L’integrità superficiale dei fori rappresenta una grande preoccupazione per i costruttori aerospaziali e le aziende di ingegneria che mirano a espandersi nell’aerospaziale.
La foratura è un’operazione comune, ma da non sottovalutare. L’Autore, Global Product Manager di Sandvik Coromant, spiega come un design ottimizzato delle punte in metallo duro possa aprire nuove opportunità in termini di qualità del foro
di James Thorpe (*)
“Misurare due volte e tagliare una sola” è un’espressione diffusa nel settore manifatturiero. Nella lavorazione di materiali difficili, però, ciò è più facile a dirsi che a farsi. Ecco perché, quando un costruttore leader globale nel settore aerospaziale ha cercato di eliminare un’intera fase secondaria dai propri processi di foratura, migliorando nel contempo la qualità del foro, si è rivolto a un esperto globale del taglio dei metalli. In questa sede, in qualità di Global Product Manager di Sandvik Coromant, spiego come il design della punta sia fondamentale per realizzare fori di una migliore qualità.
La realizzazione di fori è il processo di lavorazione più comune in assoluto, ma anche uno di quelli che viene più dato per scontato. Molte officine non capiscono perché dovrebbero sostituire o aggiornare il proprio setup esistente e si limitano a utilizzare gli stessi utensili e parametri per anni e anni. Tuttavia, con la continuazione degli effetti imprevedibili del Covid-19, questo atteggiamento è destinato a cambiare.
Il recente documento di McKinsey & Company dal titolo Covid-19: Briefing note definisce l’attuale situazione dell’industria la “nuova normalità”, nella quale i costruttori dovranno abituarsi ad aspettarsi il cambiamento imprevedibile e a lungo termine dei mercati. Secondo il report, “sarà necessaria una notevole resilienza per proseguire su un percorso economicamente e socialmente praticabile”.
La maggior parte dei costruttori, ad esempio, sta esplorando nuovi fornitori e nuovi prodotti. Di conseguenza, le officine che una volta erano specializzate in una determinata area di produzione stanno aprendo i propri torni CNC e le proprie fresatrici a una più ampia varietà di materiali tenaci e difficili. Al tempo stesso, i costruttori si ritrovano a esplorare nuovi modi per aumentare i profitti e ridurre i tempi ciclo, senza sacrificare la qualità dei prodotti. In altre parole, per i costruttori è arrivato il momento di ripensare ai propri metodi di realizzazione dei fori.
I sofisticati taglienti delle punte CoroDrill 860 contribuiscono a ridurre le forze di taglio e a migliorare il controllo del truciolo, determinando un’imbattibile combinazione di velocità d’avanzamento e precisione.
LO “STRATO BIANCO”
L’integrità superficiale dei fori rappresenta una grande preoccupazione per i costruttori aerospaziali e le aziende di ingegneria che mirano a espandersi nel settore aerospaziale. Una migliore qualità del foro è infatti fondamentale per prevenire la rottura dei componenti, ed è in gran parte determinata dai processi di produzione impiegati per la lavorazione o la finitura dei fori.
Le soluzioni di attrezzamento e le geometrie delle punte continuano a evolversi al fine di soddisfare i più elevati standard di lavorazione e qualità dei componenti. L’utilizzo di refrigerante, poi, riduce l’accumulo di calore nell’utensile. Una serie di test ha dimostrato che ciascuno di questi fattori può contribuire a controllare il cosiddetto “strato bianco” che si forma sui materiali da lavorare.
Il termine “strato bianco” è stato coniato da un costruttore leader globale nel settore aerospaziale, nonché cliente di Sandvik Coromant. Fa riferimento a una sottile struttura a grana ultrafine osservabile a seguito della foratura dei componenti, provocata dal calore della punta. Non soltanto lo strato bianco può modificare le proprietà superficiali del materiale, ma è stato anche dichiarato inaccettabile nell’ambito dei processi di gestione della qualità del cliente.
Il costruttore applica un rigoroso processo di finitura ai fori praticati nei componenti aerospaziali, compresi dischi per turbine, compressori, rulli e alberi. Al fine di scoprire come si forma lo “strato bianco” e come controllarlo, il cliente ha scelto di collaborare con Sandvik Coromant.
È importante ricordare che lo svolgimento dei test non è stato motivato esclusivamente da finalità legate alla gestione della qualità. A livello dirigenziale, infatti, il cliente mirava a ridurre i tempi operativi complessivi e aumentare i profitti, eliminando un intero processo di lavorazione secondario.
CoroDrill® 860 con geometria -SM dimostra che l’aumento di durata utensile e qualità del foro dipendono dal design stesso della punta.
SECONDO ATTO
Il processo secondario avviene dopo la realizzazione del foro mediante la punta in metallo duro e può coinvolgere operazioni di alesatura e fresatura a tuffo per finire il componente. Tale fase secondaria mira soprattutto a soddisfare requisiti di integrità superficiale – limitando problematiche come quella dello “strato bianco” – anziché di precisione dimensionale, eccezion fatta per la lavorazione di fori con tolleranze strette.
In termini di spese generali, questo processo secondario risulta ancora più costoso del mantenimento di dati di taglio ridotti, ossia l’altro metodo utilizzato per preservare l’integrità superficiale. Per questo motivo, il cliente di Sandvik Coromant ha voluto esplorare la potenziale eliminazione dell’intero processo. Un fornitore in grado di produrre un foro già perfettamente dimensionato, senza alcun processo secondario, si trova infatti in una posizione commerciale sufficientemente solida da poter ridurre notevolmente il costo per componente.
L’indagine sulle cause e i possibili mezzi di prevenzione dello “strato bianco” è stata costituita da quattro test di foratura su Inconel 718, una lega di nichel-cromo ad alta resistenza molto diffusa nelle applicazioni aerospaziali. Si trattava della prima verifica di questo tipo per il cliente.
I test hanno valutato le prestazioni di foratura di due punte in metallo duro integrale di Sandvik Coromant, CoroDrill R840 e CoroDrill R846. Ciascun test è stato eseguito con due diversi set di parametri di taglio: rispettivamente, una velocità di avanzamento di 58 mm/min e 98 mm/min e una velocità di rotazione di 829 giri/min e 757 giri/min. La forza di taglio e i valori di coppia sono stati misurati per tutta la durata dei test, come anche lo spessore dello “strato bianco”.
In seguito ai test, la punta R840 è stata sostituita da CoroDrill® 860 con geometria -GM, e la punta R846 è stata sostituita da CoroDrill® 860 con geometria -SM. Ognuno di questi utensili di nuova generazione è progettato per ottimizzare ulteriormente la propria durata, senza compromettere la qualità del foro.
I risultati hanno fornito preziose informazioni sulle cause dello spessore dello “strato bianco”. Particolarmente degno di nota è stato il fatto che la punta R846 ha generato una minor quantità di “strato bianco”, per via della preparazione dei suoi taglienti ricurvi e radiali. Invece, si ritiene che i taglienti diritti e lo smusso sul tagliente della punta R840 siano associati all’aumento della forza di taglio, della coppia e dello spessore dello “strato bianco”. Di conseguenza, se ne deduce che il design della punta determina se è possibile ottenere un’elevata qualità del foro e uno “strato bianco” ridotto senza sacrificare i dati di taglio.
Non soltanto i test svolti dal costruttore aerospaziale insieme a Sandvik Coromant rivelano nuovi aspetti relativi allo “strato bianco”, ma l’azienda è anche riuscita a eliminare alcuni processi secondari, tra cui operazioni di alesatura e fresatura a tuffo, il che ha comportato notevoli vantaggi in termini di tempi e costi. Per di più, i risultati ottenuti hanno anche dimostrato la qualità della gamma di punte in metallo duro CoroDrill® 860 di Sandvik Coromant.
In seguito ai test, la punta R840 è stata sostituita da CoroDrill® 860 con geometria -GM.
MIGLIORE FIN DALLA PROGETTAZIONE
La gamma include la già menzionata punta CoroDrill 860 con geometria -GM (CD860-GM), progettata per garantire una buona versatilità nella foratura di materiali ISO P, M, K e H difficili in tutti i settori industriali. Inoltre, CoroDrill 860 con geometria -SM (CD860-SM) è ideale per la lavorazione di qualità ISO-S come le superleghe resistenti al calore (HRSA), il titanio e l’Inconel. Quest’ultima punta si è dimostrata particolarmente utile nel settore aerospaziale.
Con CD860-GM e CD860-SM, i tecnici di Sandvik Coromant hanno dimostrato che una maggiore durata utensile e una migliore qualità del foro dipendono dal design stesso della punta. CD860-GM presenta un innovativo design con scanalatura levigata, che migliora l’evacuazione truciolo e implica un’elevata robustezza e forze di taglio ridotte durante la foratura.
D’altra parte, CD860-SM presenta una nuova qualità e una geometria ottimizzata e rifinita, che aumenta ulteriormente la durata utensile nella lavorazione di materiali HRSA difficili. Il risultato è una migliore qualità del foro.
CoroDrill 860 ha già dimostrato il suo valore nei test preliminari alla commercializzazione in vari settori. Un’azienda di ingegneria meccanica in Francia ha messo CD860-GM all’opera su componenti in acciaio strutturale AISI 4140, riuscendo a ottenere fori di elevata qualità sia con ingresso concavo che convesso della punta, con buoni risultati in termini di rettilineità e tolleranza. Da allora, l’azienda ha stabilito un nuovo rapporto commerciale con Sandvik Coromant.
Un altro cliente di Sandvik Coromant, un costruttore di ingegneria generale italiano, è riuscito a ottenere un aumento della produttività superiore al 45% rispetto a una punta concorrente, utilizzando CD860-GM nella lavorazione della resistente lega di acciaio 34CrNiMo6. Il tutto in aggiunta a un aumento della durata utensile del 100%. D’altro canto, CD860-SM ha fornito risultati straordinari nella lavorazione dell’Inconel 718. In particolare, i test svolti a Katowice, in Polonia, hanno rivelato un miglioramento della durata utensile del 180% con CD860-SM rispetto a CoroDrill R840.
Indipendentemente dal settore – aerospaziale, dell’ingegneria generale o altro – è quindi possibile ottenere elevate prestazioni degli utensili quando la punta è progettata appositamente per tale fine. Nel mentre, altri strumenti online come CoroPlus® Tool Guide di Sandvik Coromant possono fornire un ulteriore supporto. Accedendo all’applicazione tramite browser web e inserendo materiale da lavorare, diametro del foro e profondità, l’utente può trovare il miglior utensile integrale rotante e i dati di taglio più adatti ai propri requisiti.
In conclusione, se il precetto “misurare due volte e tagliare una sola” non è ancora stato messo completamente in pratica, le prestazioni di CD860-GM e CD860-SM possono aiutare i costruttori a ripensare i propri metodi di foratura. ©TECNeLaB
(*) James Thorpe, Global Product Manager di Sandvik Coromant.