Portautensili: costruito per la velocità

Sta diventando sempre più difficile ricordare i giorni in cui la lavorazione veniva eseguita a basse velocità con profondità di taglio ridotte. Oggi, le officine meccaniche di tutti i tipi, non solo quelle che lavorano con leghe high-tech su centri di lavoro autonomi multiasse, sono focalizzate sulla velocità.

Questa non è solo velocità fine a se stessa. L’obiettivo è produrre più pezzi di buona qualità, in modo più redditizio e più sicuro. La lavorazione ad alta velocità (HSM) è un mezzo per raggiungere questo obiettivo riducendo le forze di taglio, aumentando i tassi di rimozione del metallo, migliorando la dissipazione del calore e conferendo migliori finiture superficiali.

Manufacturing Engineering ha intervistato numerosi esperti del settore per ottenere le loro opinioni sull'HSM, con particolare attenzione al portautensili. Una cosa è emersa chiaramente dalla nostra discussione: l’evoluzione ad alta velocità continuerà con il portautensile che svolgerà un ruolo cruciale.

Molte tecnologie devono fondersi insieme per ottenere il massimo vantaggio dall'HSM. "Quando passi a un'operazione HSM, la tua mentalità cambia rapidamente", ha affermato Chris Herdman, ingegnere di supporto tecnico sul campo per Rego-Fix Tool Corp., Whitestown, Indiana. "Devi essere consapevole dell'interconnessione tra centro di lavoro, programmazione, mandrini ad alta velocità, utensili da taglio avanzati, bilanciatura e portautensili ad alte prestazioni per sfruttare appieno l’HSM”.

L’industria della lavorazione dei metalli ha adottato per la prima volta l’HSM negli anni ’90. Il termine “alta velocità” significa cose diverse a seconda dei negozi.

"La lavorazione ad alta velocità è una strategia ad alto numero di giri e avanzamento elevato, ma con una bassa profondità di taglio", ha affermato Brendt Holden, presidente di Haimer USA LLC, Villa Park, Illinois. “Anche con una profondità di taglio inferiore, a velocità e avanzamenti più elevati la velocità di rimozione del materiale aumenta, il che è l’obiettivo finale in quanto consente alle officine di realizzare pezzi più velocemente”.

Sebbene non esista una linea di demarcazione specifica del numero di giri, i nostri esperti concordano sul fatto che le velocità del mandrino nell'intervallo 15.000-30.000 giri al minuto sono decisamente elevate. Infatti, Herdman di Rego-Fix ha preso nota dei portautensili che operano nella gamma di 120.000 giri al minuto in applicazioni mediche ed elettroniche specializzate. "Ciò che oggi consideriamo alta velocità sono macchine meno rigide, a quattro e cinque assi, che funzionano a 12.000 giri al minuto o più", ha affermato Herdman. "Le applicazioni sono taglio radiale basso, numero elevato di denti, velocità di avanzamento elevata e la maggior parte di esse utilizza qualche tipo di software di fresatura dinamica."

Matt Goss, ingegnere applicativo/sviluppo progetti per Greenleaf Corp., Saegertown, Pennsylvania, ha affermato che la sua azienda considera l'alta velocità una combinazione di due fattori: elevata velocità del mandrino e elevata velocità di avanzamento. “Ciò si traduce in un’elevata velocità di avanzamento (ipm), che aiuta non solo a massimizzare la quantità di materiale rimosso, ma porta anche a ridurre i tempi di ciclo”.

Preben Hansen, presidente di Platinum Tooling Technologies Inc., Prospect Heights, Illinois, ha affermato che quando la velocità del mandrino aumenta oltre i 20.000 giri al minuto, le officine iniziano ad affrontare il lavoro in modo leggermente diverso. "Potresti non prelevare tanto materiale durante ogni rivoluzione dell'utensile, ma le velocità di avanzamento sono generalmente più elevate", ha affermato.

Con l’aumento della velocità, aumenta anche il rischio di seri problemi di equilibrio e precisione. Un portautensili perfettamente bilanciato nel mandrino è essenziale, secondo Dan Doiron, responsabile dei prodotti di fresatura per Emuge Corp., West Boylston, Massachusetts. “Anche le fluttuazioni più piccole riducono la ripetibilità, riducono la durata dell'utensile e possono danneggiare i pezzi. Con il tempo e il denaro investiti in ciascun componente, lo slittamento o il distacco di un utensile da taglio derivante dall’utilizzo del portautensile sbagliato non è un’opzione.”

I mandrini convenzionali (come i portapinze ER e i piani Weldon) possono essere facilmente spinti oltre i loro limiti e di solito non si può contare su un funzionamento affidabile nell'ambiente HSM. "Le pinze ER hanno una forza di bloccaggio debole e i mandrini con bloccaggio laterale e concentricità sono deboli in termini di runout e smorzamento nelle applicazioni ad alta velocità", ha affermato Doiron.

A qualsiasi velocità, il mandrino è soggetto alla forza centrifuga. Ad alta velocità, la forza centrifuga è sufficiente per far crescere leggermente il foro del mandrino. "Questa espansione può attirare utensili con conicità accentuata (CAT, BT, SK, ecc.) nel mandrino, provocando un cambiamento nella dimensione dell'asse Z", ha affermato Holden di Haimer. "Gli utensili conici a gambo cavo (HSK), al contrario, crescono con il mandrino a regimi elevati, mantenendo il contatto frontale ed eliminando il movimento dell'asse Z."