riuscita di una lavorazione per asportazione di truciolo vede coinvolto tutto il sistema macchina utensile a decretare lo stato di una lavorazione, è opportuno considerare anche i sistemi di presa pezzo: l’alluminio è un materiale delicato che, se relativamente facile da lavorare, può essere critico da bloccare a causa della sua tendenza a deformarsi. Questo significa che un bloccaggio efficace potrebbe esserlo solo “apparentemente”, in quanto può indurre deformazioni tali da obbligare a riprese, compromettendo l’efficienza della lavorazione.

Filosofie di lavorazione: wet e a secco

Le leghe di Al possono essere lavorate sia con uso di lubrorefrigerante che a secco, dipende fondamentalmente dal tipo di lega, sebbene si tenda a prediligere le lavorazioni wet.

Innanzitutto va sottolineata la necessità di una grande pulizia, dato che le leghe di Al possano facilmente essere macchiate dagli oli. In genere la pulizia della cabina è affidata ad efficienti sistemi di lavaggio, in grado di tenere molto pulita la zona di lavoro e le guide, ma è la lavorazione vera e propria da tener sotto controllo, perché è opportuno che il fluido da taglio sia sempre pulito ed efficiente, filtrato e disoleato. Per ottenere ciò, il mercato offre diverse soluzioni, dai metodi tradizionali ai sistemi più sofisticati ed evoluti, in grado di raggiungere gradi di filtrazione anche molto spinti, eliminando sia le micro-particelle (filtrazione ultra fina), che gli oli estranei.

Ogni manufatto, al termine della lavorazione, deve subire un lavaggio con un detergente adeguato, che garantisca una pulizia profonda, in grado di “non lasciare testimoni”, eliminando eventuali bave e micro sfridi.

In linea di massima si può ricorrere a lavorazioni a secco solo nel caso di leghe di Al non particolarmente dure, utilizzando utensili che siano in perfetta efficienza e parametri di taglio non esasperati.

Sebbene non ci siano controindicazioni specifiche per le lavorazioni a secco, la tendenza è verso l’utilizzo di emulsioni che abbiano ottima stabilità e capacità detergente, in grado di prevenire la macchiatura.

Da sottolineare come il fluido da taglio, che, per i moderni centri di lavoro, è in alta pressione (attenzione al filtraggio!), debba essere impiegato con abbondanza sia sulla punta dell’utensile che su tutto il pezzo, in modo da contenere la temperatura, senza procurare shock termico, cui le leghe di Al sono particolarmente sensibili.

La “noblesse” del lubrorefrigerante

Lubrorefrigerare l’operazione di taglio di una lega di Al può essere senza dubbio definita tecnologicamente molto intrigante.

Considerando la forte ascesa della panoramica produttiva di questa famiglia di leghe, il fluido da taglio, ahimè (o per fortuna), riveste un ruolo strategico in tutto il contesto produttivo, con una serie di challange, che richiedono risposte adeguate

Infatti questo scenario obbliga a navigare in un vasto mare, che può anche presentarsi insidioso, e, pertanto, è indispensabile avere ben chiaro lo scenario in cui ci si muove, e quale è l’obiettivo, cioè, banalmente, dove si vuole andare. Tradotto in termini tecnologici, per ciò che riguarda l’aspetto della lubrorefrigerazione è necessario conoscere bene il tipo di processo produttivo, la metallurgia, la chimica, la biologia… ma sono indispensabili anche l’esperienza e una buona relazione fra responsabili di produzione e fornitori di fluidi, che devono essere in grado di far proprie le specifiche esigenze.

Il fluido in emulsionabile rappresenta la fetta più grossa nella lubrorefrigerazione dell’asportazione di truciolo di leghe di Al.

Ma il lubrorefrigerante che soddisfa in pieno le esigenze di taglio deve essere speciale o particolare? Fino a qualche tempo fa la risposta poteva e doveva essere un assoluto si! Le caratteristiche metallurgiche delle leghe di Al esigono fondamentalmente lubrorefrigerazione “unta-grassa”, in modo da far scivolare bene lo sfrido di lavorazione e umettare al meglio la zona di taglio, così da permettere il corretto scivolamento dell’utensile, soprattutto quando si lavorando quelle leghe definite pastose, la cui lavorabilità è impegnativa.

Raccogliendo le aspettative del moderno scenario produttivo, il mondo della lubrorefrigerazione ha posto grande rilevanza all’idea di un lubrorefrigerante “molto untuoso e nel contempo pulente“. Le caratteristiche di elevata untuosità soddisfano pienamente le esigenze del taglio dell’Al, in tutte le sue sfaccettature, e, al contempo, le caratteristiche di detergenza consentono di ottenere zone di lavoro molto pulite. Un’innovazione tecnologica apprezzata dagli utilizzatori, spesso costretti a dover convivere con lubrorefrigeranti grassi, con un’ottima azione sul taglio, ma molto “sporchevoli”, che, nelle zone di lavoro, introducono tutta una serie di criticità derivanti da una pessima pulizia.

Il chatter

È bene ricordare che anche le leghe di Al sono sensibili al fenomeno del chatter, cioè a quelle vibrazioni indotte dall’aumento della velocità del mandrino e dell’avanzamento che possono portare all›instabilità del processo, con tutti i danni conseguenti, sia sul manufatto che sulle attrezzature, in primis la rottura dell’utensile.

Il chatter, che si manifesta al raggiungimento di parametri “critici”, è strettamente legato al comportamento dinamico del sistema macchina-pezzo: lavorare al di sotto della soglia critica è una pratica comune che, pur assicurando stabilità al processo, limita la produttività, talvolta anche in maniera consistente.

Dato che l’effetto del chatter è un freno, prestazioni elevate potranno essere raggiunte solo a fronte di opportuni parametri di taglio e di un’attenta analisi delle proprietà dinamiche del sistema costituito da macchina, utensile e sistema di fissaggio. Il diagramma a lobi, ottenuto mediante misure sperimentali, è uno strumento che permette oggi di prevedere l’insorgenza del chatter.

Se non è solo alluminio?

Molto untuoso e pulente, ma non solo perché Castrol ha ideato un ulteriore plus tecnologico perché non è detto che un lubrorefrigerante debba soddisfare al meglio le operazioni di taglio solo sulle leghe di Al: è il concetto di fluido “multifunzionale”. Che significa poter lavorare in maniera ottimale le leghe di alluminio, ma anche i materiali ferrosi, ghisa compresa. È stato sfruttato il binomio “untuosità-detergenza”, unitamente all’elevata compatibilità delle emulsioni con le varie tipologie di metalli in termini di ossidazione. Questo si è dimostrato un vantaggio notevole per gli utilizzatori, poichè è sempre più frequente che plant produttivi, impostati su lavorazioni di leghe di alluminio, si trovino a dover inserire lavorazioni anche di materiali ferrosi e ghisa che, notoriamente, necessitano di lubrorefrigeranti con caratteristiche molto diverse. Il fluido da taglio multifunzionale ha permesso, in questi casi, un’interessante economia di gestione, in nome sia dell’efficienza che della flessibilità: un’unica emulsione soddisfa più esigenze, senza compromessi!

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