Cosa succede quando un corpo è in rotazione attorno al proprio asse? Se è bilanciato, se è in equilibrio, la rotazione si mantiene correttamente, ma se non è così? Allora nascono i “dolori” e i problemi legati al run out.
È possibile dare una nuova chiave di lettura alla lavorazione meccanica, con una interpretazione magari inusuale?
Per esempio, si potrebbe provare a leggerla come una “storia”, una “favola”, per i più fantasiosi, perché gli ingredienti ci sono tutti: l’ambientazione, i personaggi e il lieto fine.
E proprio il lieto fine è, come in ogni favola che si rispetti, fondamentale: se non c’è, la lavorazione non è riuscita, con tutti i problemi che ne conseguono.
La favola da raccontare è quella delle lavorazioni di precisione, forse le più sfidanti.
Le lavorazioni di precisione riguardano qualsiasi materiale, qualsiasi geometria, anche le più complesse, qualsiasi dimensione, anche le microlavorazioni e sono una sfida che va vinta nel rispetto di produttività ed efficienza.
La premessa
Un utensile da taglio multitagliente, rende il massimo delle sue prestazioni quando questo gira concentrico a sé stesso, di conseguenza la macchina utensile viene utilizzata al massimo della capacità riducendo i costi di produzione.
Lo scenario è dunque quello delle lavorazioni meccaniche di pregio: le lavorazioni di precisione.
La macchina utensile e l’utensile sono i primi attori, insieme al pezzo che deve essere lavorato, quindi materiale, geometria e specifiche di progetto da rispettare.
Le macchine utensili sono altamente performanti, con un alto numero di giri, una dinamica di movimento fluido, solo per citare le principali caratteristiche.
Di pari passo, anche gli utensili sono sempre più prestazionali, con geometrie dedicate a ogni materiale, magari studiati ad hoc per la specifica lavorazione, con metallo duro a grana super fine e rivestimenti sempre più evoluti e tecnologicamente avanzati.
Dunque, un “duo” di altissimo livello, ma come riuscire a trasmettere la bontà e la qualità della macchina utensile e a esaltare le potenziali prestazioni dell’utensile, per arrivare al lieto fine?
A questo punto entra in gioco il portautensili e il ruolo che ha nel garantire la concentricità.
Concentricità e run out
Concentricità e run out sono due aspetti della stessa situazione: la massima concentricità è ciò che si vorrebbe ottenere, il run out è quello che andrebbe contenuto al massimo.
E ancora: il run out può essere letto come il risultato della mancata concentricità.
Ovviamente si sta parlando di moto rotatorio attorno a un asse.
Il problema nasce quando l’utensile non ruota centralmente sull’asse del porta utensile.
Perché succede questo? Perché essendo in un mondo reale e non ideale, il perfetto equilibrio non esiste, anche se si può cercare di avvicinarsi il più possibile.
Di conseguenza la precisione e l’accuratezza, con cui è costruito un portautensili, sono fondamentali per ridurre il run out.
«BIG KAISER propone portautensili che permettono di garantire un run out dell’assemblato inferiore a 3 µm a 4 volte il diametro – spiega Cristian Boldini, Area Sales Manager di BIG KAISER –. Questi risultati possono essere raggiunti utilizzando materiali appositi per tempra a cuore, bilanciature ad alto numero di giri, secondo le normative vigenti, oltre a porre particolare cura nei test e nella certificazione di ogni singolo porta utensili: l’insieme è vincente!»
La concentricità ha influenza diretta sia sulla lavorazione che sulla durata dell’utensile e, di conseguenza, sulla produttività e l’efficienza di processo.
Equilibrio ed efficienza
I risultati di una lavorazione meccanica, la precisione e l’efficienza di processo sono strettamente legati all’equilibrio ed è indubbio come, in una situazione reale, soggetta all’azione di forze, l’equilibrio non sia un dato di fatto, ma vada ricercato.
E’ altrettanto indubbio come il run out generi sollecitazioni irregolari sull’utensile. E allora? Allora è bene ragionare sul significato di concentricità e su come e quanto possa influire sulla lavorazione.
«Ragionando sul significato tecnologico della concentricità, sono stati fatti dei test su due sistemi, uno che garantisce un run out di 2 µm e uno che invece ne garantisce 15, il caso dei classici e ampiamente diffusi ER – racconta Boldini –. Il primo caso corrisponde a un taglio più dolce, come si vede dal truciolo che è più uniforme e omogeneo, perché gli sforzi di taglio sono ripartiti in egual modo su tutti i taglienti dell’utensile multitagliente. Nel secondo caso, con run out 15 µm, il truciolo non risulta omogeneo, a significare che gli sforzi di taglio non sono uniformemente ripartiti su tutti i taglienti, ma ci sarà sempre un tagliente che “lavora” più degli altri.»
Questa situazione non è evidentemente di equilibrio e indica come il run out crei carichi irregolari sull’utensile, che crescono all’aumentare del run out (o al diminuire della concentricità): sarà proprio il tagliente che lavora più degli altri ad usurarsi prima, andandone a minare la durata e la vita totale dell’utensile.
Con le ovvie ricadute su qualità e precisione e, più in generale, su produttività ed efficienza.
«In BIG KAISER sono stati eseguiti anni di test, su vari materiali, dall’acciaio inox, all’Fe o agli acciai per stampi, per valutare con sempre maggiore accuratezza l’impatto del run out sui processi, in modo da dare informazioni chiare e precise agli utilizzatori – evidenzia Giampaolo Roccatello, Chief Sales & Marketing Officer Europe BIG KAISER – I test, fra le altre cose, hanno valutato cosa succede alla vita dell’utensile passando da run out 2 µm, a 5 µm e infine a 15 µm: risultati interessanti, che dovrebbero far riflettere! Infatti, fatto 100 la vita utensile con run out 2 µm, passando a 5 µm si ha una diminuzione del 20%, una perdita che sale addirittura al 65% quando i micron diventano 15. Considerando una fresa in carburo, ipotizzando un costo di 100 euro, significa che, ancor prima che l’utensile inizi a lavorare, 65 euro sono andati persi. Dunque, in particolare quando le lavorazioni sono di precisione, ad alto valore aggiunto, meglio pensare a un sistema che possa garantire la concentricità.»
Una concentricità precisa porta a migliore tolleranza, migliore qualità superficiale e, vista la maggior durata dell’utensile, minori fermo macchina per cambio utensile: globalmente, il processo è più produttivo ed efficiente.
Gli standard costruttivi
Gli standard costruttivi BIG KAISER prevedono che tutti i mandrini MEGA siano rettificati a seguito del trattamento termico, con una finitura speculare su tutte le superfici, per assicurare perfetta concentricità anche per lavorazioni ad alto numero di giri.
Anche la chiavetta di trascinamento, che oltre ad assicurare il trascinamento, assicura anche il corretto posizionamento, viene lavorata dopo il trattamento termico.
Anche la ghiera è un elemento chiave per raggiungere l’alta precisione.
Partendo dai filetti, questi hanno una enorme influenza sulla precisione, motivo per cui vengono rettificati dal pieno (no pre-tornitura) dopo il trattamento termico.
In questo modo viene eliminata la cattiva influenza derivante dall’azione di bloccaggio, con un conseguente aumento delle prestazioni.
La ghiera incorpora un cuscinetto radiale, con sfere in acciaio che impediscono la tensione verso la pinza, conferendo alla pinza una forza di serraggio maggiore rispetto agli standard, a garanzia di una migliore concentricità dell’utensile.
«E’ importante garantire la stabilità nel tempo – sottolinea Boldini – Nel caso dei classici sistemi ER, che quindi sono soggetti a torsione, i test hanno dimostrato che, dopo 500 cambi utensili, sono presenti marker dovuti all’usura, che si presentano come materiale di riporto, proprio dovuti agli sforzi di torsione. Ciò significa che, nel tempo, si va a perdere in precisione dato che non sono più rispettate le caratteristiche iniziali. Nel caso di BIG KAISER, lo sforzo non è torsionale, ma di compressione, pertanto l’usura dell’utensile viene fortemente mitigata».
Il controllo
La precisione dei prodotti BIG KAISER è nota, ed è frutto di severi controlli di qualità. Si dice che viene sul 200% di ogni prodotto: ma cosa vuol dire?
Innanzitutto, il run out viene calcolato sull’assieme totale, cioè si considera la risultante tra run out del corpo, della pinza e della ghiera, ricostruendo così le condizioni che ci saranno in macchina.
«Il metodo di controllo BIG KAISER prevede che si valuti il run out a 5 volte il diametro e, se risulta sotto i 3 µm, la pinza viene ruotata di 90°, viene rieseguita la misurazione. Se è sempre sotto 3 µm, la si ruota nuovamente fino a coprire 360° – spiega Boldini -. A questo punto ci si ferma? No, si va a ruotare anche il mandrino stesso, e si rieffettuano le 4 misurazioni. Se, a seguito di queste 8 misurazioni, la media del run out è inferiore a 3 µm a 5 volte diametro, significa che il mandrino è conforme e il test è passato.»
In casa BIG KAISER, ogni portautensili che superi il test viene marcato con numero univoco, a garanzia della qualità del singolo prodotto.
Viene quindi “schedato” e i suoi dati sono conservati in archivio in modo che, nel caso dovesse malauguratamente sorgere qualche problematica, l’azienda sia in grado di risalire a monte della produzione e capire cosa sia successo.
«Le pinze sono standard, classe AA, il che significa che si riesce a garantire 3 µm di run out a 4 volte diametro. I test sono eseguiti a 5 volte diametro, ma la garanzia è a 4 volte diametro, a tutela di una maggior sicurezza. I test eseguiti sui portautensili MEGA verificano la concentricità della singola pinza 200 volte e il valore medio del run out deve essere inferiore a 2 µm a 5 volte il diametro, garantendo così che il mandrino manterrà la precisione nel tempo» conclude Giampaolo Roccatello.
Pillole di concentricità
La concentricità di un porta utensile influisce direttamente su:
- Vita dell’utensile
- Rugosità superficiale
- Produttività della macchina utensile
- Redditività delle risorse
La concentricità deve essere garantita per l’intera vita del porta utensile, in modo da assicurare processi stabili e ripetibili.
Il lieto fine
“L’eccentricità nella lavorazione è quando il centro di rotazione non coincide con il centro geometrico dell’assieme mandrino causando un movimento radiale”, così viene definito il run out.
Gli effetti? Molto poco desiderabili. La sfida? Contenerlo il più possibile.
Ma c’è il lieto fine? Certo! Il mercato sottolinea come le lavorazioni di precisione esistano e che la tendenza è verso standard sempre più elevati.
Ciò che fa la differenza è come si raggiunga la precisione, con quanta fatica e con quali costi. Ma c’è una buona notizia: gli strumenti giusti ci sono!
di Daniela Tommasi
