La HSC (High Speed Cutting) è una tecnica di enorme potenzialità specialmente per materiali non ferrosi con i quali è più facile ottenere enormi volumi di asportazione di truciolo e che hanno intrinsecamente una ottima dissipazione di calore.
Cos’è la HSC (High Speed Cutting) e come nasce
Sin da quando le macchine utensili sono state dotate di controllo numerico nei primi anni ’50, assieme alla sopraggiunta del linguaggio di programmazione ISO, l’uomo ha sempre cercato di migliorare la produttività, di rendere il processo di asportazione più performante e più stabile.
Una delle prime rivoluzioni fu portata avanti da DARPA (l’agenzia militare di ricerca strategica americana) che aveva l’obiettivo di trovare metodi di asportazione di truciolo che comportassero una drastica riduzione del tempo ciclo: fu così che nacque la HSC (High Speed Cutting). Trattandosi di un progetto militare e fortemente associato all’aerospace, le leghe che vennero tenute in considerazione furono quelle di alluminio, quelle di nickel e quelle di titanio. L’oggetto di studio fu l’ottimizzazione del tasso di rimozione del materiale mediante un aumento dei valori di velocità di taglio ed infatti durante le sperimentazioni svolte negli Stati Uniti furono provate velocità di taglio da 0.03 m/min a 24’500 m/min.
Poco tempo dopo anche i colleghi europei iniziarono, mediante università sparse per la Germania, a fare ricerca e tentare di industrializzare questa emergente tecnologia, che prometteva di avere significativi vantaggi legati all’utilizzo di velocità di taglio significativamente superiori alla norma.
Quali sono i vantaggi della HSC?
Precisione di lavorazione migliorata
Utilizzando velocità di taglio nettamente superiori alla fresatura tradizionale si ha una netta diminuzione delle forze di taglio grazie alla deformazione di taglio impartita. Si ha quindi un ammorbidimento del materiale temporaneo che perdura per la durata della passata del tagliente all’interno del materiale, per poi vedere lo stesso tornare alla durezza nominale. Questo fenomeno comporta che, date le minori forze di taglio, le deflessioni utensili e la stabilità del processo risultino nettamente migliorate, portando ad un processo più stabile con una maggiore precisione geometrica dei componenti lavorati.
Migliore finitura superficiale e minore usura
Uno dei maggiori problemi in termini di ottenimento di una finitura ideale e di riduzione dell’usura dell’utensile è la temperatura che si sviluppa durante il processo di taglio stesso. Storicamente la maggior componente di questa generazione di calore dipende dall’attrito presente tra il materiale stesso e l’utensile, con il rimanente dovuto alla deformazione del truciolo stesso.
Utilizzando velocità di taglio nettamente superiori il grande vantaggio consiste nel riuscire a gestire in maniera nettamente migliore questo aumento di temperatura. Infatti, data la velocità a cui viene evacuato il truciolo e il ridottissimo tempo di interazione, ogni singola rotazione, la conduzione di calore all’interno del grezzo da lavorare e dentro l’utensile risulta essere drasticamente abbattuta e di conseguenza anche la temperatura massima raggiunta durante l’asportazione di truciolo.
Rimozione delle bave
Intrinsecamente all’aumento della velocità di taglio, per moltissimi materiali si ha anche una conseguente riduzione delle bave. Questo è ulteriormente vero grazie alla produzione da parte di molteplici utensilieri di prodotti creati apposta per essere impiegati con HSC, con geometrie dei taglienti che sono ideali per ridurre drasticamente le bave.
Evacuazione del truciolo
Nasce dalla necessità di far fronte ad una asportazione volumetrica nettamente maggiore e che quindi porta alla progettazione di utensili con geometrie che sono progettate apposta per l’evacuazione di considerevoli quantità di truciolo.
Chatter e stabilità dinamica
La velocità di taglio nettamente maggiore a quelle tradizionali comporta anche che fenomeni estremamente pericolosi come il chatter, vibrazioni forzate che possono causare enormi danni all’utensile, al grezzo e anche alla macchina stessa. Infatti, aumentando il numero di rotazioni al mandrino si tende a posizionare il sistema meccanico in una condizione di maggiore stabilità dinamica.
Quanto si riduce il tempo ciclo con la HSC?
Il vantaggio di agire sulla velocità di taglio è che aumenta conseguentemente anche la velocità di avanzamento, il che a sua volta comporta un incremento del tasso di rimozione volumetrico del materiale, portando secondo le stime a riduzioni del tempo ciclo tra il 20% e il 50%.
HSC oggi: dove viene utilizzata
È un approccio che tutt’oggi ha considerevoli vantaggi, nonostante sia una strategia sviluppata quasi 50 anni fa, e che continua a vedere continua applicazione anche grazie alle continue innovazioni delle geometrie utensili che permettono di spingere ulteriormente i parametri di taglio. Dato quanto detto sia per il genere di materiali che per le necessità di precisione e produttività, non sorprende che ad oggi l’HSC sia maggiormente utilizzato nel settore aerospace, dove ha tratto le sue origini e dove leghe di alluminio sono estremamente tipiche da lavorare e si incontrano anche materiali molto duri che beneficiano dell’effetto ammorbidente e del decremento delle forze ad alte velocità di taglio.
