Efficienza della macchina utensile, come massimizzarla

efficienza della macchina utensile

L’articolo offre spunti di approfondimento e analisi delle potenziali strategie che consentono di massimizzare l’efficienza della macchina utensile, forse il bene più prezioso di un’azienda manifatturiera.

Cambiare il proprio punto di vista per aprirsi a nuove idee significa essere disposti a un approfondimento, anche su temi che sembrano essere ampiamente conosciuti e consolidati.

L’approfondimento è la base dell’evoluzione, così come l’evolversi spinge ad approfondire: due concetti su cui si basa il progresso, come è ben noto al comparto manifatturiero.

Partendo da questo presupposto, recentemente, nel bresciano, si è tenuto un convegno di approfondimento tecnologico promosso da RBM International con la collaborazione di alcuni importanti partner: Sandvik Coromant, Nils, Brinkmann Pumps e l’Agenzia Martini.

Il tema? Analizzare potenziali strategie per massimizzare l’efficienza della macchina utensile.

«Materiali, magazzino utensili, lubrorefrigeranti, pompe in alta pressione, sistemi di gestione del truciolo e del fluido lubrorefrigerante interagiscono pesantemente con la macchina utensile e hanno un ruolo di primo piano nel determinare l’efficienza» spiega Enrico Battistutta, CEO di RBM International. «Ed è partendo da questa certezza che, insieme ad aziende partner, abbiamo deciso di organizzare un incontro di approfondimento tecnologico, magari in certi momenti provocatorio, ma che comunque spingesse al confronto e a scelte consapevoli.»

Il truciolo

Fare truciolo” è l’obiettivo di qualsiasi lavorazione meccanica, ma, come è stato ampiamente sottolineato durante l’incontro, è importante sottolineare come a materiali diversi corrispondano tipologie di truciolo differenti e, di conseguenza, anche la gestione di questo dovrà essere adeguata.

efficienza della macchina utensile
Le ghise generano un truciolo corto, facilmente gestibile, ma, per contro, si ha morchia di grafite dispersa nelle vasche.

Le ghise presentano un truciolo corto, facilmente gestibile ma, per contro, si ha morchia di grafite dispersa nelle vasche e questo può essere un problema se sottovalutato.

Pressofusi e leghe leggere hanno trucioli galleggianti e polveri; il controllo del truciolo è difficoltoso e una soluzione può essere aumentare la pressione del fluido per favorirne l’evacuazione.

Nel caso di questi materiali, si possono analizzare le tre tipiche lavorazioni meccaniche: tornitura, fresatura e foratura.

  • In tornitura: lo spessore del truciolo è costante e le temperature di taglio sono elevate; il controllo del truciolo permette di ottenere buone finiture superficiali e di ridurre il rischio di scheggiatura degli inserti.
  • In fresatura: lo spessore del truciolo è variabile, il taglio è interrotto, le temperature sono intermittenti e deve essere contenuta al massimo la rimacinazione dei trucioli.In entrambe queste situazioni è fondamentale evitare l’innalzamento delle temperature.
  • In foratura: la temperatura è variabile e il controllo e l’evacuazione del truciolo sono particolarmente importanti: senza controllo del truciolo non è possibile la sua evacuazione e, senza di essa, la foratura non può andare a buon fine.
efficienza della macchina utensile
Il bronzo e le sue leghe hanno trucioli molto piccoli facilmente disperdibili nel liquido e, in alcune leghe, presentano durezze elevate.

Il lubrorefrigerante deve contribuire a un’ottimale evacuazione del truciolo: diversamente si avrà cattiva finitura superficiale, diametro incostante e fuori tolleranza, rottura dell’utensile e, in casi estremi, si può arrivare al fermo macchina.

Il bronzo e le sue leghe hanno trucioli molto piccoli facilmente disperdibili nel liquido e, in alcune leghe, presentano durezze elevate.

Gli acciai al carbonio producono una notevole quantità di microparticelle temprate e, quindi, molto dure: se non interviene un’opportuna filtrazione del fluido da taglio in cui sono disperse, questa situazione può rivelarsi un’insidia, sia ai fini della qualità della lavorazione sia per le pompe, che possono subire un’importante usura, come ha sottolineato Umberto Redaelli di Brinkmann Pumps.

Acciai inossidabili o alto legati hanno un controllo del truciolo piuttosto problematico, e questo può andare a ridurre in maniera anche significativa la durata degli inserti.

«Se il materiale presenta un truciolo lungo, pur variando i parametri di taglio e le geometrie dell’inserto, un controllo del truciolo può avvenire utilizzando l’alta pressione indirizzata in maniera precisa, secondo il sistema HPC (High Precision Coolant), dove un getto di lubrorefrigerante a elevata velocità crea un cuneo idraulico tra la superficie superiore dell’inserto e la parte inferiore del truciolo. Il flusso del fluido contribuisce a sminuzzare il truciolo e ad allontanarlo dalla zona di taglio» ha sottolineato Massimo Colombo di Sandvik Coromant.

efficienza della macchina utensile
Gli acciai al carbonio producono una notevole quantità di microparticelle temprate e, quindi, molto dure.

Fluido pulito? Sì, grazie.

È importante avere un fluido da taglio estremamente pulito? Certamente sì, ed è fondamentale una corretta filtrazione.

I sistemi evoluti messi a punto da RBM International garantiscono:

  • filtrazione continua di tutte le particelle metalliche presenti nel liquido;
  • un sistema brevettato di filtrazione inferiore ai 10 µm nella versione standard e inferiore ai 5µm nella versione Precision;
  • Separazione continua di tutte le sostanze in galleggiamento sull’emulsione, comprese le particelle inquinanti che per dimensioni e peso vengono inglobate negli oli esterni;
  • Processo di filtrazione esclusivamente fisico senza nessun consumabile o elemento filtrante da sostituire;
  • La filtrazione del fluido diventa ancora più importante nel caso di foratura, con lubrorefrigerazione ad alta pressione: quando serve pressione, la pressione serve sulla punta e, quindi, con sistemi di adduzione interna.

In tema di pulizia è anche fondamentale la gestione delle morchie con estrattore automatico: questo accessorio viene implementato quando si lavorano materiali con grosse quantità di morchie che richiederebbero pulizia frequente.

In questo modo si eliminano le pulizie periodiche del cestello e la morchia viene scaricata in modo completamente automatico.

efficienza della macchina utensile
I pressofusi e le leghe leggere hanno trucioli galleggianti e polveri. Il controllo del truciolo è difficoltoso.

Una questione di filtrazione

La filtrazione continua permette l’ossigenazione del fluido da taglio, che porta ad un abbattimento della presenza batterica, con conseguente allungamento della vita dell’emulsione e della sua stabilità ed un ambiente di lavoro globalmente più salubre.

«Poiché i microorganismi crescono in assenza di ossigeno e luce, e in presenza di caldo e umido, è evidente l’importanza dell’ossigenazione. Sono molti i fattori che possono portare alla crescita incontrollata di batteri, funghi e muffe all’interno del lubrorefrigerante e questi sono invisibili ad occhio nudo, ma non per questo meno pericolosi» evidenzia Günther Mayr di Nils.

L’attacco batterico ha come conseguenza:

  • Formazione di odori sgradevoli e di mucillagini.
  • Corrosione della macchina utensile.
  • Corrosione dei pezzi lavorati.
  • Riduzione dell’efficienza del lubrorefrigerante.

Dalla parte dell’efficienza

Le moderne lavorazioni per asportazione di truciolo sono sempre più orientate verso il non presidiato, 24 ore su 24 per sette giorni alla settimana.

In un simile contesto, può risultare complesso il rabbocco del fluido da taglio: o avviene in ritardo, o in anticipo, ma, in entrambi i casi, difficilmente al momento giusto.

Una valida soluzione è il rabbocco automatico che, oltre a risparmiare il lavoro manuale degli operatori, migliora il rendimento delle macchine utensili e il consumo dell’olio emulsionabile.

Di conseguenza, si deve tener presente che le pompe non debbano mai lavorare a secco,  la presenza di inclusioni d’aria debba essere ridotta al minimo, la filtrazione debba essere il più possibile continua e fina e debba essere rispettata una velocità minima e massima in caso di inverter.

Che struttura ha la morchia dispersa nelle vasche? Basta osservarla con ingrandimenti diversi per comprendere l’effetto sulla lavorazione (cortesia RBM).

Vista dalla prospettiva dell’olio emulsionabile, il rabbocco automatico, rispetto a quello manuale, permette una concentrazione pressoché costante, con piccolissimi scostamenti, con evidenti positive ripercussioni sia in termini di saving che di qualità della lavorazione.

«Ricordiamo anche l’importanza del controllo della temperatura, che permette sia al processo che all’emulsione di mantenersi stabili nel tempo, con una ricaduta positiva sulla precisione della lavorazione. Va tenuto presente che il costo energetico di raffreddamento è inversamente proporzionale agli inverter utilizzati per le pompe in alta pressione» sottolinea Battistutta.

Le perdite

In un processo produttivo a cosa sono imputabili le perdite? Le principali cause: una mancata produzione, gli scarti, la rottura degli utensili, la pulizia troppo frequente delle vasche, la sostituzione dell’emulsione, la sostituzione delle pompe.

Da dove derivano? Un’influenza pesante su di esse può essere esercitata da:

  • una filtrazione grossolana, sopra i 20µm;
  • una riduzione della portata dovuta all’intasamento di filtri convenzionali;
  • all’impossibilità di automatizzare la fase di scarico delle morchie;
  • controlavaggio con scarico delle morchie in vasca;
  • maggiori costi di manutenzione e di smaltimento degli elementi filtranti;
  • maggiore effetto abrasivo sugli utensili e pezzo;
  • maggior rischio di contaminazioni batteriche delle emulsioni.
Industria 4.0 investe tutto il scomparto produttivo e, di conseguenza anche il lubrorefrigerante, la cui gestione ha un impatto importante sulla lavorazione (cortesia RBM).

In un momento in cui la sostenibilità e le problematiche da essa sollevate hanno investito massicciamente anche il mondo manifatturiero, è importante sottolineare il peso dello smaltimento tanto degli esausti quanto degli elementi filtranti, oltre all’aspetto sociale legato alle contaminazioni sia nei confronti dell’uomo che dell’ambiente.

Conclusioni

«Con questo evento abbiamo voluto toccare tanti temi: sarebbe presuntuoso dire che “abbiamo fatto cultura”, ma, visto l’interesse, abbiamo certamente suscitato curiosità e voglia di approfondire e confrontarsi. Le tante domande, sia in sala che, successivamente, in un momento più conviviale, sono state la dimostrazione dell’interesse. È evidente come sia “centrale” far lavorare la macchina utensile in maniera ottimale, raggiungendo livelli di efficienza tali da garantire qualità e competitività. Le caratteristiche dichiarate dal costruttore della macchina utensile possono essere raggiunte ed esaltate solo ricordando che una lavorazione è frutto di sinergia, del “fare sistema”, ed è quello che abbiamo cercato di raccontare oggi, con l’intervento congiunto dei vari player coinvolti» conclude Enrico Battistutta.

di Marcello Carboni