Con una lunghezza di circa 11.000 mm (11 m) e un diametro di 600 mm, questo capolavoro ingegneristico è stato sviluppato appositamente per soddisfare i requisiti di lavorazione dell’unità di Jyväskylä di Häkkinen Group, un’azienda metalmeccanica finlandese.
Questo gigantesco utensile da tornio verrà utilizzato per produrre componenti metallici di precisione per diversi settori, tra cui l’estrazione di gas e petrolio offshore, la trasmissione di potenza e le energie rinnovabili.
Sin dai primi contatti tra Sandvik Coromant e Häkkinen Group, è risultato evidente che l’unità di Jyväskylä presentava alcune specifiche molto particolari: era necessario un utensile che fosse in grado di lavorare un tipo specifico di componente con dimensioni alquanto critiche e, benché il tipo di componente non fosse stato specificato per via di accordi di riservatezza, era noto che fosse particolarmente grande, con un diametro di 800 mm per una lunghezza di 12.000 mm (12 m), e che sarebbe stato lavorato da entrambi i lati.
L’utensile richiesto era una barra di alesatura, utilizzata in operazioni atte a ingrandire e rifinire il diametro di un foro preesistente in un pezzo in lavorazione. I fori eseguiti per mezzo di una barra di alesatura sono infatti più precisi, accurati e regolari di quelli realizzati tramite foratura, che possono invece risultare più grossolani. Tuttavia, il diametro e la lunghezza di una barra di alesatura è determinato dalle dimensioni del pezzo in lavorazione stesso, quindi per l’applicazione è consigliabile selezionare il diametro più grande possibile della barra, in modo da ottenere la migliore stabilità in assoluto. In altri termini, l’applicazione richiedeva una barra di alesatura di dimensioni mai viste prima, che sarebbero risultate essenziali per consentire operazioni di tornitura interna precise e in profondità: un compito fuori dalla portata delle barre con dimensioni standard.
Riduzione delle vibrazioni
L’unità di Jyväskylä di Häkkinen Group aveva chiesto supporto al suo partner ŠMT — precedentemente Škoda Machine Tool — con sede in Repubblica Ceca, uno dei principali produttori al mondo di alesatrici e fresatrici orizzontali ad alta precisione, torni orizzontali e altro ancora. Era evidente che ŠMT avrebbe dovuto avvalersi dei servizi di un’azienda specializzata in macchine utensili che potesse fornire una barra di alesatura di dimensioni fuori dal comune, necessarie per soddisfare le richieste di un progetto tanto unico nel suo genere.
Per questo, ŠMT si è rivolta a Sandvik Coromant CZ, anch’essa con sede in Repubblica Ceca, chiedendo se potesse contribuire allo sviluppo di questo enorme utensile.
«Sandvik Coromant è un rinomato produttore di barre di alesatura, in particolare di barre con proprietà anti vibrazione – spiega Vaclav Faber, project engineer presso Sandvik Coromant CZ –. Ridurre le vibrazioni in una barra di alesatura è fondamentale perché ciò garantisce precisione e qualità della finitura superficiale nelle operazioni di lavorazione».
Vibrazioni eccessive possono causare imprecisioni, usurare l’utensile e compromettere l’integrità del pezzo, tutti aspetti da tenere in conto date le grandi dimensioni applicate nelle operazioni di lavorazione dell’unità di Jyväskylä di Häkkinen Group. Al contrario, riducendo le vibrazioni al minimo, la barra di alesatura può offrire condizioni di taglio stabili e controllabili, con conseguente aumento della produttività, estensione della durata utensile e migliore qualità delle finiture superficiali.
ŠMT aveva altri stringenti requisiti per la barra: il suo cliente, l’unità di Jyväskylä di Häkkinen Group, necessitava di un utensile che si integrasse facilmente con i macchinari esistenti, migliorando al contempo le operazioni di tornitura. Inoltre, era essenziale che la nuova barra potesse essere utilizzata nel grande tornio di ŠMT.
Il passo successivo ha visto il coinvolgimento di Sandvik Teeness di Trondheim, in Norvegia. Il team è stato scelto per la sua fama nello sviluppo e nella produzione di barre di alesatura, un’attività che prosegue fin dagli anni Sessanta.
Sfide
La barra è realizzata in acciaio e contiene un componente denominato “smorzatore” costituito da metallo pesante. Uno smorzatore è un dispositivo utilizzato per ridurre o assorbire le vibrazioni, raramente montato in macchinari o strutture, e serrato in particolari anelli in gomma.
Un’altra importante caratteristica della barra è il portautensili Coromant Capto fissato alla barra in posizione frontale, che supporta gli inserti di taglio necessari alla lavorazione del pezzo. Coromant Capto è studiato per ridurre i tempi di setup e cambio utensile in modo da aumentare significativamente l’utilizzo della macchina e supportare una lavorazione stabile e affidabile.
«Il portautensili si è dimostrato particolarmente utile nelle macchine multitask – afferma Faber –. Permette di assemblare utensili di diversa lunghezza e con diverse caratteristiche di progettazione, indipendentemente dall’interfaccia della macchina. Coromant Capto soddisfa inoltre i requisiti dell’unità di Jyväskylä di Häkkinen Group per una barra di alesatura che può essere utilizzata in un’ampia varietà di ambienti industriali».
Test approfonditi
Gli specialisti di Sandvik Teeness hanno condotto misurazioni della frequenza in loco, determinanti per valutare l’efficacia dell’adattatore di smorzamento integrato all’interno della barra. La barra è stata messa in funzione in un tornio CNC di grandi dimensioni ed è stata testata diverse volte in tre applicazioni — sgrossatura, finitura e profilatura — ogni volta con dati di taglio differenti.
L’utensile è stato fatto funzionare con una sporgenza massima consentita pari a 10 volte il diametro (10XD), consigliata per ridurre al minimo le vibrazioni e ottenere la stabilità e la precisione migliori possibili.
Le barre di alesatura Silent Tools di Sandvik Coromant, così chiamate perché operano a un livello minimo di vibrazioni, vengono solitamente utilizzate su sporgenze elevate di utensile, per cui è molto importante che il bloccaggio sia rigido. Le barre di alesatura cilindriche devono essere sempre bloccate in un portabussola tagliato, utilizzando una lunghezza di bloccaggio minima pari a 4 volte il diametro della barra.
I dati di taglio sono stati basati sulle raccomandazioni iniziali generate dalla piattaforma software CoroPlus Tool Guide e sono stati corretti durante i test. Per la sgrossatura, la barra è stata fatta funzionare ogni volta con una velocità di taglio (vc) di 100 m/min e un avanzamento per giro (fn) di 0,4 mm/giro.
Il carico presente su una barra di alesatura dipende principalmente dalla profondità di taglio (ap), dall’avanzamento e dal materiale del pezzo in lavorazione. È essenziale assicurare una ap e un fn sufficienti per evitare di generare vibrazioni durante il taglio, laddove una ap e un fn eccessivi possono causare vibrazioni con flessioni dell’utensile. Per queste ragioni, la ap è stata regolata ai fini dei test. La barra di alesatura ha mostrato segni di vibrazione a una ap di 5,6 mm e prestazioni limitate a 4,5 mm; tuttavia, al termine delle prove, è stata determinata una profondità di taglio consigliata di 3,5 mm.
Nelle applicazioni di finitura e anche di profilatura, la barra ha operato ogni volta a una vc di 110 m/min e una ap pari a 0,5 mm. L’fn è stato regolato ed è stato individuato un valore di 0,25 come impostazione ottimale e consigliata, con una rugosità media (Ra) di 3,4.
«In base ai risultati dei test, gli esperti di Sandvik Coromant sono stati in grado di definire i dati di taglio, i parametri e gli inserti giusti per ŠMT», spiega Faber. Jaroslav Šuga, global account manager presso Sandvik Slovakia, aggiunge: «Abbiamo svolto regolari incontri con la produzione di Sandvik Teeness per discutere dei tempi di consegna della barra e di tutti i dettagli concernenti la manipolazione, il trasporto e la logistica. È stato possibile portare a termine il lavoro grazie alla collaborazione con i designer e i tecnici di ŠMT, il reparto produzione in Norvegia e tutte le persone coinvolte nel processo di vendita».
Ulteriori investimenti
Sandvik Coromant ha sviluppato una barra di alesatura straordinaria non solo per le sue dimensioni, ma anche perché rappresenta una risorsa di inestimabile valore per l’unità di Jyväskylä di Häkkinen Group, nella cui officina viene ora utilizzata per lavorare componenti di precisione per vari settori. Guardando avanti, e convinta dalle caratteristiche della barra di alesatura più grande del mondo, ŠMT prevede di investire in altre barre di alesatura di Sandvik Coromant, sebbene di dimensioni leggermente inferiori, per la lavorazione di componenti più piccoli. «La barra di alesatura più grande al mondo testimonia il perseverante impegno di Sandvik Coromant in termini di innovazione, precisione e applicazioni di lavorazione», conclude Faber.
